口腔醫(yī)學中的

細胞力學研究泰山醫(yī)學院口腔醫(yī)學院高靜第一節(jié)細胞生物力學的概念

及研究內(nèi)容一、細胞生物力學的基本概念運用生命科學和工程科學的原理和方法來研究正常和病態(tài)細胞的結構和功能的關系，以及開發(fā)生物替代物來恢復細胞的功能。

二細胞生物力學研究內(nèi)容傳統(tǒng)研究：細胞運動、變形、細胞間相互作用及細胞如何產(chǎn)生力、感覺和響應外界的作用力的研究目前：細胞骨架動力學研究，細胞-細胞外基質(zhì)相互作用，細胞內(nèi)亞細胞結構的粘彈性和鏈接，與細胞附著和運動有關的細胞與分子層次的力學行為等三細胞的力學結構及力學特性細胞的力學結構細胞骨架在細胞核中存在的核骨架-核纖層，包括微管、微絲和中間絲

細胞骨架不僅維持細胞形態(tài)、承受外力、保持細胞內(nèi)部結構的有序性方面起重要作用，而且還參與許多重要的生命活動，在植物細胞中細胞骨架指導細胞壁的合成。

生物纖絲的力學特性細胞的各種生物纖絲或鏈可近似看作一帶有均勻密度和截面積的柔軟柱體，直徑8-25nm。細胞質(zhì)膜的力學特性細胞受力（一）與細胞有關的力1.細胞內(nèi)產(chǎn)生的力由生物纖絲的生長與收縮產(chǎn)生的力

分子馬達產(chǎn)生的力2細胞所受外部作用力當細胞與其他細胞或與基底材料接觸距離在5nm或以上時，就會產(chǎn)生因電偶極子相互作用導致的范德華力以及因為與細胞質(zhì)或細胞外液中游離的帶相反電荷的離子、或與其他帶電表面的相互作用產(chǎn)生的靜電力細胞形變細胞的力學單元主要為一流體膜與其細胞骨架或細胞壁形成的組合薄膜。該膜的各彈性模量，包括彎曲壓縮以及抗切變能力等，彈性模量會強烈影響細胞的形狀。同時，細胞骨架為一網(wǎng)絡結構系統(tǒng)，它使得細胞具有主動變形和抵抗被動變形的能力

干細胞研究1999年被《Science》評為十大科技進展之首；2000年再度入選世界十大科技進展；9美國諾貝爾獎獲得者吉爾伯特預言

“用不了50年，人類將能夠培育出人體的所有器官。”2007諾貝爾生理/醫(yī)學獎

胚胎干細胞結合基因打靶研究2007年10月8日瑞典皇家科學院諾貝爾獎委員會宣布將本年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予美國科學家馬里奧?卡佩奇和奧利弗?史密斯、英國科學家馬丁?埃文斯，以表彰他們在胚胎干細胞和基因敲除研究方面所做的貢獻;“基因敲除小鼠”，即先在小鼠胚胎干細胞上引入外源無意義同源DNA序列，置換其中的靶向基因，然后將基因敲除后的胚胎干細胞植入小鼠早期胚胎，發(fā)育成的嵌合體小鼠體內(nèi)同時存在被“修飾”過和原生基因。如果某小鼠的生殖細胞恰巧被敲除過，則它們就會生出全身各細胞某基因都被敲除的小鼠，其后代可出現(xiàn)純“基因敲除”小鼠。奧利弗·史密斯

馬丁?埃文斯

馬里奧?卡佩奇

11自1989年基因打靶技術在老鼠身上獲得實際成功至今（2007），已經(jīng)有一萬多個小鼠基因分別被敲除，預計科學家們將很快實現(xiàn)所有小鼠基因的敲除，從而確定每個基因在健康和疾病中的角色；目前，基因打靶技術已經(jīng)形成了500多個不同的人類疾病小鼠模型，涉及心血管疾病和神經(jīng)退化疾病、糖尿病和癌癥等。人類基因與小鼠基因相似性達90％以上，它在理論上具備了用于心臟病、糖尿病和癌癥等遺傳因素引發(fā)的疾病研究的可能。

12What’sStemCell?

干細胞是動物（包括人）胚胎及器官中具有自我復制和多向分化潛能的原始細胞，能分裂、產(chǎn)生出表現(xiàn)型和基因型都和自己完全相同的子細胞，同時還能分化為各類祖細胞，是重建、修復病損或衰老組織、器官功能的理想種子細胞。CharactersofStemCell具有無限增殖分裂的能力；長期保持自我穩(wěn)定的能力；長期保持分化成其它細胞的可能性；

產(chǎn)生新細胞是對組織（細胞）損傷的反應；以對稱和/或不對稱兩種方式進行生長：或保持不分化狀態(tài)，或不可逆地向終末分化（由細胞質(zhì)中調(diào)節(jié)分化蛋白不均勻分配決定）。

干細胞具有的多向分化潛能和自我更新能力，使其成為未來再生醫(yī)學的重要種子細胞，并成為研究人類早期胚層特化和器官形成、藥物篩選以及基因治療的最佳工具。

15干細胞研究的

倫理和社會問題生殖性克?。恢委熜钥寺。?6日本投入巨資研究干細胞2000年5月，日本把干細胞技術的出現(xiàn)視作在生命科學和生物技術領域趕超歐美國家的絕好機遇。在2000年度啟動的“千年世紀工程”中，日本把干細胞工程作為四大重點之一，并且在第一年度就投入108億日元的巨額資金；英國允許胚胎干細胞研究2000年12月19日，英國下議院以超過2／3的多數(shù)票通過了在嚴格管理的條件下允許克隆人類早期胚胎，并從中提取干細胞進行醫(yī)療研究的決議。2001年1月，經(jīng)過３年的激烈爭論，英國議會上院通過法案，允許科學家克隆人類早期胚胎，并利用它進行醫(yī)療研究。美國總統(tǒng)布什在2001年8月宣布，美國政府將僅僅支持對已有的胚胎干細胞進行研究；德國不僅只允許研究2002年1月30日以前產(chǎn)生的胚胎干細胞，而且還必須是在沒有其它可選擇的情況下才能進行。19布什否決干細胞提案2005年，美眾議院以238票對194票通過法案，要求加大政府對胚胎干細胞研究的資金支持；2006年7月18日該法案在參議院也以63票對37票獲得通過；美國總統(tǒng)布什7月19日首次動用否決權，駁回這項支持胚胎干細胞研究的法案；

幾小時后，國會眾議院以235票對193票的結果重新通過了這份旨在放寬干細胞研究的法案。但由于第二次表決沒有獲得三分之二的絕對多數(shù)，國會無力推翻總統(tǒng)的否決票。

20聯(lián)合國反對克隆人2005年2月18日，經(jīng)過激烈的辯論，第59屆聯(lián)合國大會法律委員會以71票贊成、35票反對、43票棄權的表決結果，以決議的形式通過一項政治宣言，要求各國禁止有違人類尊嚴的任何形式的克隆人。21歐盟

繼續(xù)資助人體胚胎干細胞研究2007年1月24日,歐盟正式宣布將繼續(xù)資助人體胚胎干細胞研究,但禁止克隆人類和破壞人類胚胎；在表決過程中,波蘭、奧地利、馬耳他、斯洛伐克、立陶宛聲稱出于倫理和道德上的考慮,否決了該項提議。德國和意大利在最后時刻改變原有立場,轉(zhuǎn)而支持該項研究。在過去的7年中,歐盟研究基金資助了9個人體胚胎干細胞的科研項目，但必須遵循一定的前提:不能以復制為目的進行克隆人試驗,不能從事企圖修改人類基因庫的研究,不能用于破壞人類胚胎的研究。英干細胞銀行正式開業(yè)

英國在2003年建立了世界第一個干細胞銀行，旨在存儲各種類型的干細胞，是世界第一個政府性的干細胞銀行；2006年9月18日由英國政府下設的英國生物學標準與控制研究院經(jīng)科學家們一致討論，首次批準了6種可對外供應的胚胎干細胞；這次會議還規(guī)定，申請獲得干細胞的科學家必須保證，不能進行克隆人的試驗；已有約50個機構提出要求獲得干細胞的申請，但也有人對此項決定表示疑慮。這項決定可能會使一些捐贈胚胎的夫婦心生不快。他們可能不太愿意自己的胚胎被用于一些他們并不知道的研究。

中國支持治療性克隆研究中科院陳竺院士2002年7月指出：“一個體外的胚胎在有限的時間，如14天里，尚屬一般的生物細胞，此時還沒有神經(jīng)細胞和腦細胞的產(chǎn)生，既無知覺也無感覺，因此科學界一般認為它在此時還不是一個道德意義上的人?！祟惛杉毎芯拷o21世紀醫(yī)學的革命性發(fā)展帶來可能，因此總的平衡利弊，還是要支持”。陳竺還強調(diào)，在支持的同時還要有嚴厲的法律、法規(guī)來保證這樣的技術發(fā)展能真正造福人類。24生命何時開始？生命從何時開始？這一問題的答案對于胚胎研究有巨大的影響。一種觀點認為，生命的價值在于有發(fā)育潛力，而不是發(fā)育的當前狀態(tài)。對于持有這種觀點的人來說，對干細胞的研究及對人類囊胚的破壞是完全無法接受的。擔心無法控制的生物技術可能導致道德淪喪。許多人認為，生命起點的最好定義是囊胚植入子宮壁。而從人類胚胎研究的觀點看來，原腸胚形成是生命起點。

25中國干細胞研究異軍突起（1）北京大學醫(yī)學部等投入500萬元組建北京大學干細胞研究中心，將干細胞研究列為“十五”期間的三大重點建設項目之一，該中心目前正在建立非病毒轉(zhuǎn)化的角膜干細胞體外培養(yǎng)體系，并已著手建立人胚胎干細胞系以及包含人體各種組織的成體干細胞庫；在以干細胞技術治療肝病、糖尿病等方面已取得了初步突破。

中國干細胞研究異軍突起（2）天津血液研究所、上海市第二人民醫(yī)院等，在血液干細胞研究上也有比較突出的成就。北京中關村生命科技園將干細胞研究列為首批入園的九大項目之一。27天津臍帶血干細胞庫通過驗收

天津臍帶血造血干細胞庫，是世界規(guī)模最大的干細胞庫之一，總投資1.18億元。2005年5月通過國家衛(wèi)生部執(zhí)業(yè)驗收和亞洲臍帶血庫驗收，日處理臍帶血能力100份，總儲存量30萬份。天津臍帶血庫創(chuàng)建公共儲存與自體儲存相結合模式，已在全國建立70多家分公司和工作站，儲存新生兒臍帶血干細胞3萬余份，接受全國和亞洲臍血庫615例無血緣關系患者的查詢，配型成功率97％，為數(shù)十位患者提供了移植供體；與世界各國臍帶血干細胞庫相比，天津臍帶血造血干細胞庫無論在儲存數(shù)量、處理能力、潔凈等級、通訊上網(wǎng)、安全保衛(wèi)以及室內(nèi)環(huán)境控制等方面，均居領先水平，為中國乃至全世界臍帶血干細胞庫的建設提供了示范和標準。

中國干細胞研究異軍突起（3）28中國干細胞研究異軍突起（4）我國首家臍帶間充質(zhì)干細胞庫2006年4月24日前在天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)天大科技園細胞產(chǎn)品國家工程研究中心落成；29我國干細胞研究有望后來居上科技部973、863計劃、國家自然科學基金、國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)化計劃等都從不同的層面上給予干細胞研究多個重大重點項目資金支持；我國每年在SCI核心期刊發(fā)表的干細胞相關論文呈逐年增多趨勢，2006年和2007年發(fā)表的論文數(shù)均超過2000篇，與英國和法國的數(shù)量相近，有些研究領域處于領先水平；2007年我國在干細胞領域發(fā)表的論文影響因子總數(shù)超過35的有11個研究組，其中影響因子總數(shù)位列前四的為：中國醫(yī)學科學院血液學研究所韓忠朝（157.253）、中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所趙春華（95.281）、北京大學生命科學院鄧宏魁（93.370）、軍事醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所毛寧（75.111），其中有些單篇論文影響因子達到10.896。中國干細胞研究異軍突起（5）30全能干細胞（Totipotentstemcell）；多能干細胞(Pluripotentstemcell)；單能干細胞(Unipotentstemcell)；干細胞分類31干細胞

分類示意圖全能干細胞多能干細胞32干細胞的可塑性科學研究發(fā)現(xiàn)，一種成體干細胞在一定條件下可以產(chǎn)生出其它的細胞和組織。骨髓干細胞神經(jīng)細胞神經(jīng)干細胞造血細胞骨髓肌間葉干細胞造血細胞提示：成人組織干細胞可能存在廣譜的分化潛能；干細胞工程不一定取自胚胎干細胞；微環(huán)境對干細胞轉(zhuǎn)化具非常重要的作用；33韓國“最高科學家”黃禹錫

稱已獲體細胞克隆人類早期胚胎，并從中獲得胚胎干細胞（2004.2）ResearchesonESC(34)34黃禹錫繼續(xù)體細胞克?。?005.5）在《Science》黃禹錫報道，招募11名２歲到56歲捐獻體細胞的男女志愿者，患有脊索損傷、幼年糖尿病和先天性低丙球蛋白血癥等各種疾病，其中一名患有脊索損傷的女性志愿者，也捐獻了克隆胚胎用的卵母細胞；共將185個卵母細胞抽出細胞核，然后分別植入體細胞的細胞核，成功得到了31個胚泡，最后提取了11個干細胞系。而在2004年的研究中，黃禹錫等人最后只得到一個干細胞系。

ResearchesonESC(35)35黃禹錫被問訊后返回首爾大學辦公室，

與助手、學生一一道別2006年黃禹錫被證明發(fā)表在2004年《Science》上的胚胎干細胞克隆造假ResearchesonESC(36)361964年為科研確立倫理規(guī)范的《赫爾辛基宣言》科學家應該保證自身獨立于研究項目之外，且沒有受到強迫；研究者們一向被提醒不要接受來自研究團隊成員捐出的卵子，因為這會引發(fā)捐卵者與研究有聯(lián)帶關系，以及擔心捐卵可能是屈服于研究壓力；黃禹錫曾向提供卵子的女性支付了每人150萬韓元(合1450美元)補償金。

ResearchesonESC(37)37黃禹錫面臨鐵窗生涯

韓國首爾地方檢察廳就前首爾大學教授黃禹錫因?qū)W術造假而遭起訴一案舉行了第二次聽證。黃禹錫在法庭上承認，自己曾指使手下偽造胚胎干細胞數(shù)據(jù)，并以此撰寫論文發(fā)表在美國《Science》雜志上；

2005年12月，他被揭發(fā)偽造多項研究成果，韓國舉國嘩然。黃禹錫發(fā)表在《科學》雜志上的干細胞研究成果均屬子虛烏有。2009年10月26日，韓國法院裁定，黃禹錫侵吞政府研究經(jīng)費、非法買賣卵子罪成立，被判2年徒刑，緩刑3年。ResearchesonESC(38)38成熟血細胞的產(chǎn)生過程

造血干細胞造血祖細胞前體細胞各種成熟血細胞造血干細胞39DifferentiationofBloodCellsfromHematopoieticStemCell

造血干細胞分化成各類血細胞造血干細胞40

捐獻者是上海某醫(yī)院護士曲海菁。她于2005年4月報名加入中華骨髓庫，當年12月與北京一名白血病患者配型成功。2006年3月30日，在上海華山醫(yī)院采集了造血干細胞，由上海分庫工作人員于當晚護送到北京海軍總醫(yī)院中華骨髓庫實現(xiàn)第400例捐獻

造血干細胞（22）41救命骨髓從北京空運來廈

廈門日報2007-6-6漳州16歲施姓少年2006年12月份無意中發(fā)現(xiàn)自己雙下肢有一些瘀點，并在左腋下摸到一個花生米粒大小的腫物。隨后他被診斷為“急性淋巴細胞白血病”。2007年3月份，小施轉(zhuǎn)入廈門大學附屬中山醫(yī)院血液科繼續(xù)治療；幸運的是，僅僅兩個月內(nèi)，醫(yī)生就在中華骨髓庫為他找到配對的造血干細胞。這也是廈門市患者兩年內(nèi)第9個通過中華骨髓庫獲得救助的患者；2007年6月5日19時30分，在歷經(jīng)兩個半小時的航程后，北京市紅十字會的一名工作人員，懷抱著一個周轉(zhuǎn)箱出現(xiàn)在廈門機場的出口處。這個箱子里裝著的“救命血”于20時左右被輸入該少年的體內(nèi)造血干細胞據(jù)統(tǒng)計，我國白血病自然發(fā)病率約為十萬分之四，每年新增白血病患者4萬人；我國約有400萬名白血病患者等待合適的骨髓移植；造血干細胞43抽取成分血造血干細胞44發(fā)現(xiàn)人牙齒干細胞

2005年1月澳大利亞阿德萊德大學的生物學家格羅恩索斯和他的研究小組在兒童換下來的牙齒中找到牙齒干細胞，可以用來幫助牙齒修復破損部分，也可能將來讓老人長出新牙來；人的牙齒由不同的組織構成，包括釉質(zhì)、牙質(zhì)和牙髓等。其中牙髓中含有生成牙齒主體部分的“成牙質(zhì)干細胞”，但在牙髓的上百萬個細胞里，只有80個左右是干細胞；