[生物工程]干细胞生物工程研究进展

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干细胞（stem cells）是一类未分化的细胞或原始细胞，是具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定的条件下，干细胞可以分化成机体内的多功能细胞，形成任何类型的组织和器官，以实现机体内部建构和自我康复能力。现将干细胞生物工程研究进展情况，作简要介绍：

一 干细胞的分类与来源

根据其发育阶段，于细胞可分为胚胎干细胞（embryonic stem cell）和成体干细胞（adult stem cell）。胚胎干细胞包括es细胞（embryonic stem cell）、eg 细胞（embryonic germ cell）；成体干细胞包括神经干细胞（neural stem ce11， nsc）、血液干细胞（hematopoietic stem cell，hsc）、骨髓间充质干细胞（mesen chymal stem cell，msc），表皮干细胞（epidexmis stem cell）等。也有报导，按其分化潜能的大小，干细胞可分为三类：一是全能干细胞（totipotent stem cell），二是胚胎干细胞（embryonic stem cell）

，三是多能干细胞（multipotent stem ce11）。

据报道，胚胎干细胞可来源于畸胎瘤细胞（ec）、桑椹球细胞（es）、囊胚内细胞团（es）、拟胚体细胞（es）、生殖原基细胞（eg）等。

当受精卵分裂发育成囊胚时，将内细胞团（inner cell mass）分离出来进行培养，在一定条件下，这些细胞可在体外“无限期”地增殖传代，同时还保持其全能性，因此被称为胚胎干细胞。胚胎干细胞在培养条件下，若加入白血病抑制因子lif（leu kaemia inhlbitory

factor），则能保持在未分化状态，若去掉lif，胚胎干细胞迅速分化，最终产生多种细胞系，如肌肉细胞、血细胞、神经细胞或发育成“胚胎体”。

据报道，成体干细胞可以由下列几个方面得到：（1）胚胎细胞——由胚胎干细胞定向分化，或移植分化而成。（2）胚胎组织——由分离胚胎组织、细胞分离、或培养而成。（3）成体组织—— 由脐血、骨髓、外周血、骨髓间质、脂肪细胞等得到。

近几年来，研究证明：干细胞是自我复制还是分化成为功能细胞，主要由于细胞本身的状态和微环境因素所决定。干细胞本身的状态，包括调节细胞周期的各种周期素（cyclin）和周期素依赖激酶（cyclin－dependent kinase）、基因转录因子、影响细胞不对称分裂的细胞质因子。微环境因素，包括干细胞与周围细胞，干细胞与外基质以及干细胞与各种可溶

性因子的相互作用。

早在1970年小鼠胚胎于细胞在体外进行培养就已经获得成功。然而，人胚胎干细胞的体外培养直到最近才取得进展，1998年，美国科学家jumes thomson首次取得了人类胚胎干细胞在体外的非分化增殖，他们从体外受精的人胚胎内细胞团分离胚胎于细胞，进行体外培养，并获得了成功，证明了人体胚胎于细胞与啮齿类动物有极为相似的特点。从而使胚胎干细胞可能被用来取代病人体内的环损组织细胞，达到治疗疾病的目的。该研究的成功，被科学家认为是干细胞研究中一块重要的里程碑。

1999年12月美国科学家margarel goodell发现小鼠肌肉组织干细胞可以 “横向分化”（trans－differentiation）成血液细胞，这一发现很快被世界各地的科学家证实，并且发现人成体干细胞同样具有“横向分化”的功能。现在已证明人的骨髓干细胞可以分化为肝脏细胞、肌肉细胞、神经细胞等。这种横向分化具有相当的普遍性，也就是说，“横向分化”可以利用病人自身的健康组织干细胞，诱导分化病损组织的功能细胞，从而达到治疗各种组织坏损性疾病的目的。这种方法的优点是，既可克服由于异体细胞移植的免疫排斥，又可以克服胚胎细胞来源的不足以及其它社会伦理和法律问题。1999年12月干细胞研究被美国《科学》杂志评为1999年度世界十大科学之冠。2000年12月干细胞研究再次被《科学》杂志评为该年度世界十大科学成就之一。

二 干细胞的应用研究

由于干细胞具有特定的分化潜能，表现其全能性、多能性和专能性，近几年来世界各国科学家对干细胞的临床应用研究已取得很大的进展，现举例如下：

1.胚胎干细胞育出心脏组织

以色列工学院最近宣布，科学家首次从胚胎干细胞中培养出人类心脏组织。他们培育出的心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织的电特性和机械性。这项实验证明：以细胞移植治疗心脏病的可能性是巨大的。过去一直认为当心脏细胞受到损害后，不能自行修复，此项发现，对治疗世界上最主要的一种致命疾病可能具有重大意义。

2.骨髓干细胞育出肾脏组织

英国科学家近日报道，他们已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织，这在器官移植手术中是一个重大突破。这一突破，使那些等待器官移植的病人不必再依赖干器官捐献，医生可通过修补受损肾脏来达到治疗的目的。同时，也是第一次证明了成人骨髓干细胞可以发育成成熟的肾脏细胞。

3.成人干细胞治心梗

德国医生近日宣布，他们使用病人自己的干细胞治疗心肌梗塞取得了可喜的成果。

4.脐血干细胞

由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞，而干细胞又具有极强的造血功能，因而受到越来越多医生的重视和利用。 1979年，医学界首次发现脐带血中含有恢复白血病患者造血功能的细胞。自 1998年以来，从胎盘和脐带血中提取出来的血液已挽救了数百人的生命。

5.皮肤干细胞

我国研究人员已发现人体烧伤皮肤 原位处存在着皮肤干细胞，利用它在一定药剂调控下能使烧伤皮肤原位再生，修复如初，这是我国在皮肤干细胞研究及其临床应用上的重大突破。

6.神经组织细胞

瑞典神经学家bjorklund及其同事应用从流产胎儿脑中分离的神经组织细胞，移植人患者的脑中来治疗帕金森症，经对术后10年的病人进行跟踪研究，发现移植的神经元仍然存活，并继续产生多巴胺，而且患者的症状得到明显改善。

7.胰岛干细胞

美国佛罗里达大学教授ramiya及其同事从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛导管中分离出胰岛干细胞，并在体外诱导这些细胞分化成为产生胰岛素的β细胞，移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照的小鼠死干糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。

以上例子表明，用干细胞治疗许多疑难病症、提供器官移植，以及康复、保健，减轻老化、恢复青春活力等等广泛应用干临床已为期不远。

三 干细胞是生命科学研究的热点

干细胞是目前细胞工程研究最活跃的领域，随着基础研究、应用研究的进一步深化，这项技术将会在相当大程度上引发医学领域的重大变革，它已成为 21世纪生命科学领域的一个热点。

造血干细胞是最早发现，研究最多和最先用干治疗疾病的成体干细胞，长期以来，一直认为干细胞只属干造血系统，随着干细胞的不断深入研究，近年来，几乎在所有组织中都发现了干细胞，干细胞生物学和干细胞生物工程已成为继人类基因组大规模测序之后最具活力，最有影响和最有应用前景的生命学科。

美国政府已批准投入巨资，给予支持人体胚胎干细胞的研究，并在短短的两年中，成立了几十家以干细胞研究应用为主的生物工程公司，并在美国上市。

日本在2000年度启动的“千年世纪工程”中把干细胞工程作为四大重点之一，并投入大量资金，鼓励有关科学家进行研究。

英国在2000年以多数票通过了允许克隆人类早期胚胎，并从中提取干细胞，进行医疗上的研究等等。

在我国，党和政府也十分重视并大力支持有关研究院所与学校积极开展这项研究工作和成立专门研究干细胞基地，已在北京、上海、天津分别成立干细胞研究中心。近年来北京大学、协和医科大学、上海二医大和军事医学科学院等单位在造血干细胞研究和成体干细胞建库等方面已有相当的基础，并积累了大量经验，相信我国的科学家在不久的将来，在干细胞生物工程研究上必将取得辉煌成就。

另外，在全球的干细胞生物工程研究中，由干胚胎干细胞来源干人类胚胎，必然会遇到来自社会各方面的制约与争论，因此，有些国家对于是否支持干细胞的研究，一直是一个颇有争议的问题，然而随着干细胞生物工程研究的不段深入与发展，相信这些问题都会得到的妥善解决。