什么是干細胞

 干細胞，一種未分化的細胞，可以分裂產(chǎn)生一些繼續(xù)作為干細胞的后代細胞和一些注定要分化（變得特化）的細胞。干細胞是構(gòu)成動植物組織和器官的 分化細胞的持續(xù)來源。干細胞有兩種主要類型：胚胎干細胞和成體干細胞，也稱為組織干細胞干細胞。

干細胞的作用和功效

干細胞的種類

胚胎干細胞

  胚胎干細胞（通常稱為 ES 細胞）是源自處于發(fā)育非常早期的哺乳動物胚胎內(nèi)細胞團的干細胞，當(dāng)時它由分裂細胞（囊胚）的空心球體組成。來自人類胚胎和某些其他哺乳動物物種胚胎的胚胎干細胞可以在組織培養(yǎng)中生長。

小鼠胚胎干細胞

  研究較多的胚胎干細胞是小鼠胚胎干細胞，于1981年被發(fā)現(xiàn)。這種類型的干細胞可以在存在的情況下無限期培養(yǎng)白血病抑制因子 (LIF)，一種糖蛋白細胞因子。如果將培養(yǎng)的小鼠胚胎干細胞注射到囊胚階段的早期小鼠胚胎中，它們將整合 到胚胎中并產(chǎn)生可分化為隨后發(fā)育的大部分或所有組織類型的細胞。這種重新填充小鼠胚胎的能力是胚胎干細胞的關(guān)鍵定義特征，正因為如此，它們被認為是多能性——也就是說，能夠產(chǎn)生成體生物體的任何細胞類型。如果胚胎干細胞在沒有 LIF 的情況下繼續(xù)培養(yǎng)，它們將分化成“胚狀體”，這有點類似于卵圓柱階段的早期小鼠胚胎，胚胎干細胞位于內(nèi)胚層的外層 。如果將胚胎干細胞移植到成年小鼠體內(nèi)，它們將發(fā)展成一種稱為畸胎瘤，其中包含多種分化的組織類型。

   小鼠胚胎干細胞被廣泛用于培育轉(zhuǎn)基因小鼠。這是通過將新基因引入組織培養(yǎng)的胚胎干細胞，選擇所需的特定遺傳變異，然后將轉(zhuǎn)基因細胞插入小鼠胚胎來完成的。所結(jié)果的 ”“嵌合”小鼠部分由宿主細胞組成，部分由供體胚胎干細胞組成。只要一些嵌合小鼠具有源自胚胎干細胞的生殖細胞（精子或卵子），就有可能培育出與胚胎干細胞具有相同遺傳結(jié)構(gòu)的小鼠品系，從而整合在體外進行的 基因改造。這種方法已被用于產(chǎn)生數(shù)千種新的小鼠基因系。在許多這樣的遺傳系中，為了研究它們的生物學(xué)功能，個別基因已被消融；在其他情況下，引入的基因具有與在各種人類遺傳病中發(fā)現(xiàn)的突變相同的突變。

人胚胎干細胞

  在小鼠胚胎干細胞方面的豐富經(jīng)驗使科學(xué)家能夠從早期人類胚胎中培育出人類胚胎干細胞，并于 1998 年創(chuàng)建了人干細胞系。人胚胎干細胞在許多方面與小鼠胚胎干細胞相似，但它們不需要 LIF 進行維護。人類胚胎干細胞在體外形成多種分化組織，當(dāng)移植到免疫抑制的小鼠體內(nèi)時，它們會形成畸胎瘤。尚不清楚這些細胞是否可以在人類胚胎的所有組織中定植，但據(jù)推測從它們的其他特性來看，它們確實是多能細胞，因此它們被認為是細胞治療的分化細胞的可能來源——用健康細胞替代有缺陷的細胞類型。大量細胞，例如 多巴胺分泌神經(jīng)元，用于帕金森的研究和分泌胰島素的胰腺β細胞可用于 糖尿病研究，可以從用于細胞移植的胚胎干細胞中產(chǎn)生。用于此目的的細胞以前只能從供應(yīng)非常有限的來源獲得，例如從人器官捐獻者的尸體中獲得的胰腺 β 細胞。

   人類胚胎干細胞的使用引起了倫理問題，因為囊胚期胚胎在獲得干細胞的過程中被破壞。獲得干細胞的胚胎是通過 體外受精產(chǎn)生的，將植入前人類胚胎視為人類的人普遍認為這種工作在道德上不被認可。其他人接受它是因為他們認為胚泡只是細胞球，而實驗室中使用的人類細胞以前沒有被賦予任何特殊的道德或法律地位。此外，眾所周知，內(nèi)細胞團中沒有一個細胞注定要成為胚胎本身的一部分——所有細胞都將其部分或全部細胞后代貢獻給 胎盤, 也沒有被賦予任何特殊的法律地位。

  2009年美-FDA批準 旨在測試基于人類胚胎干細胞的試驗，但由于缺乏資金和在美生物技術(shù)公司 Geron 的業(yè)務(wù)指令發(fā)生變化，該試驗于 2011 年底停止。要測試的療法被稱為GRNOPC1，由祖細胞（部分分化的細胞）組成，一旦進入體內(nèi)，就會成熟為稱為少突膠質(zhì)細胞的神經(jīng)細胞。GRNOPC1 的少突膠質(zhì)細胞祖細胞來源于人胚胎干細胞。

胚胎生殖細胞

胚胎生殖 (EG) 細胞，來源于在晚期胚胎的性腺脊中發(fā)現(xiàn)的原始生殖細胞具有胚胎干細胞的許多特性。胚胎中的原始生殖細胞發(fā)育成干細胞，在成體中產(chǎn)生生殖配子。在小鼠和人類中，可以在具有適當(dāng)生長因子（即 LIF 和另一種稱為成纖維細胞生長因子的細胞因子）的組織培養(yǎng)物中培養(yǎng) 胚胎生殖 細胞。

成體干細胞

  成人體內(nèi)的某些組織，例如皮膚表皮、小腸內(nèi)壁和骨髓，會經(jīng)歷持續(xù)的細胞更新。它們包含無限期存在的干細胞，以及數(shù)量更多的“轉(zhuǎn)運擴增細胞”，它們從干細胞中產(chǎn)生并分裂有限次數(shù)，直到它們 分化。干細胞存在于由其他細胞形成的小生境中，這些細胞會分泌使干細胞保持活力的物質(zhì)。某些類型的組織，例如 肝組織，顯示出極少的細胞分裂或僅在受傷時才進行細胞分裂。在這些組織中可能沒有特殊的干細胞群，任何細胞都可以在需要時參與組織再生。

上皮干細胞

   這皮膚的表皮層含有稱為角質(zhì)形成細胞。只有靠近真皮的基底層包含分裂的細胞。這些細胞中有許多是干細胞，但大多數(shù)是轉(zhuǎn)運擴增細胞。角質(zhì)形成細胞在成熟時通過表皮緩慢向外移動，最終死亡并從皮膚表面脫落。的 上皮細胞小腸形成稱為絨毛的突起，其間散布著稱為隱窩的小凹坑。分裂細胞位于隱窩中，干細胞位于每個隱窩底部附近。細胞在隱窩中不斷產(chǎn)生，遷移到絨毛上，并最終脫落到腸腔中。當(dāng)它們遷移時，它們 分化成具有腸上皮細胞特征的細胞類型。

骨髓和造血干細胞

  骨髓含有稱為造血干細胞的細胞，可產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)的所有細胞類型。造血干細胞也少量存在于 外周血中，而大量存在于臍帶血中。在骨髓中，造血干細胞錨定在骨小梁的成骨 細胞和血管上。它們產(chǎn)生的后代可以變成淋巴細胞、粒細胞、紅細胞和某些其他細胞類型，這取決于它們直接 環(huán)境中生長因子的平衡。

   對實驗動物的研究表明，移植的造血干細胞偶爾會在其他組織中定殖，移植的細胞會變成神經(jīng)元、肌肉細胞或 上皮細胞。移植的造血干細胞能夠定植于其他組織的程度非常小。盡管如此，正在探索使用造血干細胞移植治療心臟病或自身免疫性疾病等疾病。對于那些反對使用胚胎干細胞的人來說，這是一個特別有吸引力的選擇。

干細胞的作用和功效

骨髓移植

骨髓移植（也稱為骨髓移植）是一種常用的干細胞應(yīng)用。它們用于讓癌癥者在破壞骨髓干細胞的致命劑量 放射或化學(xué)Chemotherapy中存活下來。對于此過程，在癌癥Chemotherapy之前采集自己的骨髓，然后在Chemotherapy后重新注入體內(nèi)。移植的造血干細胞定殖在受損的骨髓中，并使用用功能細胞重新填充血液和免疫系統(tǒng)。骨髓移植也經(jīng)常在個體之間進行（同種異體移植）。在這種情況下，移植的骨髓有一些 有益的抗腫瘤作用。

骨髓是間充質(zhì)干細胞（有時稱為骨髓基質(zhì)細胞或 MSC）的來源，它們是非造血干細胞的前體，有可能分化成幾種不同類型的細胞，包括形成骨骼、肌肉的細胞，和結(jié)締組織。在細胞培養(yǎng)中，骨髓來源的間充質(zhì)干細胞在暴露于影響細胞分化的物質(zhì)時表現(xiàn)出多能性。利用這些多能特性在可移植組織和器官的生成中變得非常有價值。2008 年，科學(xué)家使用間充質(zhì)干細胞對一段氣管進行生物工程改造，將其移植到一名上呼吸道因結(jié)核病嚴重受損的女性體內(nèi). 干細胞取自女性的骨髓，在實驗室 培養(yǎng)，用于組織工程。在工程化過程中，供體氣管的內(nèi)部和外部細胞襯里被剝離，留下結(jié)締組織的氣管“支架” 。來自接受者的干細胞隨后被用于在支架內(nèi)部重新定植，而同樣從接受者身上分離的正常上皮細胞被用于重新定植氣管外部。

神經(jīng)干細胞

神經(jīng)干細胞

  研究表明，體內(nèi)也有干細胞大腦。在哺乳動物中，出生后很少形成新的神經(jīng)元，但嗅球和海馬體中的一些神經(jīng)元不斷形成。這些神經(jīng)元來自神經(jīng)干細胞，可以以以下形式在體外 培養(yǎng)神經(jīng)球——包含干細胞及其部分后代的小細胞簇。這種類型的干細胞正在研究用于治療帕金森病和其他形式的神經(jīng)變性或 中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷性損傷的細胞療法。

體細胞核移植

多莉羊和羊的克隆

    在對動物進行實驗之后，包括那些用來制造多莉羊的實驗，人們對使用體細胞核移植 (SCNT) 來制造多能人類細胞進行了很多討論。在 SCNT 中，包含大部分細胞 DNA（脫氧核糖核酸）的體細胞（完全分化的細胞，不包括生殖細胞）的細胞核被移除并轉(zhuǎn)移到自身核 DNA 已被移除的未 受精卵細胞中。卵細胞在培養(yǎng)物中生長直至到達 囊胚 階段。然后從卵子中取出內(nèi)部細胞團，細胞在培養(yǎng)物中生長以形成胚胎干細胞系（源自同一親代細胞群的細胞世代）。然后可以刺激這些細胞分化成移植所需的各種類型的細胞。由于這些細胞在基因上與原始供體相同，因此它們可用于治療供體而不會出現(xiàn)免疫排斥問題?？茖W(xué)家于2013年成功地從SCNT人類胚胎中生成人類胚胎干細胞。

    盡管前景廣闊，但由于多種原因，SCNT 衍生的胚胎干細胞的產(chǎn)生和使用存在爭議。一是 SCNT 可能需要十幾個卵子才能使一個卵子成功產(chǎn)生胚胎干細胞。人類卵子供不應(yīng)求，并且存在許多與卵子捐贈相關(guān)的社會與法問題，將 SCNT 衍生的干細胞移植到人體中也存在未知的風(fēng)險，因為未受精卵能夠重新編程分化細胞的核 DNA 的機制尚不完全清楚。此外，SCNT 通常用于生產(chǎn)動物的克?。ɡ缍嗬颍Ｒ虼?，一些團體強烈反對使用 SCNT 生成人類胚胎干細胞。

誘導(dǎo)多能干細胞

   由于圍繞胚胎干細胞使用的倫理問題，科學(xué)家們一直在尋找重新編程成體體細胞的方法。對細胞融合的研究，其中分化的成體體細胞與胚胎干細胞一起培養(yǎng)，與干細胞融合并獲得胚胎干細胞樣特性，導(dǎo)致特定基因可以重新編程分化的成體細胞的想法。細胞融合的一個優(yōu)點是它依賴于現(xiàn)有的胚胎干細胞而不是卵子。然而，融合細胞在移植到人體時會刺激免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致移植排斥。因此，研究越來越集中于能夠?qū)⒊审w細胞重新編程為 多能狀態(tài)。為了在不與胚胎干細胞融合的情況下使成體細胞具有多能性，必須將誘導(dǎo)多能性的調(diào)節(jié)基因引入成體細胞的細胞核中。為此，成體細胞在細胞培養(yǎng)物中生長，并將調(diào)節(jié)基因的特定組合插入逆轉(zhuǎn)錄病毒（將 RNA [核糖核酸] 轉(zhuǎn)化為 DNA 的病毒）中，然后將其引入培養(yǎng)基中。逆轉(zhuǎn)錄病毒將調(diào)節(jié)基因的 RNA 轉(zhuǎn)運到成體細胞的細胞核中，然后在細胞核中將基因整合到細胞的 DNA 中。每 10,000 個細胞中約有 1 個具有胚胎干細胞特性。盡管機制仍不確定，但很明顯某些基因 通過調(diào)節(jié)許多其他基因賦予胚胎干細胞特性。以這種方式重新編程的成體細胞被稱為誘導(dǎo)多能干細胞 (iPS)。

  與胚胎干細胞類似，誘導(dǎo)多能干細胞可以被刺激分化成原則上可用于疾病特異性治療的選定類型的細胞。

  2009年科學(xué)家成功生成 通過重新編程成人皮膚細胞來改變?nèi)搜鄣囊暰W(wǎng)膜細胞。這一進展使對視網(wǎng)膜細胞胚胎發(fā)育的詳細研究成為可能，并為開發(fā)眼病新療法開辟了 道路。從重新編程的皮膚細胞產(chǎn)生視網(wǎng)膜細胞可能特別適用于治療視網(wǎng)膜色素變性，其特征是視網(wǎng)膜進行性退化，會導(dǎo)致夜盲癥和其他視力并發(fā)癥。盡管視網(wǎng)膜細胞也由人類胚胎干細胞產(chǎn)生， 誘導(dǎo)多能性代表了一種爭議較小的方法?？茖W(xué)家們還探索了將誘導(dǎo)性多能干細胞技術(shù)與CRT相結(jié)合的可能性.

   研究人員還能夠生成用于治療某些形式的心臟干細胞 通過去分化過程治療心臟病，在這個過程中成熟的心臟細胞被刺激恢復(fù)為干細胞。自體心臟干細胞移植的嘗試是在 2009 年，當(dāng)時醫(yī)生從人身上分離出心臟組織，在實驗室培養(yǎng)組織，刺激細胞去分化，然后將心臟干細胞直接回輸?shù)交颊叩男呐K中。 2011 年有一項類似的研究，涉及 14 名在接受心臟搭橋手術(shù)后進行心臟干細胞移植的人。干細胞移植后三個多月，他們的心臟功能出現(xiàn)了輕微但可檢測到的改善。

    使用具有特征的特異性誘導(dǎo)多能干細胞和去分化細胞在CRT應(yīng)用方面具有較高的價值，因為它們不太可能被免疫系統(tǒng)排斥。

    2021 年，多個獨立工作的研究團隊在體外生成了人類胚泡樣結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)使用不同類型的細胞群生長，包括人類胚胎干細胞、iPS 細胞和重新編程的成人皮膚細胞。這一突破為研究人類胚胎發(fā)育和懷孕的早期階段提供了一種新方法。

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