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胚胎干细胞

评论2021-02-21来源:严选细胞网

什么是胚胎干细胞

胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞或ESCs),是一种具有持久更新能力的细胞,它能够或发育成几乎所有人类的各种组织或器官,故其在医学上具有非常重要的研究价值与应用前景。

人胚胎干细胞是在人胚胎发育早期——囊胚(受精后约5—7天)中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞,外表是一层扁平细胞,称滋养层,可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔,腔内一侧的细胞群,称内细胞群,这些未分化的细胞可进一步分裂、分化,发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官,如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等,中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织,内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体,因而这些细胞被认为具有全能性。当内细胞群在培养皿中培养时,我们称之为胚胎干细胞。

胚胎干细胞

通常人胚胎干细胞的来源有四种:选择性流产的人类胚胎组织;治疗不孕症夫妇不需要的由体外受精产生的人类胚胎;由捐献者专门为研究所捐献的配子由体外受精产生的人类胚胎;由体细胞核移植技术将人体细胞核移植入人或动物的卵泡内产生人类胚胎或嵌合体胚胎。

胚胎干细胞研究在美国一直是一个颇具争议的领域,支持者认为这项研究有助于根治很多疑难杂症,因为胚胎干细胞可以分化成多种功能的APSC多能细胞,被认为是一种挽救生命的慈善行为,是科学进步的表现。而反对者则认为,进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎,而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式,这有反生命伦理。


胚胎干细胞的特性

1.全能性

ES细胞的全能性指ES细胞在解除分化抑制的条件下能参与包括生殖腺在内的各种组织的发育潜力,即ES细胞具有发育成完整动物体的能力,可以为细胞的遗传操作和细胞分化研究提供丰富的试验材料。ES细胞发育全能性的标志是ES细胞表面表达时相专一性胚胎抗原(Stage specific embryonicant,SSEA),而且可以检查到Oct4基因的表达,这两种蛋白是发育全能性的标志。ES细胞中AKP及端粒酶活性较高,可用于ES细胞分化与否的鉴定。

全能性是胚胎干细胞与成体内多能干细胞之间的主要区别。在正常的培养条件下,胚胎干细胞在经过多重细胞分裂之后,仍然能保持全能性。

2.多能性

ES细胞的多能性是指ES细胞具有发育成多种组织的能力,参与部分组织的形成。将ES细胞培养在不含分化抑制物的培养基上,可以形成类胚体。将ES细胞在特定培养基进行培养,可以定向分化成特定组织,如ES细胞在含有白血病抑制因子(LIF)和维生素A酸(RA)的培养基上,可以分化形成全壁内胚层,将ES细胞与胚胎细胞共培养或将ES细胞注入囊胚腔中,ES细胞就会参与多种组织的发育  。

胚胎干细胞具有多能性(Pluripotency),特点是可以通过细胞分化(Cellular differentiation)成多种组织(所有组织,包括生殖系细胞)的能力,但无法独自发育成一个个体(利用四倍体融合技术可以得到完全由所用ES细胞发育而来的个体)。它可以发育成为外胚层、中胚层及内胚层三种胚层的细胞组织。这里所说的多能性与我们平常所理解的多种分化潜能的细胞存在着不同,英文单词中很好区分,一个是pluripotency;一个是multipotency。成人干细胞能否保有万能分化性,直到现在仍然有争议(目前一般不采用体外传代来扩增成体干细胞)。不过,有研究已示范了多能干细胞可以从成纤维细胞等很多细胞中产生出来,这也就是目前很热的诱导性多能干细胞(induced pluripotentstem cells,iPS cells),目前越来越多的数据显示这种多能干细胞和胚胎干细胞还是存在很大差异的。


胚胎干细胞的研究和应用前景

在体外培养的条件下,ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存,也可以进行遗传改造。

一.胚胎干细胞的研究

理论研究:人体发育过程、发育机制和影响因素、体外细胞分化的理想材料。

研究新药:细胞药理和毒理实验,药物致病机理。

医疗手段:提供无免疫排斥的材料,用于疾病治疗。

改良品种:结合基因工程培育生长快、抗病力强、高产的新品种。

治疗的疾病:中风、帕金森氏病、老年痴呆症、脊髓损伤、多发性硬化病 心脏病发作、充血性心脏病等。

胚胎干细胞

二.胚胎干细胞的应用前景:

1、生产克隆动物

ES细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不失去其正常的二倍体基因型和表现型,以其作为核供体进行核移植后,在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体,ES细胞与胚胎进行嵌合克隆动物,可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题,生产珍贵的动物新种。

使用该项技术进行异种动物克隆,对于保护珍稀野生动物有着重要意义。

2、转基因动物

用ES细胞生产转基因动物,可打破物种的界限,突破亲缘关系的限制,加快动物群体遗传变异程度,可以进行定向变异和育种。

3、器官组织移植

作为一种被称之为“种子细胞”的ES细胞,为临床的组织器官移植提供大量材料。人ES细胞经过免疫排斥基因剔除后,再定向诱导终末器官以避免不同个体间的移植排斥。

4、用于细胞治疗

细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内,达到治愈和控制疾病的目的。ES细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。


胚胎干细胞在再生医学中的重要作用 

相对于目前已经大量用于临床的成体干细胞来讲,胚胎干细胞从长远来讲,在再生医学中具有更辉煌的前景。

这是由胚胎干细胞的两个特点决定的:首先,胚胎干细胞具有强大的自我更新和无限增殖的能力,这样就可以源源不断的提供用于修复的细胞;其次,胚胎干细胞还有强大的分化能力,理论上讲,严格意义上的胚胎干细胞可以分化成除了胎盘组织以外的人体所有种类的细胞,也就是说我们想要什么细胞它就能变成什么细胞。

胚胎干细胞

强大吧?我们前面讲到的那么多的成体干细胞和它一比,就都成了“小菜一碟”了。事实上,胚胎干细胞可变成各种各样的成体干细胞,再分化成我们要的细胞。

所以,做为种子细胞,胚胎干细胞将是再生医学的终极种子,现在所用的各种成体干细胞的疗法最终都将让位于胚胎干细胞。

通过研究胚胎干细胞来研究胚胎的早期发育,还有一个非常接近与实用的目的,就是改善人类的生殖。我们知道,大部分的流产实际上都发生在怀孕早期,而发生流产的原因多数都是胚胎发育出现了错误造成的。实际上很多畸形、遗传性疾病也都是在胚胎发育的早期就开始了,所以对胚胎干细胞的研究可以在根本上了解这些错误是如何造成的,最终避免在生育过程中发生这些错误,以达到优生优育的目的,并为广大不孕不育症患者带来福音,还给他们一个幸福的家庭。


胚胎干细胞研究中存在的问题

•伦理问题

胚胎干细胞研究的伦理问题,一直是一个争论的焦点。2001年8月,当时的美国总统布什签署总统令,禁止联邦资金用于提取胚胎干细胞及其研究,只能对当时已有的21种胚胎干细胞展开研究,致使美国的胚胎干细胞研究一度跌入低谷(不过其实世界上最好的干细胞科学家和实验室还是云集于美国的,没有哪个国家能够超越)。现在的美国总统奥巴马则在2009年3月9日签署总统令,宣布扩大联邦资金用于胚胎干细胞的研究。但有关胚胎干细胞研究的合法性的争论还远未平息,甚至与政治因素纠结在一起,影响着美国大选的走势。

在这个问题上,基于每个人的种族、宗教、受教育程度以及意识形态的不同,每个人都会有自己的看法和主张,很难取得统一的看法,也没有必要取得统一的看法。现代民主社会就应该是各种观念都能和谐相处嘛。所以聪明的科学家们想到的办法就是规避伦理问题。

胚胎干细胞

最早的人类胚胎干细胞取自于被弃的人类体外受精的受精卵,它们本来是用于试管婴儿治疗不孕症的,如果不用于胚胎干细胞研究也会被抛弃。后来由于各种伦理上的反对以及科学家们无穷无尽的好奇心,更多进行的是核移植的方法来获得胚胎干细胞,就是把一个成体细胞的核置换到一个卵细胞中,再让它发育成早期胚胎,以获取胚胎干细胞。这种方法获得的胚胎干细胞基本上与上一种方法得到的完全一样,但是在某些方面,特别是在表观遗传学上还是有所不同的,所以好奇的科学家们眼睛还是在盯着“原教旨主义”意义上的胚胎干细胞。

目前为止,在胚胎干细胞的伦理学上必较能得到共识的是:(1)胚胎干细胞研究有益于人类,要尊重;(2)胚胎的地位和权利也要得到尊重;(3)胚胎和卵子、精子不是商品,不能买卖,用于研究时必须遵守相关的法律法规;(4)生殖技术需要监督和控制;(5)坚决反对克隆人。

面对迅猛发展的胚胎干细胞研究,伦理问题确实是一个亟待解决的问题,但相信聪明的人类一定会在这中间寻找到一个平衡点的。

•免疫问题

相对于间充质干细胞,胚胎干细胞是一种免疫原性更低的干细胞,所以它更好“潜伏”。但是无论如何,它还是一个外来物,要进行移植必然会引起免疫系统的反扑,所以如何在治疗中规避免疫排斥,一直是科学家们研究的一个热点。

•生物安全问题

胚胎干细胞的应用还存在着一个生物安全的问题。

首先,胚胎干细胞系是一个可以无限增殖的细胞系,这就有了成瘤性的风险。

要知道,肿瘤的发生,第一步就是细胞的无限增殖能力,其次才是转移性和侵袭性。肿瘤之所以是肿瘤,就是因为它不受控制的无限增殖。所以胚胎干细胞的应用,首先要解决的就是成瘤性。

但在这个问题上目前还没有什么好办法,因为无限增殖正好也是我们要使用它的一个特点,所以最好是体外无限增殖,体内就可控增殖,这也是胚胎干细胞学家们研究的一个方向。

当然,免疫也是一个障碍,动物制品哪怕是再微量,对人体来说也是异物,对过敏体质的人来说就有可能是致命的。

所以,如何去除在胚胎干细胞培养(实际上成体干细胞也存在这个问题)的动物制品污染的问题也是干细胞应用领域的一件大事。做为生物安全的一个重要问题,各国的卫生监察部门都有着相应的严格的规章制度。但最釜底抽薪的办法还是让科学家们研究出不用动物制品就可以在体外大规模培养各种干细胞的方法。

最后,还有一个化学品污染的问题。

在胚胎干细胞的培养中,也无可避免的会用到很多的化学药品,这些化学药品对干细胞的自我更新和分化能力的维持也许是必不可少的,但一旦进入人体就有可能造成麻烦,所以在进入人体实验之前,这些化合物的安全性研究也是必不可少的。


目前,胚胎干细胞研究日新月异,被用来提高胚胎干细胞各种功能的化合物也越来越多,对它们的安全性的检测也是科学家们需要研究的一个方面。总之,胚胎干细胞是再生医学干细胞治疗的明日之星,但如何安全、高效、便捷和便宜的应用,还有很长的路要走。




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