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成体干细胞

评论2021-02-21来源:严选细胞网

成体干细胞是什么

成体干细胞是指存在于一种已经分化组织中的未分化细胞,这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。

成体干细胞存在于机体的各种组织器官中。在特定条件下,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APSC多能细胞,从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。干细胞,说明成体干细胞普遍存在,问题是如何寻找和分离各种组织特异性干细胞。成体干细胞经常位于特定的微环境中。微环境中的间质细胞能够产生一系列生长因子或配体,与干细胞相互作用,控制干细胞的更新和分化。成年个体组织中的成体干细胞在正常情况下大多处于休眠状态,在病理状态或在外因诱导下可以表现出不同程度的再生和更新能力。

除了骨髓外,研究人员已经在脑、血液(包括脐带血)、角膜、视网膜、心脏、脂肪、皮肤、牙髓、血管、骨骼肌、肠中、都发现存在着成体干细胞。,人体内的成体干细胞数量较稀少,比胚胎干细胞更难培养,但治疗时需要的量则更多。

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成体干细胞的作用

成体干细胞主要是属于身体组织中没有进行分化的细胞,大多是处于自我更新的状态,一般细胞在于一定的条件下进行的分化,因为具有多向分化产生本系统组织细胞的能力,所以在成熟组织中能够更新修复已死亡或损伤的细胞。比如表皮的再生、血细胞的更新、头发指甲的生长之类。这是因为在体内的成体干细胞或者增殖出新的干细胞,或者按一定程序分化,形成新的功能细胞,从而使人体的组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。对于身体的新陈代谢也有所帮助。

同样的,在人体的组织和器官受到损伤或者失去功能的时候,它们也可以被动员起来,进行修补和重建。所以,成体干细胞的应用主要是在器官修复及功能恢复上。最常用的就是自体移植了,比如骨髓、外周血、脐血的造血干细胞移植;还有间充质干细胞的移植等。由于有的成体干细胞有横向分化的能力,因此可以把用一种细胞来修复不同的组织。比如间充质干细胞,就可以分化成骨、软骨、脂肪以及血液组织等。当然,用“专门”的细胞修复“专门”的组织就更不在话下了。比如说用皮肤干细胞修复烧伤受损的皮肤啦;用牙髓干细胞来修复牙周和牙骨质啦,都是已经正在施行或可望的现实了。

但由于体内的成体干细胞的数目和能力是有限的,所以当组织和器官损失太大,难以重建时,成体干细胞也无法总是满足我们的需要,就会先出现瘢痕组织,再逐步修复。不过,一个器官或组织损失太大或者总是不停地在损失,就会弄出很多的瘢痕组织。这些组织虽然还在这个器官中,但却不能行使它们应该行使的功能,这样,这个器官也就失去了它应有的功能,变得不能用了。比如肝硬化、肺纤维化就是这样的过程。

还有一种情况,虽然器官的损失不大,可是成体干细胞的数目有限,特别是人老了之后,成体干细胞无论活力和数目都不可与年轻人相比,也会逐渐出现这种状况,这就是所谓的“退行性病变”。

成体干细胞的优点

1、获取相对容易,每个人都有。

2、成瘤性低,不容易在人体内“变坏”,变成肿瘤。

3、得自于成人,所以不太存在伦理争议,不像胚胎干细胞那么麻烦。

4、可以利用病人自身的成体干细胞,不存在组织相容性问题,避免了移植物排斥反应和免疫抑制剂的使用。

5、许多种成体干细胞还有多向分化的潜能,可以由一种细胞分化成多种不同组织和功能的细胞,而分化的定向性却比胚胎干细胞要好。

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成体干细胞的分化来源

在组织内只含有极少量的干细胞。研究人员认为,干细胞存在于组织的特定区域内,从而在数年内都维持静止休眠状态――也就是保持不分裂的状态,直到组织受到损伤或发生疾病时被激活,才开始分裂。已经报道的含有干细胞的成体组织包括:脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏。

成体干细胞的检测方法

科学家尚未就成体干细胞的鉴定标准达成一致,然而,经常被采用的鉴定方法包括:

1、利用分子标记在活体组织中对细胞进行标记,然后确定它们所产生的特定细胞类型。

2、将细胞从活体动物上分离出来,在对其进行细胞培养的过程中进行标记,之后将细胞移植入另一个动物体内,观察该细胞是否可以再生其来源组织。

3、分离细胞,进行细胞培养,并对其分化进行控制,通常采用加入生长因子或向细胞内引入新基因的方法,进而观察细胞的分化方向。

成体干细胞的可塑性

随着成体干细胞研究的深入,研究者观察到成体干细胞可以突破其“发育限制性”,跨系,甚至跨胚层分化为其他类型组织细胞。例如,骨髓来源的干细胞在特定环境中可向肝脏、胰腺、肌肉及神经细胞分化;肌肉、神经干细胞也可向造血细胞分化。科学家们称这种现象为“干细胞的可塑性”。造血系统发育分化一直被认为是有严格的层次等级,多能的具有自我更新能力的HSC在最顶端,定向祖细胞居于中间位置,而各个终末分化的细胞位于最底层;但是这个关于干细胞分化的经典模型受到严峻的挑战,Blay等对成体干细胞可塑性的研究表明,这种分级分化模型已不再正确。成体干细胞的这种特性为其在多种难治性、终末期疾病的治疗中应用带来希望。关于成体干细胞可塑性仍然存在争议,其中成体干细胞异质性假说和细胞融合假说分别对干细胞的可塑性提出了质疑,并有相关的实验证据支持这种质疑。不过,成体干细胞的跨系,甚至跨胚层分化的能力,使得通过诱导成体干细胞能得到各种人体所需要的细胞,用于各种疾病的治疗。

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成体干细胞的应用难点

1、成体干细胞在成人体内的储量是非常少的,特别是一些特殊组织的干细胞,比如神经干细胞、心肌干细胞等。

2、要分离出成体干细胞比较困难。除了造血干细胞在外周血中就可以分离出它们,其他的成体干细胞基本上都存在于机体组织中,要把它们拿出来首先需要的就是“破坏”?——割块机体组织下来,再将需要的细胞挑出来。但本来已经受损的组织器官很难承受这个过程。

3、成体干细胞的鉴定也是一个难题,科学家们为此争论得不亦乐乎,对很多种成体干细胞并没有一个一致的鉴定标准。般多采用的是采取分子标记的方法,但是用哪种分子来标记,正是科学家们分歧最多的地方。

4、成体干细胞的能力也有限,不是什么类型的细胞都能分化出来,在体外传代增殖的能力也有限,自身也比较脆弱,如果细胞本身死亡,就失去了治疗效果。

成体干细胞的应用前景

1、成体干细胞最常用的就是自体移植了,比如骨髓、外周血、脐血的造血干细胞移植;还有间充质干细胞的移植等。由于有的成体干细胞有横向分化的能力,所以我们可以用种细胞来修复不同的组织,比如间充质干细胞,就可以分化成骨、软骨、脂肪以及血液组织等。

当然,用“专门”的细胞修复“专门”的组织就更不在话下,比如说用皮肤干细胞修复烧伤受损的皮肤,用牙髓干细胞来修复牙周和牙骨质,都是已经正在施行或可望的现实了。不过,这些修复都需要患者自身拥有足够健康可用的组织,还要有提取、体外分选和培养以及移植的过程,有一定的适应证,不是什么时候都能用的。

2、成体干细胞也可以进行异体移植,比如日本就有一位母亲,将自己的一部分胰脏的胰岛细胞移植给了患糖尿病的27岁的女儿,胰岛细胞可以正常行使功能产生胰岛素。不过,由于异体移植的免疫排斥现象,以及移植物来源的问题,虽然现在异体移植还在继续研究和发展,但毕竟不是科学家们努力的最主要的方向。因为人类再生医学的最终梦想就是,有什么器官组织坏了,马上就可以有一个新的、好用的器官组织换上,安全快捷。要想制造出新的器官组织,必须先了解这些器官组织是怎么来的、如何新陈代谢保持活力的,由此必须要研究这些器官组织的特异性成体干细胞的特性。

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成体干细胞对疾病的临床治疗

1、心肌疾病

很多心脏疾病都可以通过各种治疗手段得到有效的治疗,但过量功能心肌细胞的丧失导致的心功能不全,仍然是影响疾病预后的主要问题。同种异体心脏移植非常昂贵,而且供体来源少,移植后的心脏非常脆弱,不可能作为晚期心力衰竭的常规治疗方法。成体干细胞治疗的研究通过在受损伤的心脏中产生新的有功能的心肌细胞来修复受损伤的心肌,治疗心力衰竭。应用干细胞治疗心力衰竭通常被简单地认为是产生新的心肌细胞,但实际上要复杂的多。心力衰竭通常是由特定的原因产生的,这些原因必须被消除,这是任何试图重建心肌的努力成功的前提条件。更重要的是,与骨髓移植不同,心肌的基本功能单位不仅仅是由单独心肌细胞完成,而是由多种细胞互相配合共同完成的。干细胞治疗产生的心肌细胞必须以正确的方向整合,避免导致心肌纤维排列紊乱(因为这本身就是一种病态);必须能通过毛细血管网获得营养;必须能够被蒲肯野纤维系统激活产生快速有规律的电激活,以防止兴奋折返和独立的自发起搏点活动;必须具有交感神经兴奋性等。总之,通过干细胞治疗心脏疾病面临的挑战远远大于骨髓移植和输血治疗,离真正的临床应用尚有待时日,需要开展全面、系统的研究。

2、神经退行性疾病

成体干细胞及其子代细胞移植或动员脑组织内的干细胞被认为是将来治疗神经退行性疾病的有效方法。考虑到人脑结构和功能的复杂性,通过替代疾病中丢失的细胞来恢复损伤的功能听起来是不现实的,然而动物模型研究已证实神经元替代修复损坏的神经通路是可行的,临床试验研究也证实在人脑中细胞替代治疗同样能达到症状缓解。成体干细胞用于治疗帕金森氏病、中风、肌萎缩性侧索硬化症、亨廷顿氏舞蹈病,甚至精神分裂症等神经系统疾病均进行了大量的基础和试验研究。帕金森氏病可能是研究最充分和效果最为肯定的。成体干细胞治疗神经退行性疾病的研究仍处在起始阶段,必须谨慎前行,避免对患者开展无科学依据的临床试验。需要认真研究控制干细胞增殖的关键分子,以防止神经干细胞的过度生长,当然还需要知道,如何更好地实现移植细胞与已存在的神经突触网络的功能整合。为进一步开展研究,使之最终走向临床应用,需要尽快建立能够很好地模拟人类神经退行性疾病的动物模型。

3、骨骼疾病

临床实践中经常会遇到大范围的骨缺损,如在创伤、炎症和肿瘤外科手术治疗以后等。重建大范围的骨缺损仍是临床治疗面临的一个难题,当前尚没有有效的治疗手段,骨髓来源干细胞及其他来源干细胞都可以分化得到成骨细胞,通过将细胞与支架材料结合后移植于受损部位,用于修复骨骼缺损的实验研究首先在小动物体内实现,随后在大动物体内亦得到证实,证明了成体干细胞应用于修复骨缺损的可行性,随后的临床试验研究证明,此方法是治疗骨骼疾病的一种有效方法。

4、肝脏疾病

早在60多年前研究者就认为在成体肝脏中存在着肝干细胞,但直到现在仍然存在争议,很大一部分原因是没有肝干细胞的特异性基因得到确认,以及在部分严重肝损伤后的肝再生不需要激活肝干/祖细胞,成熟的原本处于静止期的肝细胞通过分裂也能很大程度发挥肝再生的作用。成体干细胞治疗肝脏疾病的另一个可能途径是利用造血干细胞的跨系、跨胚层分化能力诱导得到肝细胞。啮鼠动物的HSCs在肝损伤模型中植入肝脏后能够分化为有功能的肝细胞,并参与肝组织修复,在动物体内开展的研究结果是令人振奋的,但是临床应用需要更确实的证据,证明人的HSCs在进行肝脏移植后具有和啮鼠动物同样的特性。

目前,科学家们已经可以把终末分化的细胞重编成为类似胚胎干细胞的多能性细胞,如果知道了各种成体干细胞是怎么来的,就可以把患者自身的诱导多能性干细胞分化成需要的成体干细胞,再变成患者需要的组织器官。现在,要得到诱导多能性干细胞,只需要芝麻那么大的一点皮肤,或者几毫升血,甚至是几根头发就可以了。等到不远的将来,人类成体干细胞就不同,有些成体干细胞(比如造血干细胞)的应用已经算是临床的常规手段了,以后的发展不可限量。




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Tips:

成体干细胞主要是身体组织中没有进行分化的细胞,一般干细胞在于一定的条件下进行的分化,对于人体的组织具有表皮或者造血功能,特别是皮肤的恢复或者再生能力比较强,对于身体的新陈代谢也是很有帮助的。

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