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1、干干 细细 胞胞 的的 研研 究究 进进 展展主主 要要 内内 容容一、什么是干细胞？一、什么是干细胞？二、怎样得到多能干细胞？二、怎样得到多能干细胞？三、干细胞研究的发展前景三、干细胞研究的发展前景四、世界各国的干细胞研究进展四、世界各国的干细胞研究进展细胞是机体组成的基本单位细胞细胞细胞细胞细胞群细胞群细胞群细胞群组织组织组织组织机体机体机体机体一、什么是干细胞？一、什么是干细胞？l干干细细胞胞是是一一类类具具有有无无限限的的或或永永生生的的自自我我更更新新和和分分化化潜潜能能的的细细胞胞，能能够够产产生生至至少少一一种种类类型型的的、高高度度分分化化的的子子代代细细胞。胞。l人人体体发发
2、育育起起始始于于卵卵子子的的受受精精，产产生生一一个个能能发发育育为为完完整整有有机机体体潜潜能能的的单单细细胞胞，即即全全能能性性的的受受精卵精卵。l受受精精后后的的最最初初几几个个小小时时内内，受受精精卵卵分分裂裂为为一一些些完完全全相相同同的的全全能能细细胞胞。这这意意味味着着如如果果把把这这些些细细胞胞的的任任何何一一个个放放入入女女性性子子宫宫内内，均均有有可可能能发育成胎儿。发育成胎儿。l大大约约在在受受精精后后四四天天，经经过过几几个个循循环环的的细细胞胞分分裂裂之之后后，这这些些全全能能细细胞胞开开始始特特异异化化，形形成成一一个个中中空空环环形形的的细细胞胞群群结结构构，称称
3、之之为为胚胚囊囊，胚胚囊囊由由外外层层细细胞胞和和位位于于中中空空球球形形内内的的细细胞胞簇簇内内细胞群细胞群所构成。所构成。外层细胞外层细胞继续发展，形成胎盘以及胎继续发展，形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织。儿在子宫内发育所需的其它支持组织。内细胞群内细胞群细胞亦继续发育，形成人体细胞亦继续发育，形成人体所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人体内的所有组织，但它们不能发育为一个体内的所有组织，但它们不能发育为一个单独的生物体，因为它们不能形成胎盘以单独的生物体，因为它们不能形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的支持组织。这及胎儿在子宫内发育所需的支
4、持组织。这些内细胞群细胞是些内细胞群细胞是多能性多能性的，没有完全的的，没有完全的发育潜能，如果将内细胞群放入母体子宫，发育潜能，如果将内细胞群放入母体子宫，它不会发育成胎儿。它不会发育成胎儿。多能干细胞多能干细胞经历进一步的特异分化，经历进一步的特异分化，发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞。发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞，它能产生红细胞、白细如造血干细胞，它能产生红细胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞，它能产胞和血小板。又如皮肤干细胞，它能产生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为的干细胞被称为专能干细胞专能干细胞。总结：总结：全能
5、细胞全能细胞多能干细胞多能干细胞专能干细胞专能干细胞个体发生过程 受精受精 卵裂卵裂 72h 5-7天天精子精子+卵子卵子 合子合子 卵裂球卵裂球 桑椹胚桑椹胚 囊胚囊胚 滋养层滋养层胎盘及胎儿附属结构胎盘及胎儿附属结构 囊胚囊胚 内胚层内胚层消化道消化道呼吸道上皮和腺体呼吸道上皮和腺体,肝肝,胆胆,胰胰 内细胞群内细胞群 中胚层中胚层结缔组织结缔组织,血液血液,肌肉肌肉,骨骼骨骼,泌尿生殖系泌尿生殖系外胚层外胚层体表结构；神经系统体表结构；神经系统干细胞的生物学特点干细胞的生物学特点l属非终末分化细胞，终生保持未分化或低分化属非终末分化细胞，终生保持未分化或低分化特征。特征。l在机体的数目和
6、位置相对恒定。在机体的数目和位置相对恒定。l干细胞能无限地增殖分裂。干细胞能无限地增殖分裂。l干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。处于静止状态。l多向分化潜能。多向分化潜能。l分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于G0期。期。l干细胞通过两种方式生长干细胞通过两种方式生长，一种是对称分裂，一种是对称分裂,另一种是非对称分裂。另一种是非对称分裂。干细胞的分类干细胞的分类按分化潜能按发育状态l全 能 干 细 胞 totipotent stem celll多 能 干 细 胞 pluripotent stem cell
7、l单 能 干 细 胞 multipotent stem cell胚 胎 干 细 胞 Embryonic stem (ES) cells成体干细胞 Adult stem cells全能干细胞全能干细胞具有全能性，能够分化成全身具有全能性，能够分化成全身200多种细胞类型，进一步形成多种细胞类型，进一步形成机体的任何组织和器官。机体的任何组织和器官。如胚胎如胚胎干细胞（干细胞（ESES细胞）细胞）多多能干细胞能干细胞具有分化成多种细胞和组织的潜具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发育成完整个体能，但却失去了发育成完整个体的能力。的能力。如造血干细胞、神经细如造血干细胞、神经细胞。胞。单单能干
8、细胞能干细胞只能向一种或两种密切相关的细只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化。如上皮组织基底层胞类型分化。如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。的干细胞，肌肉中的成肌细胞。胚胎干细胞胚胎干细胞ESES细细胞胞是是一一种种高高度度未未分分化化细细胞胞。它它具具有有发发育育的的全全能能性性，能能分分化化出出成成体体动动物物的的所所有有组组织织和和器器官官，包包括括生生殖殖细细胞胞。研研究究和和利利用用ESES细细胞胞是是当当前前生生物物工工程程领领域域的的核核心心问问题题之之一一。在在未未来来几几年年，ESES细细胞胞移移植植和和其其它它先先进进生生物物技技术术的的联联合合应应用用很很可可
9、能能在在移移植植医医学学领领域域引引发发革革命命性进步。性进步。成体干细胞成体干细胞 成年动物的许多组织和器官，比如表皮成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。横向分化横向分化l部分干细胞在特定条件下可以转化部分干细胞在特
10、定条件下可以转化为其它细胞，如肌肉干细胞在特定为其它细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞系。条件下可以分化为各种血细胞系。二、怎样得到多能干细胞二、怎样得到多能干细胞?l1998年美国有两个小组分别培养出了人多能干年美国有两个小组分别培养出了人多能干细胞：细胞： James A. Thomson在在 Wisconsin大大学学领领导导的的研研究究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。方方法法：人人卵卵体体外外受受精精培培育育到到囊囊胚胚阶阶段段提提取取 inner cell mass细细胞胞建建立立细细胞胞株株。用用该该法法，每个胚胎可取得每个胚
11、胎可取得1520个细胞用于培养。个细胞用于培养。John D. Gearhart在 Johns Hopkins大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。方法：从受精后59周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有多能干细胞的特征。 干细胞培养过程SCNT：somaticcellnucleartransfer。方法是将一个正常的动方法是将一个正常的动物卵细胞去核（含染色体的细胞结构），保留卵细胞质，它含营物卵细胞去核（含染色体的细胞结构），保留卵细胞质，它含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质；再在精细调控的实验养成
12、分和对胚胎发育非常重要的能量物质；再在精细调控的实验室条件下，将单个体细胞（除卵细胞或精子细胞之外的任一种）室条件下，将单个体细胞（除卵细胞或精子细胞之外的任一种）与去核卵细胞放在一起使之融合。融合细胞及其子细胞具有发育与去核卵细胞放在一起使之融合。融合细胞及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。这些全能性细胞不久成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。这些全能性细胞不久将形成胚囊，从理论上来说，可利用胚囊的内细胞群来建立多能将形成胚囊，从理论上来说，可利用胚囊的内细胞群来建立多能性干细胞系。性干细胞系。实际上，任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为实际上，任何一种可生成人
13、类胚囊细胞的方法都有可能成为人体多能性干细胞的来源。人体多能性干细胞的来源。体细胞核转移（体细胞核转移（SCNT）是得到多能性干细胞的另一种途径是得到多能性干细胞的另一种途径三、干细胞研究的发展前景l人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理法，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术，比较胚胎干细胞问题。采用基因芯片等技术，比较胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因
14、转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。l此外，在新药的发现及筛选方面，胚胎干此外，在新药的发现及筛选方面，胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物实验所需动物的数量，使药品研少了药物实验所需动物的数量，使药品研制的过程更为合理有效。制的过程更为合理有效。l胚胎干细胞最激动人心
15、的潜在应用价值是用来胚胎干细胞最激动人心的潜在应用价值是用来修复甚至替换丧失功能的组织和器官，因为它修复甚至替换丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。任具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗，胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗，如用神经细胞治疗神经变性疾病（帕金森氏综如用神经细胞治疗神经变性疾病（帕金森氏综合症、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病等），合症、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病等），用造血干细胞重建造血机能，用胰岛细胞治疗用造血干细胞重建造血
16、机能，用胰岛细胞治疗糖尿病，用心肌细胞修复坏死的心肌等。糖尿病，用心肌细胞修复坏死的心肌等。l干细胞是基因治疗的较理想的靶细胞，因为干细胞是基因治疗的较理想的靶细胞，因为它可以自我复制更新，治疗基因通过它带入它可以自我复制更新，治疗基因通过它带入人体中，能够持久地发挥作用，而不必担心人体中，能够持久地发挥作用，而不必担心象分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失象分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果。通过胚胎干细胞和基因治治疗基因的结果。通过胚胎干细胞和基因治疗技术，可以矫正缺陷基因。疗技术，可以矫正缺陷基因。l例如，如果发现早期胚胎有某种基因缺陷而会患基因例如，如果发现早期胚胎有某
17、种基因缺陷而会患基因缺陷病，可以收集部分或全部胚胎干细胞，通过基因缺陷病，可以收集部分或全部胚胎干细胞，通过基因工程技术将正常的基因替代干细胞中的缺陷基因，再工程技术将正常的基因替代干细胞中的缺陷基因，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，经过九月怀胎将将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，经过九月怀胎将会出生一个健康的婴儿。由于伦理和某些技术问题，会出生一个健康的婴儿。由于伦理和某些技术问题，现在还未开展此类实验。现在还未开展此类实验。l改变胚胎干细胞的某些基因的另一目的是创建改变胚胎干细胞的某些基因的另一目的是创建“万能万能供者细胞供者细胞”，即破坏细胞中表达组织相容性复合物的，即破坏细胞中表达组织
18、相容性复合物的基因，躲避受者免疫系统的监视，从而达到防止免疫基因，躲避受者免疫系统的监视，从而达到防止免疫排斥效应发生的目的。但这种方法需要破坏和改变细排斥效应发生的目的。但这种方法需要破坏和改变细胞中许多基因，而且这种细胞发育成的组织和器官是胞中许多基因，而且这种细胞发育成的组织和器官是否有生理缺陷如免疫能力降低还不得而知否有生理缺陷如免疫能力降低还不得而知。 l另一种克服移植免疫排斥的途径就是结合克隆技术另一种克服移植免疫排斥的途径就是结合克隆技术创建病人特异性的胚胎干细胞。用这种胚胎干细胞创建病人特异性的胚胎干细胞。用这种胚胎干细胞培养获得的细胞、组织或器官，其基因和细胞膜表培养获得的细
19、胞、组织或器官，其基因和细胞膜表面的主要组织相容性复合体与提供体细胞的病人完面的主要组织相容性复合体与提供体细胞的病人完全一致，不会导致任何免疫排斥反应。如果这一设全一致，不会导致任何免疫排斥反应。如果这一设想能够变为现实，将是人类医学中一项划时代的成想能够变为现实，将是人类医学中一项划时代的成就，它将使器官培养工业化，解决供体器官来源不就，它将使器官培养工业化，解决供体器官来源不足的问题；器官供应专一化，提供病人特异性器官。足的问题；器官供应专一化，提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现故障，将像更换人体中的任何器官和组织一旦出现故障，将像更换损坏的汽车零件一样可随意更换和修理。
20、损坏的汽车零件一样可随意更换和修理。但是要使以上设想变为现实，还需要对胚但是要使以上设想变为现实，还需要对胚胎干细胞做深入研究，还需要解决很多技胎干细胞做深入研究，还需要解决很多技术难题，这些问题包括：术难题，这些问题包括： l胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何维持体外扩增时不分化？维持体外扩增时不分化？虽然在防止体外培养时干细胞分化虽然在防止体外培养时干细胞分化方面已取得了很大成绩，如在培养基中方面已取得了很大成绩，如在培养基中加入白血病抑制因子等可抑制干细胞分加入白血病抑制因子等可抑制干细胞分化，但仍需进一步研究干细胞的培养条化，但仍需进一步研究干细胞的培
21、养条件。件。l如何定向诱导干细胞分化？如何定向诱导干细胞分化？细胞分化是多种细胞因子相互作用引细胞分化是多种细胞因子相互作用引起细胞一系列复杂的生理生化反应的过程，起细胞一系列复杂的生理生化反应的过程，因而要诱导产生某种特异类型的组织，需因而要诱导产生某种特异类型的组织，需要了解各种因子在何时何地开始作用，以要了解各种因子在何时何地开始作用，以及何时何地停止作用。及何时何地停止作用。l由胚胎干细胞在体外发育成一完整的器官尤其是像心、肝、肾、由胚胎干细胞在体外发育成一完整的器官尤其是像心、肝、肾、肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。
22、因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程，很多器官是两因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程，很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。例如，肺中的肌组织、血个不同胚层的组织相互作用而形成的。例如，肺中的肌组织、血管和结缔组织来源于中胚层，而上皮组织源自内胚层。每个细胞管和结缔组织来源于中胚层，而上皮组织源自内胚层。每个细胞要获得营养和排泄代谢废物，分化的组织中需要产生血管，组织要获得营养和排泄代谢废物，分化的组织中需要产生血管，组织血管目前还处于起步研究阶段。血管目前还处于起步研究阶段。即便是一发育完整的来自自然机体的器官，要离体培养并维即便是一发育完整的来自自然机体的器官，要离体培养并维
23、持其正常的生理功能目前还无法做到，器官的体外保存和维持仍持其正常的生理功能目前还无法做到，器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。是器官移植中的难题。一种可能的方法是将干细胞注射到重度免疫缺陷动物的脏器一种可能的方法是将干细胞注射到重度免疫缺陷动物的脏器中，让移植的人干细胞逐步替代动物细胞，使其脏器人源化，成中，让移植的人干细胞逐步替代动物细胞，使其脏器人源化，成为可供移植的器官。为可供移植的器官。l如何克服移植排斥反应？如何克服移植排斥反应？前面提到的改变基因创建前面提到的改变基因创建“万能供者细万能供者细胞胞”的方法是否可行还不清楚。核移植后的的方法是否可行还不清楚。核移植后的卵细胞能否
24、激活沉默基因，启动卵细胞能否激活沉默基因，启动DNA的合的合成，会不会改变染色体的结构等等问题，还成，会不会改变染色体的结构等等问题，还有待进一步研究。而且，胚胎干细胞有形成有待进一步研究。而且，胚胎干细胞有形成畸胎瘤的倾向，必须对胚胎干细胞及其衍生畸胎瘤的倾向，必须对胚胎干细胞及其衍生细胞的移植的安全性做一全面、客观、深入细胞的移植的安全性做一全面、客观、深入的评价。的评价。四、世界各国的干细胞研究四、世界各国的干细胞研究 l美国总统布什美国总统布什9日宣布支持联邦政府有限日宣布支持联邦政府有限度地资助胚胎干细胞研究，这一决定代度地资助胚胎干细胞研究，这一决定代表了美国政府的态度。美国政府支
25、持利表了美国政府的态度。美国政府支持利用现有的人类胚胎干细胞进行研究，但用现有的人类胚胎干细胞进行研究，但反对破坏新的胚胎以获取干细胞，并且反对破坏新的胚胎以获取干细胞，并且坚决反对克隆人。坚决反对克隆人。l在干细胞研究方面，美国是世界上最先进的在干细胞研究方面，美国是世界上最先进的国家之一。从最初的骨髓移植算起，干细胞国家之一。从最初的骨髓移植算起，干细胞研究在美已进行了研究在美已进行了30多年。多年。1998年，美国科年，美国科学家成功用人类胚胎干细胞在体外生长和增学家成功用人类胚胎干细胞在体外生长和增殖，带动了全世界的干细胞工程研究热潮。殖，带动了全世界的干细胞工程研究热潮。目前，大批美
26、国公立、私立机构都在研究干目前，大批美国公立、私立机构都在研究干细胞的各种获取渠道以及它们的分化功能，细胞的各种获取渠道以及它们的分化功能，并已发现可以从骨髓、胚胎、脂肪、胎盘和并已发现可以从骨髓、胚胎、脂肪、胎盘和脐带等渠道获得干细胞。脐带等渠道获得干细胞。l英国是干细胞研究领域占据领先地位的又一英国是干细胞研究领域占据领先地位的又一个国家。今年个国家。今年1月，英国第一个将克隆研究月，英国第一个将克隆研究合法化，允许科学家培养克隆胚胎以进行干合法化，允许科学家培养克隆胚胎以进行干细胞研究，并将这一研究定性为细胞研究，并将这一研究定性为“治疗性克治疗性克隆隆”。科学家可以破坏被生育诊所废弃的
27、胚。科学家可以破坏被生育诊所废弃的胚胎用于干细胞和其他研究，也可以通过试管胎用于干细胞和其他研究，也可以通过试管内受精培养研究用胚胎。现在，新的法律允内受精培养研究用胚胎。现在，新的法律允许研究人员通过克隆制造干细胞，但研究中许研究人员通过克隆制造干细胞，但研究中使用过的所有胚胎必须在使用过的所有胚胎必须在14天后被销毁。天后被销毁。l在日本，干细胞研究是在日本，干细胞研究是“千年世纪工程千年世纪工程”中中的核心内容之一。为了能科学安全地进行干的核心内容之一。为了能科学安全地进行干细胞研究，日本政府在本月初通过了干细胞细胞研究，日本政府在本月初通过了干细胞研究指南。指南规定，用于研究的胚胎细胞
28、研究指南。指南规定，用于研究的胚胎细胞只能从那些本该被废弃、用于生育治疗目的只能从那些本该被废弃、用于生育治疗目的的胚胎中获取。这一指南有可能允许日本实的胚胎中获取。这一指南有可能允许日本实验室在今年年底开始进行用胚胎干细胞培育验室在今年年底开始进行用胚胎干细胞培育组织的研究。关于克隆人和制造精子和卵子组织的研究。关于克隆人和制造精子和卵子的研究则在日本被严格禁止。的研究则在日本被严格禁止。l以色列尚未制订管理干细胞克隆研究的法律，以色列尚未制订管理干细胞克隆研究的法律，允许破坏胚胎以进行干细胞研究。据允许破坏胚胎以进行干细胞研究。据临床临床调查杂志调查杂志报道，以色列科学家本月初宣布报道，以
29、色列科学家本月初宣布首次成功用人类胚胎干细胞培育出了心脏细首次成功用人类胚胎干细胞培育出了心脏细胞，这些心脏细胞具有自然跳动的功能。胞，这些心脏细胞具有自然跳动的功能。1999年，以色列通过法律禁止克隆人，法年，以色列通过法律禁止克隆人，法律在律在5年内有效。年内有效。l澳大利亚联邦和州级卫生部长同意制定在澳大利亚联邦和州级卫生部长同意制定在全国范围禁止克隆的法律，但他们未能就全国范围禁止克隆的法律，但他们未能就干细胞研究达成一致。作为折衷，他们同干细胞研究达成一致。作为折衷，他们同意就允许澳大利亚部分州做克隆研究之事意就允许澳大利亚部分州做克隆研究之事展开磋商，另有两个州则在考虑立法。展开磋商，另有两个州则在考虑立法。l据新加坡国立大学医院消息，干细胞研据新加坡国立大学医院消息，干细胞研究在新加坡正在进行之中。今年早些时究在新加坡正在进行之中。今年早些时候，新加坡政府任命了一个哲学、科学候，新加坡政府任命了一个哲学、科学和法律专家组，专门研究与生物技术研和法律专家组，专门研究与生物技术研究有关的伦理道德问题。政府去年还拨究有关的伦理道德问题。政府去年还拨款款5亿美元以推动私立部门的生命科学研亿美元以推动私立部门的生命科学研究究
