干细胞研究讲稿第9/11页
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四、为什么一定要进行胚胎干细胞研究
有一种观点认为胚胎干细胞研究是没有必要的，因为成体干细胞完全可以取代胚胎干细胞。最近一些研究报告表明人体脂肪、胎盘等组织中的干细胞，具有惊人的可塑性，和胚胎干细胞一样，可以分化成各种各样的组织细胞，可以通过诱导使成体干细胞进行特化发育，然后将其移植回病人体内，这样既可以避免发生排斥现象，也可以避免使用来源于人体胚胎或人体胎儿的干细胞。
但应该看到，尽管成体干细胞具有一定的优越性，但仍有一些因素限制了它的利用，主要包括：1.人们尚未从人体的全部组织中分离出成体干细胞，例如人们尚未发现人类的成体心脏干细胞。2.成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低。3.在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植。4.成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力。5.由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的DNA异常等等。这些潜在的弱点必将在某种程度上限制成体干细胞的使用，因此成体干细胞研究不可能完全代替胚胎干细胞。
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成体干细胞
成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。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。最近研究表明，以往认为不能再生的神经组织仍然包含神经干细胞,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。
越来越多的证据表明，当成体干细胞被移植入受体中，它们表现出很强的可塑性。通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。而在某些情况下干细胞的分化并不遵循这种规律。1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞系。这种现象被称为干细胞的横向分化(trans-differentiation)
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目前国外科学家不仅重视人胚胎干细胞的研究，而且更加重视成体干细胞的研究。在短短的不到三年时间里，干细胞的横向分化研究出现了非常令人兴奋的结果。人们现在突然发现人体各个系统内的干细胞原来都是可以通过诱导而相互转化的。
科学家发现机体的多种成熟分化的组织中普遍存在成体干细胞，如造血干细胞、皮肤干细胞、间质干细胞、肌肉干细胞，肝脏干细胞、神经干细胞等。这些干细胞大部分都可以“横向分化”为至少2-3种以上其它的组织细胞。例如，从骨髓间质中分离出的一种名叫MAPC(多样成熟原始细胞)的干细胞以及从脐血中分离出的一种干细胞其分化潜能几乎可以和人胚胎干细胞媲美，可以在体内外分化出机体的任一组织；皮肤干细胞及从脂肪组织中分离出的一种干细胞在体内至少也能分化为5种以上的组织。表明了成体干细胞横向分化不仅具有相当的普遍性，而且具有多能性。这种“横向分化”的分子机制一旦被研究清楚，就有望利用病人自身健康组织的干细胞，诱导分化成可替代病变组织的功能细胞来治疗各种疾病。这样既克服了由于异体细胞移植而应起的免疫排斥，又避免了由于胚胎细胞来源不足以及其他社会伦理问题，人们可望从自体中分离出成体干细胞，在体外定向诱导分化为靶组织细胞并保持增殖能力，将这些细胞回输入体内，从而达到长期治疗的目的。因此横向分化的发现在干细胞研究中具有革命性意义，它为干细胞生物工程在临床治疗中的广泛应用奠定了基础。探讨成体干细胞“横向分化”的机制已成为干细胞研究的另一个热点。
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日本科学家最近通过动物实验发现，肝脏干细胞能够分化发育成为胰脏和小肠等其他内脏器官。 日本筑波大学讲师谷口英树等科学家，把从老鼠的肝脏里取出来的干细胞大量地移植到老鼠的胰管里。三个月后，从肝脏干细胞分化出来的细胞就取代了胰脏细胞，并且分泌出胰脏所特有的液化酶等物质。把肝脏干细胞移植到小肠里去，它也转变成长为小肠细胞。
美国佛罗里达大学的研究人员最近在一项实验中，成功地将成年人的骨髓干细胞转化成鼠的心肌细胞，这为将来在人体身上进行类似实验积累了经验。
这一成果发表在美国专业刊物《循环》上。论文作者之一伯恩指出，他们的新研究不仅证明了“成人骨髓干细胞具备转化为心脏细胞的能力”，也为了解骨髓干细胞在心脏组织中的再生机制提供了很多形象的细节。这些都有助于科学家们研究如何将骨髓干细胞用于治疗人类的心脏疾病。
此前，已有科学家实验将鼠骨髓干细胞转化为鼠心脏细胞(加拿大研究者今天在2000年美国心脏协会科学会议上报告说，一项新的干细胞技术提供给威胁生命的心力衰竭治疗的令人兴奋的前景。该方法包括动物自身骨髓抽取成体干细胞，并且将其直接注射入心脏。这些细胞，成为骨髓间质细胞，之后分化成心脏肌肉细胞。到目前为止，这些实验还仅仅在动物中进行。来自加拿大的这一研究组报告说，他们已经在22只大鼠中的20只体内成功地制造了可用的心肌。)，而伯恩等人的研究在此基础上更进了一步。研究人员从成年人骨髓中提取出的是一种间质干细胞，他们将其注入实验鼠的冠状动脉内。这些实验鼠都经过了免疫缺乏处理，不会对人体细胞产生免疫反应。研究人员在两个星期后发现，经过鼠循环系统运输的成人骨髓干细胞，有一部分会到达心脏部位，开始分化成鼠心肌细胞，并且具备与鼠自身的心脏细胞完全一样的物理特征。这些心肌细胞能在鼠体内正常工作两个月以上，并一直保持健康状态。
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德国杜塞尔多夫大学医院的科学家2001-8-24日证实，他们运用自体干细胞移植方法治疗一名心肌梗塞患者获得成功。这是世界上第一个自体干细胞移植治疗心脏病成功的病例。他们从患者的脊椎中取出干细胞，经过必要处理后，又将其注入借助“球体膨胀法”撑开的梗塞动脉中。经观察，手术10个星期后，患者心肌梗塞的规模便缩小了近三分之一，心脏功能也得到明显改善。它证实，植入的干细胞成功地再造了被破坏的心肌组织，再造的心肌也已部分地承担起已坏死组织的功能。
胚胎干细胞和成体干细胞研究的比较
与胚胎干细胞相比，成体干细胞具有许多优势：
1、胚胎干细胞具有全能性和可以建系传代等优点，因此理论上应用前景广阔。但实际上由于每个个体的主要组织相容性复合体(MHC)不同，同种异体胚胎干细胞及其分化组织细胞用于临床会引起免疫排斥，因此基于胚胎干细胞的治疗方案要求对患者进行长期免疫抑制剂治疗或将患者的造血系统和外来细胞形成嵌合体。尽管最近有研究证实，人胚胎干细胞能诱导分化成为造血细胞，但小鼠胚胎干细胞的实验表明，来源于胚胎干细胞的造血细胞在体内无法重建造血机制，因而限制了临床应用。为了解决免疫排斥的问题，研究人员探索将患者的体细胞核移植到去核的健康供体卵细胞中，在体外克隆并随后发育分化产生携带患者自己MHC的胚胎干细胞。这些胚胎干细胞及其衍生组织移植后不会产生免疫排斥，因此可以用于患者病变组织及其功能的重建，这就是治疗性克隆。但一些研究观察到，胚胎干细胞发育分化过程中具有极高的非整倍体发生率，美国马萨诸塞州耶尼德研究组的最新研究发现，克隆动物的基因在构成没有缺陷的情况下，也不能像正常动物基因一样准确表达出来，也就是说，克隆动物存在无法正确生长发育的危险。正是这个原因，造成现在98%的动物克隆实验失败，而顺利降生的克隆动物也经常出现体重超重等异常。研究还发现，利用目前的克隆技术取患者体细胞核的细胞克隆培育出来的新组织一样会存在缺陷，这项技术还有待完善、成熟。体细胞克隆所需的卵细胞难以获得，成体干细胞则可从患者自身获得，而不存在组织相容性的问题，治疗时可避免长期应用免疫抑制剂对患者的伤害。此外，少量的骨髓切除治疗有助于形成部分造血嵌合，可使异体成体干细胞的治疗成为可能。, 百拇医药
有一种观点认为胚胎干细胞研究是没有必要的，因为成体干细胞完全可以取代胚胎干细胞。最近一些研究报告表明人体脂肪、胎盘等组织中的干细胞，具有惊人的可塑性，和胚胎干细胞一样，可以分化成各种各样的组织细胞，可以通过诱导使成体干细胞进行特化发育，然后将其移植回病人体内，这样既可以避免发生排斥现象，也可以避免使用来源于人体胚胎或人体胎儿的干细胞。
但应该看到，尽管成体干细胞具有一定的优越性，但仍有一些因素限制了它的利用，主要包括：1.人们尚未从人体的全部组织中分离出成体干细胞，例如人们尚未发现人类的成体心脏干细胞。2.成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低。3.在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植。4.成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力。5.由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的DNA异常等等。这些潜在的弱点必将在某种程度上限制成体干细胞的使用，因此成体干细胞研究不可能完全代替胚胎干细胞。
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成体干细胞
成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。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。最近研究表明，以往认为不能再生的神经组织仍然包含神经干细胞,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。
越来越多的证据表明，当成体干细胞被移植入受体中，它们表现出很强的可塑性。通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。而在某些情况下干细胞的分化并不遵循这种规律。1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞系。这种现象被称为干细胞的横向分化(trans-differentiation)
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目前国外科学家不仅重视人胚胎干细胞的研究，而且更加重视成体干细胞的研究。在短短的不到三年时间里，干细胞的横向分化研究出现了非常令人兴奋的结果。人们现在突然发现人体各个系统内的干细胞原来都是可以通过诱导而相互转化的。
科学家发现机体的多种成熟分化的组织中普遍存在成体干细胞，如造血干细胞、皮肤干细胞、间质干细胞、肌肉干细胞，肝脏干细胞、神经干细胞等。这些干细胞大部分都可以“横向分化”为至少2-3种以上其它的组织细胞。例如，从骨髓间质中分离出的一种名叫MAPC(多样成熟原始细胞)的干细胞以及从脐血中分离出的一种干细胞其分化潜能几乎可以和人胚胎干细胞媲美，可以在体内外分化出机体的任一组织；皮肤干细胞及从脂肪组织中分离出的一种干细胞在体内至少也能分化为5种以上的组织。表明了成体干细胞横向分化不仅具有相当的普遍性，而且具有多能性。这种“横向分化”的分子机制一旦被研究清楚，就有望利用病人自身健康组织的干细胞，诱导分化成可替代病变组织的功能细胞来治疗各种疾病。这样既克服了由于异体细胞移植而应起的免疫排斥，又避免了由于胚胎细胞来源不足以及其他社会伦理问题，人们可望从自体中分离出成体干细胞，在体外定向诱导分化为靶组织细胞并保持增殖能力，将这些细胞回输入体内，从而达到长期治疗的目的。因此横向分化的发现在干细胞研究中具有革命性意义，它为干细胞生物工程在临床治疗中的广泛应用奠定了基础。探讨成体干细胞“横向分化”的机制已成为干细胞研究的另一个热点。
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日本科学家最近通过动物实验发现，肝脏干细胞能够分化发育成为胰脏和小肠等其他内脏器官。 日本筑波大学讲师谷口英树等科学家，把从老鼠的肝脏里取出来的干细胞大量地移植到老鼠的胰管里。三个月后，从肝脏干细胞分化出来的细胞就取代了胰脏细胞，并且分泌出胰脏所特有的液化酶等物质。把肝脏干细胞移植到小肠里去，它也转变成长为小肠细胞。
美国佛罗里达大学的研究人员最近在一项实验中，成功地将成年人的骨髓干细胞转化成鼠的心肌细胞，这为将来在人体身上进行类似实验积累了经验。
这一成果发表在美国专业刊物《循环》上。论文作者之一伯恩指出，他们的新研究不仅证明了“成人骨髓干细胞具备转化为心脏细胞的能力”，也为了解骨髓干细胞在心脏组织中的再生机制提供了很多形象的细节。这些都有助于科学家们研究如何将骨髓干细胞用于治疗人类的心脏疾病。
此前，已有科学家实验将鼠骨髓干细胞转化为鼠心脏细胞(加拿大研究者今天在2000年美国心脏协会科学会议上报告说，一项新的干细胞技术提供给威胁生命的心力衰竭治疗的令人兴奋的前景。该方法包括动物自身骨髓抽取成体干细胞，并且将其直接注射入心脏。这些细胞，成为骨髓间质细胞，之后分化成心脏肌肉细胞。到目前为止，这些实验还仅仅在动物中进行。来自加拿大的这一研究组报告说，他们已经在22只大鼠中的20只体内成功地制造了可用的心肌。)，而伯恩等人的研究在此基础上更进了一步。研究人员从成年人骨髓中提取出的是一种间质干细胞，他们将其注入实验鼠的冠状动脉内。这些实验鼠都经过了免疫缺乏处理，不会对人体细胞产生免疫反应。研究人员在两个星期后发现，经过鼠循环系统运输的成人骨髓干细胞，有一部分会到达心脏部位，开始分化成鼠心肌细胞，并且具备与鼠自身的心脏细胞完全一样的物理特征。这些心肌细胞能在鼠体内正常工作两个月以上，并一直保持健康状态。
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德国杜塞尔多夫大学医院的科学家2001-8-24日证实，他们运用自体干细胞移植方法治疗一名心肌梗塞患者获得成功。这是世界上第一个自体干细胞移植治疗心脏病成功的病例。他们从患者的脊椎中取出干细胞，经过必要处理后，又将其注入借助“球体膨胀法”撑开的梗塞动脉中。经观察，手术10个星期后，患者心肌梗塞的规模便缩小了近三分之一，心脏功能也得到明显改善。它证实，植入的干细胞成功地再造了被破坏的心肌组织，再造的心肌也已部分地承担起已坏死组织的功能。
胚胎干细胞和成体干细胞研究的比较
与胚胎干细胞相比，成体干细胞具有许多优势：
1、胚胎干细胞具有全能性和可以建系传代等优点，因此理论上应用前景广阔。但实际上由于每个个体的主要组织相容性复合体(MHC)不同，同种异体胚胎干细胞及其分化组织细胞用于临床会引起免疫排斥，因此基于胚胎干细胞的治疗方案要求对患者进行长期免疫抑制剂治疗或将患者的造血系统和外来细胞形成嵌合体。尽管最近有研究证实，人胚胎干细胞能诱导分化成为造血细胞，但小鼠胚胎干细胞的实验表明，来源于胚胎干细胞的造血细胞在体内无法重建造血机制，因而限制了临床应用。为了解决免疫排斥的问题，研究人员探索将患者的体细胞核移植到去核的健康供体卵细胞中，在体外克隆并随后发育分化产生携带患者自己MHC的胚胎干细胞。这些胚胎干细胞及其衍生组织移植后不会产生免疫排斥，因此可以用于患者病变组织及其功能的重建，这就是治疗性克隆。但一些研究观察到，胚胎干细胞发育分化过程中具有极高的非整倍体发生率，美国马萨诸塞州耶尼德研究组的最新研究发现，克隆动物的基因在构成没有缺陷的情况下，也不能像正常动物基因一样准确表达出来，也就是说，克隆动物存在无法正确生长发育的危险。正是这个原因，造成现在98%的动物克隆实验失败，而顺利降生的克隆动物也经常出现体重超重等异常。研究还发现，利用目前的克隆技术取患者体细胞核的细胞克隆培育出来的新组织一样会存在缺陷，这项技术还有待完善、成熟。体细胞克隆所需的卵细胞难以获得，成体干细胞则可从患者自身获得，而不存在组织相容性的问题，治疗时可避免长期应用免疫抑制剂对患者的伤害。此外，少量的骨髓切除治疗有助于形成部分造血嵌合，可使异体成体干细胞的治疗成为可能。, 百拇医药