胚胎干細胞

EmbryonicStemCells

長期以來，人類一直在研究和尋找能治愈各種疾病、抗衰老甚至長生不老的方法。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是干細胞的研究，人類的這些幻想正在逐步變成現(xiàn)實。

1999年12月，美國《科學》雜志公布了當年世界科學進展的評定結(jié)果，干細胞的研究成果列在舉世矚目耗資巨大的人類基因組工程之前，名列十大科學進展首位。

…………卵裂與胚泡形成（一）卵裂（cleavage）是指受精卵不斷分裂的過程。卵裂產(chǎn)生的細胞稱為卵裂球桑椹胚（二）胚泡形成（囊胚）隨著卵裂球增多，在桑椹胚細胞之間出現(xiàn)一些小的腔隙，以后匯合成一個大腔，將桑椹胚細胞推到周邊，形成胚泡滋養(yǎng)層內(nèi)細胞群胚泡腔囊胚滋養(yǎng)層

胎盤及胎兒附屬結(jié)構(gòu)內(nèi)細胞群內(nèi)胚層

消化道、呼吸道上皮和腺體；肝；膽；胰中胚層

結(jié)締組織；血液；肌肉；骨骼；泌尿生殖系統(tǒng)外胚層

體表結(jié)構(gòu)；神經(jīng)系統(tǒng)干細胞的基本概念定義干細胞是一類具自我更新和分化潛能的細胞。在細胞的分化過程中，細胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了彌補這一不足，保留了一部分未分化的原始細胞根據(jù)分化潛能：全能干細胞，包括：胚胎干細胞（embryonicstemcells,ES細胞），生殖干細胞（embryonicgermcells,EG細胞）,胚胎癌細胞（embryonalcarcinomacell，EC細胞）具有全能性，能夠分化成全身200多種細胞類型，進一步形成機體的任何組織和器官。多能干細胞：具有分化成多種細胞和組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個體的能力,如造血干細胞。專能干細胞：只能向一種或密切相關(guān)的兩種類型的細胞分化。如上皮組織基底層的干細胞，肌肉中的成肌細胞。根據(jù)發(fā)育過程中出現(xiàn)的先后次序：

胚胎干細胞成體干細胞

存在于已分化組織細胞中尚未分化的細胞，具有自我更新的潛能并且能夠分化成該組織的各種類型細胞，如造血干細胞。

橫向分化（trans-differentiation）一種組織的特異性干細胞可以橫向分化成其他組織的細胞，如肌肉干細胞在特定條件下可以分化為各種血細胞系。1999年Goodell等人用肌肉來源的干細胞在小鼠體內(nèi)分化成各種血細胞。這表明成體干細胞在一定的微環(huán)境的作用下，可以橫向分化為需要的細胞和組織，從而起到極其有效的治療作用人胚胎干細胞的性質(zhì)能維持穩(wěn)定、完整、正常的二倍體染色體結(jié)構(gòu)；有穩(wěn)定的發(fā)育潛能，能被誘導增殖或分化；能參與胎兒所有組織的發(fā)育過程；胚胎干細胞的建系

一、來源從早期胚胎獲得從移植細胞(克隆細胞)獲得去核卵細胞+體細胞核

克隆

囊胚

分離內(nèi)細胞群

ES細胞酶消化后培養(yǎng)免疫方法去除滋養(yǎng)層細胞流式細胞儀分離法胚胎干細胞的建系

二、分離原則：促進ES細胞的增殖保持ES細胞處于未分化狀態(tài)胚胎干細胞的建系

三、培養(yǎng)(1)特殊的培養(yǎng)液：用DMEM培養(yǎng)液，其中胎牛血清的濃度和質(zhì)量很重要，還要加非必需氨基酸；β-巰基乙醇;生長因子。(2)以人或胚鼠的成纖維細胞為飼養(yǎng)細胞。(3)必須加入LIF，抑制細胞分化胚胎干細胞的建系

四、鑒定形態(tài)：集落狀生長，結(jié)構(gòu)致密，細胞間界限不清。單個細胞體積小圓，核質(zhì)比大。核型鑒定：二倍體核型。生化特征：端粒酶活性高物理特性：對Hoechst33324和Rhodamine123染料不著色。細胞內(nèi)堿性磷酸酶活性高干細胞表面表達特異抗原：SSEA-3,SSEA-4,TRA-1-60,TRA-1-81人、猴、小鼠ES細胞的分子差異

表達Oct-4轉(zhuǎn)錄因子

能分化成三個胚層的細胞，將胚胎干細胞植入免疫缺陷小鼠皮下可產(chǎn)生畸胎瘤

嵌合體實驗（1）加入誘導細胞分化的因子或化學物質(zhì)，如VGEF、bFGF、DMSO和RA等（2）將ES細胞與特定的細胞共培養(yǎng)（3）將某種分化誘導因子的基因轉(zhuǎn)入ES細胞內(nèi)，觸發(fā)ES細胞沿特定途徑分化。胚胎干細胞的誘導分化胚胎干細胞的誘導分化matureneurons(red)andglialcells(green)鑒定分化后細胞的常用方法（1）細胞形態(tài)與結(jié)構(gòu)（2）細胞功能（3）細胞表面的特殊標志（4）細胞內(nèi)特異基因的表達造血干細胞的鑒定：（1）細胞形態(tài)：集落呈非貼壁生長，細胞形態(tài)較小（2）細胞表面標志：flk-1（FetalLiverKinase1);L/TAL-1；CD34；GATA-1；（3）基因表達：TAL-1；GATA-2；βH1；β主要珠蛋白

內(nèi)皮細胞:（1）細胞形態(tài)：扁平貼壁狀態(tài)；Weibel-Palade小體；廣泛胞內(nèi)連接；大量吞飲泡（2）細胞標志：血小板內(nèi)皮細胞粘附分子PECAM-1或CD31；細胞粘附分子整合素αvβ3；CD34；JAM(JunctionalAdhesionMembrane)；MECA-32以及MEC-14，7抗原（3）特異基因表達：flk-1；flt-1；tie-2ConfocalmicroscopyofEBsstainedforPECAM1showingthree-dimensionalnetworkformations,vascular-likechannels.(A)4-day-oldEB.(B)6-day-oldEB.(C)10-day-oldEB.(D)13-day-oldEB心肌干細胞：（1）細胞結(jié)構(gòu)：細胞內(nèi)含糖原顆粒，大量線粒體以及廣泛的未形成成熟肌原纖維的粗絲和細絲（2）細胞功能：節(jié)律性收縮；心肌特異離子流。利用膜片鉗技術(shù)可檢測L型Ica，Ina，Ito，Ik，Ik1，Ik，ACH和If（3）基因表達：α及β心肌球蛋白重鏈

神經(jīng)干細胞:（1）細胞形態(tài)：胞體很小，從胞體伸出許多長的神經(jīng)突（2）細胞功能：電壓控制性Na+，K+，Ca2+通道；神經(jīng)遞質(zhì)的受體（3）細胞標志：TH（酪氨酸羥化酶），微管相關(guān)蛋白tau，MAP2，β微管蛋白3（TuJ-1），GFAP（膠質(zhì)原纖維酸性蛋白），巢蛋白，突觸泡蛋白以及NF-L（68KDa的神經(jīng)絲蛋白），NF-H（200KDa的神經(jīng)絲蛋白），NF-M（160KDa的神經(jīng)絲蛋白）；Nurr1和Ptx3（中腦多巴胺能神經(jīng)元的標志）（4）特異基因表達：5天的EBs中有NF-L，NF-M和突觸泡蛋白的表達，2天后表達編碼神經(jīng)聚糖（腦特異蛋白多糖）的基因，6天后表達編碼微管相關(guān)蛋白tau的基因。也有檢測發(fā)現(xiàn)分化細胞中有Brain-3，谷氨酰胺受體亞單位GluR-4和GluR-6，遞質(zhì)合成酶TH和GAD67，GAD65，GFAP和NF-L的表達

160kDaneruofilamentproteinnestinb-III-tubulinGFAP

胰島細胞:細胞標志：GATA-4（胚胎和胚外內(nèi)胚層的標志），HNF3β（胚胎內(nèi)胚層的標志）；胰島素淀粉樣多肽IAPP；葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-2（Glut-2）；胰島β細胞的特征及特定標記物：胰島GK和GLUT2（葡萄糖轉(zhuǎn)運子）；轉(zhuǎn)錄因子IPF1/PDX1和NgN3（Neurogenin3）

2002年3月，美國麻省理工學院的科學家宣布，他們首次利用人體胚胎干細胞培育出毛細血管，證明了胚胎干細胞技術(shù)在治療心血管疾病等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。目前已有報導ES細胞能在適當條件下分化為心肌細胞，胰島細胞，血管內(nèi)皮細胞，肝細胞等。Aftertransplantationintothebrainsofyoungmice,theneuralprecursorcellsgiverisetofunctioningneurons(redinA)andastrocytes(redinB),胚胎干細胞的研究意義為在細胞和分子水平研究人類早期胚胎發(fā)育過程提供良好的材料和方法，是基因功能研究的有限手段。用于新藥的發(fā)現(xiàn)，篩選及安全性實驗。重要的臨床價值，可作為組織移植，細胞治療和基因治療的細胞來源。解決胚胎來源有限的途徑：未成熟卵的體外成熟避免免疫排斥的方法（1）Knock-out胚胎干細胞的組織相容性抗原（2）Knock-in受者的組織相容性抗原（3）與同一來源的造血干細胞一同移植（4）受者的體細胞核移植

胚胎干細胞的來源是否符合法律與道德？

胚胎干細胞的應(yīng)用是否會引起倫理及法律問題？

該項研究是否會導致人流泛濫？或?qū)е箩t(yī)生刻意造成胚胎流產(chǎn)？

如何看待克隆人的研究？ThisismurderThisdevalueslife2001年8月，美國總統(tǒng)布什規(guī)定聯(lián)邦政府對胚胎干細胞研究的資助僅限于研究當時已有的胚胎干細胞，不得資助從新胚胎中提取干細胞進而開展研究

NIH對現(xiàn)存人體胚胎干細胞系進行登記，認定世界上有64個人體胚胎干細胞系符合聯(lián)邦政府資助的標準。64個人體胚胎干細胞系分布在6個國家的10個機構(gòu)中：瑞典24個，美國20個，印度10個，澳大利亞6個，以色列4個。NIH試圖用這些人體胚胎干細胞系完成有關(guān)人體胚胎干細胞的基礎(chǔ)研究工作。2009年3月，奧巴馬簽署行政命令，宣布解除對用聯(lián)邦政府資金支持胚胎干細胞研究的限制，實現(xiàn)他要把科學與政治分離的競選承諾。NIH院長弗朗西斯·柯林斯2009年12月2日宣布，利用私人資金制成的13個人類胚胎干細胞系已獲準用于該院資助的研究。這是美國總統(tǒng)奧巴馬今年3月解除用聯(lián)邦政府資金支持胚胎干細胞研究的限制以來，美國科研機構(gòu)首次批準將人類胚胎干細胞系用于醫(yī)學研究?！叭藗儜?yīng)該開香檳慶祝，干細胞研究恢復到一個正常的狀態(tài)中去?！?/p>

ES細胞研究的趨勢改善ES細胞的體外培養(yǎng)條件，建立更有效更簡便的獲得ES細胞的方法。定向誘導分化成特定類型細胞，用于臨床疾病的治療，并解決免疫排斥和潛在的致腫瘤的問題。成體干細胞的橫向分化的能力以及與胚胎干細胞的比較，成體干細胞能否替代胚胎干細胞？如何繞過倫理問題開展新技術(shù)？胚胎干細胞全能性的蛋白網(wǎng)絡(luò)Nature.2006;444(7117):364-8.SomaticcellSimilartoEScellAddtheabovekeyfactors?Induced

pluripotent

stem

cells2.用皮膚細胞培育胚胎干細胞

2007年11月，日本和美國小組小組報告說，他們成功地用人類皮膚細胞培養(yǎng)出了誘導性多功能干細胞。由于這項研究解決了胚胎干細胞研究所面臨的倫理問題，因此將徹底改變干細胞研究的科學與政策，為生物醫(yī)學研究開辟新的方向。

干細胞生物學與克隆

國家十分重視干細胞與克隆:國家在“十一五”期間，將“生殖與發(fā)育”作為四個重大科學研究計劃之一

目前根據(jù)干細胞研究領(lǐng)域的最新研究成果，為我們未來的工作提供了重要的啟示，科技部專家組正在討論準備在“表觀遺傳學調(diào)控及生物學意義”或“生長發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控”方面立項我國科學家首次利用iPS細胞發(fā)育成的具有生殖能力的小鼠“小小”

Nature2009每個人都能做iPS？是的，這已是事實。正如Thomson所說：“現(xiàn)在全世界都在做這個了每個人都可以擁有自己量身定做的細胞？幻想，除非你有錢快要引入臨床治療了？為時過早！

iPS細胞和胚胎干細胞是相同的？不管怎么說，到現(xiàn)在為止是的。Thomson說，只有時間有權(quán)利說話，但是我不知道我會向哪走。如果你不能說出iPS細胞和胚胎干細胞的區(qū)別，胚胎干細胞就會逐漸走出歷史的舞臺，他說。如果一切如他預言，這可能會是一個時代的結(jié)束。

iPS細胞不存在倫理問題？不一定，看你想做什么。Ya