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幹細胞,原始且未特化的細胞,它是未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能、存在於所有多細胞組織里的細胞,它可以利用自我更新來提供更多幹細胞。對哺乳動物來說,幹細胞分為兩大類:胚胎幹細胞與成體幹細胞。在成體組織里,幹細胞與先驅細胞擔任身體的修復系統,補充成體組織。在胚胎髮展階段,幹細胞能分化為任何特化細胞,但仍會維持新生組織的正常轉移。

1 幹細胞 -簡介

幹細胞幹細胞

幹細胞(Stem cell)即起源細胞,是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。在細胞的分化過程中,細胞往往由於高度分化而完全失去了再分裂的能力,最終衰老死亡。

機體在發展適應過程中為了彌補這一不足,保留了一部分未分化的原始細胞。幹細胞的來源有很多,包括臍帶血與骨髓。醫學研究者認為幹細胞研究有潛力通過用於修復特定的組織或生長器官,改變人類應對疾病的方法。

2 幹細胞 -研究歷史

幹細胞的研究被認為開始於20世紀60年代,在加拿大科學家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤爾的研究之後。1998年美國有兩個小組分別培養出了人的多功能幹細胞(Pluripotent stem cells):

1、James A. Thomson在威斯康星大學領導的研究小組從人胚胎組織中培養出了幹細胞株。他們使用的方法是:人卵體外受精后,將胚胎培育到囊胚階段,提取Inner cell mass細胞,建立細胞株。經測試這些細胞株的細胞表面 Marker 和酶活性,證實它們就是全能幹細胞。用這種方法,每個胚胎可取得15-20幹細胞用於培養。

2、John D. Gearhart在約翰·霍普金斯大學領導的另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了幹細胞株。他們的方法是:從受精后5-9周人工流產的胚胎中提取生殖母細胞( Primordial germ cell )。由此培養的細胞株,證實具有全能幹細胞的特徵。

3 幹細胞 -種類

按功能分類
幹細胞成肌細胞附著在球狀微載體上的情景;圖中綠色部分是幹細胞

1、全能幹細胞,由卵子和精子的融合產生受精卵。而受精卵在形成胚胎過程中八細胞期之前任一細胞皆是全能幹細胞。具有發展成獨立個體的能力。也就是說能發展成一個個體的細胞就稱為全能幹細胞。具有形成完整個體的分化潛能,如胚胎幹細胞,受精卵就是最高層次的胚胎幹細胞。

2、多功能幹細胞,一種或多種組織的起源細胞,它能分化出多種類型細胞,是全能幹細胞的後裔,但不可能分化出足以構成完整個體的所有細胞。具有分化出多種細胞組織的潛能,如造血幹細胞、神經細胞。

3、多潛能幹細胞,只能分化成特定組織或器官等特定族群的細胞。

4、專一性幹細胞,只能產生一種細胞類型;但是,具有自更新屬性,將其與非幹細胞區分開。只能向一種或兩種密切相關的細胞類型分化,如上皮組織基底層的幹細胞,肌肉中的成肌細胞。

按發育過程出現先後和分佈分類

1、胚胎幹細胞(Embryonic stem cell):在胚胎髮育早期的囊胚中,可發育為不同的細胞,是所有細胞最初期的形態。

ES細胞是一種高度未分化細胞:它具有發育的全能性,能分化出成體動物的所有組織和器官,包括生殖細胞;研究和利用ES細胞是生物工程領域的核心問題之一;在未來幾年,ES細胞移植和其它先進生物技術的聯合應用很可能在移植醫學領域引發革命性進步。

2、成體幹細胞(Adult stem cell):亦稱成人幹細胞,醫學上常用的大致包括骨髓幹細胞、臍帶血幹細胞及周邊血幹細胞。它們存在成體特定的組織中,具有由干原細胞形成先驅細胞,分化成具特定功能細胞的能力。例如:骨髓幹細胞、造血幹細胞、神經幹細胞。

成年動物的許多組織和器官,比如表皮和造血系統,具有修復和再生的能力。成體幹細胞在其中起著關鍵的作用。

在特定條件下,成體幹細胞或者產生新的幹細胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能細胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動態平衡。

4 幹細胞 -來源

臍帶血幹細胞
幹細胞胎鼠腦源性神經幹細胞體外培養在不同誘導因子作用下的發育命運

嬰兒出生后遺留在胎盤和臍帶中的血是幹細胞的重要來源。自1988年臍血幹細胞就用來治療根達綜合征,亨達綜合征,和拉綜合征,急性淋巴細胞性白血病等許多兒童疾病。 臍血從臍帶採集;臍帶經過清理消毒后,臍血從臍靜脈取出,然後立即分析對於傳染物質和組織類型是必需的。臍血在放入液氮備用之前要經過處理,去除紅細胞。在使用的時候首先解凍,去除防凍劑,注入病人靜脈。這種使用其他捐贈人幹細胞的治療方法叫做異源療法;如果幹細胞來自患者本人,即為同源和當從相同個體收集時,它通常指雙胞胎。

周邊血幹細胞

骨髓中存有人體內最主要造血幹細胞的來源,而周邊血幹細胞則是指藉由施打白細胞生長激素(G-CSF),將骨髓中的幹細胞驅動至血液中,再經由血液分離機收集取得之幹細胞。由於與骨髓幹細胞極為相近,現已逐漸取代需要全身麻醉的骨髓抽取手術。

胚胎幹細胞

胚胎幹細胞是從胚泡(由50—100個細胞組成的早期胚胎)未分化的內部細胞團中得到的幹細胞。它們是萬能的,意味著它們可以發育成為身體內200多種細胞類型中的任何一種。胚胎幹細胞研究仍處於剛起步階段,許多研究仍建立在人類以外之動物模式。例如老鼠、牛或是羊等。人類的胚胎幹細胞因為幹細胞的取得來源涉及道德倫理上的約束,在幹細胞株上的建立有所爭議。

脂肪幹細胞

以往人們因塑身而抽出的脂肪,大部分都當廢棄物丟掉,現經由醫學專家研究證,脂肪中含有大量的間質幹細胞,間質幹細胞具有體外增生及多重分化的潛力,能運用於組織與器官的再生與修復。

其主要特性為:
1、低侵入性取得,對人體無害。 
2、最多量的取得方式。 
3、可進行體外增生培養。 
4、可運用於身體組織類型廣泛,會自動移自創傷部位,進行修補。

皮膚細胞

在2007年底,美國和日本兩組科學家同時成功地把皮膚細胞轉化成一種俗稱為「iPS」的可誘導萬能幹細胞,並成功使這些幹細胞轉化成為身體器官的一部分。透過向皮膚細胞植入特定的基因,可誘導皮膚細胞改造,變成類似胚胎幹細胞的一種細胞。

成體幹細胞
成年動物的許多組織和器官,比如表皮和造血系統,具有修復和再生的能力。成體幹細胞在其中起著關鍵的作用。在特定條件下,成體幹細胞或者產生新的幹細胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能細胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動態平衡。2012年之前認為成體幹細胞主要包括上皮幹細胞和造血幹細胞。經研究表明,以往認為不能再生的神經組織仍然包含神經幹細胞,說明成體幹細胞普遍存在,問題是如何尋找和分離各種組織特異性幹細胞。成體幹細胞經常位於特定的微環境中。微環境中的間質細胞能夠產生一系列生長因子或配體,與幹細胞相互作用,控制幹細胞的更新和分化。
造血幹細胞
造血幹細胞是體內各種血細胞的唯一來源,它主要存在於骨髓、外周血、臍帶血中、胎盤組織中。在臨床治療中,造血幹細胞應用較早,在20世紀五十年代,臨床上就開始應用骨髓移植(BMT)方法來治療血液系統疾病。到80年代末,外周血幹細胞移植(PBSCT)技術逐漸推廣開來,絕大多數為自體外周血幹細胞移植(APBSCT),在提高治療有效率和縮短療程方面優於常規治療,且效果令人滿意。與兩者相比,臍血幹細胞移植的長處在於無來源的限制,對HLA配型要求不高,不易受病毒或腫瘤的污染。
神經幹細胞
神經幹細胞關於神經幹細胞研究起步較晚,由於分離神經幹細胞所需的胎兒腦組織較難取材,加之胚胎細胞研究的爭議尚未平息,神經幹細胞的研究仍處於初級階段。理論上講,任何一種中樞神經系統疾病都可歸結為神經幹細胞功能的紊亂。腦和脊髓由於血腦屏障的存在使之在幹細胞移植到中樞神經系統后不會產生免疫排斥反應,如:給帕金森氏綜合症患者的腦內移植含有多巴胺生成細胞的神經幹細胞,可治癒部分患者癥狀。除此之外,神經幹細胞的功能還可延伸到藥物檢測方面,對判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。實際上,人們對幹細胞的了解仍存在許多盲區。2000年年初美國研究人員無意中發現在胰腺中存有幹細胞;加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網膜中發現了始終處於「休眠狀態的幹細胞」;有些科學家證實骨髓幹細胞可發育成肝細胞,腦幹細胞可發育成血細胞。
骨髓間充質幹細胞
骨髓間充質幹細胞(mesenchymal stem cells,MSC)是幹細胞家族的重要成員,來源於發育早期的中胚層和外胚層。MSC最初在骨髓中發現,因其具有多向分化潛能、造血支持和促進幹細胞植入、免疫調控和自我複製等特點而日益受到人們的關注。如間充質幹細胞在體內或體外特定的誘導條件下,可分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌腱、韌帶、神經、肝、心肌、內皮等多種組織細胞,連續傳代培養和冷凍保存后仍具有多向分化潛能,可作為理想的種子細胞用於衰老和病變引起的組織器官損傷修復。骨髓間充質幹細胞由於其來源廣泛,易於分離培養,並且具有較強的分化潛能和可自體移植等優點,越來越受到學者們的青睞,被認為是不久即將被引入臨床治療的最優幹細胞。
骨髓間充質幹細胞具有如下的優點:
一、具有強大的增殖能力和多向分化潛能,在適宜的體內或體外環境下不僅可分化為造血細胞,還具有分化為肌細胞、肝細胞、成骨細胞、軟骨細胞、基質細胞等多種細胞的能力。
二、具有免疫調節功能,通過細胞間的相互作用及產生細胞因子抑制T細胞的增殖及其免疫反應 ,從而發揮免疫重建的功能。
三.、具有來源方便,易於分離、培養、擴增和純化,多次傳代擴增后仍具有幹細胞特性,不存在免疫排斥的特性。

5 幹細胞 -研究現狀

  當前,幹細胞和再生醫學的研究已成為自然科學中最為引人注目的領域。中國在幹細胞低溫超低溫氣相、液相保存技術、定向溫度保存技術及超低溫幹細胞保存抗損傷技術等處於世界領先水平。幹細胞理論的日臻完善和技術的迅猛發展必將在疾病治療和生物醫藥等領域產生劃時代的成果,是對傳統醫療手段和醫療觀念的一場重大革命。

  採用幹細胞治療有著多種優勢:低毒性(或無毒性),即使不完全了解疾病發病的確切機理治療也可達到較好的治療效果,自身幹細胞移植可避免產生免疫排斥反應,對傳統治療方法療效較差的疾病多有驚人的效果。

研究與應用
基礎應用

 幹細胞的調控是指給出適當的因子條件,對幹細胞的增殖和分化進行調控,使之向指定的方向發展。

1、內源性調控

幹細胞自身有許多調控因子可對外界信號起反應從而調節其增殖和分化,包括調節細胞不對稱分裂的蛋白,控制基因表達的核因子等。另外,幹細胞在終末分化之前所進行的分裂次數也受到細胞內調控因子的制約。

(1)細胞內蛋白對幹細胞分裂的調控。

(2)轉錄因子的調控。

2、外源性調控

除內源性調控外,幹細胞的分化還可受到其周圍組織及細胞外基質等外源性因素的影響。

(1)分泌因子間質細胞能夠分泌許多因子,維持幹細胞的增殖,分化和存活。

(2)膜蛋白介導的細胞間的相互作用。

(3)整合素(Integrin)與細胞外基質。

科研應用
幹細胞胚胎幹細胞

1、器官修補更新

2、人造器官與組織的來源

3、新葯開發

4、基因功能研究

5、基因治療的工具

6、毒理、藥理研究

7、癌症研究  

醫療運用

幹細胞移植治療技術,被譽為人類有史以來的飛躍式醫療手段,實現人體各個器官修復和更新。

主要治療項目:

1、器官修復:幹細胞能在短時間內修復各種器官組織,為各類疾病提供非常有效的治療效果。

2、腫瘤:把成人神經幹細胞注射到老鼠大腦中的研究可以神奇地成功治療腫瘤。由於腦癌的擴散迅速,運用傳統的技術幾乎不可能治癒。哈佛醫學院的研究人員注射了由基因工程得到的成人幹細胞,用以把另外注射的無毒性物質轉化成抗癌劑。幾天之內,成人幹細胞遷移到癌變區域,注射物可以減少百分之八十的腫塊。

3、骨骼:骨髓間充質幹細胞是具有自我更新能力並可以分化成為成骨細胞的一種幹細胞。多項基於動物骨髓的研究和一些初步的臨床數據顯示了它們在重建骨骼方面的貢獻。在整形外科方面,一些由創傷引起的,由癌症引起的或感染引起的骨細胞的損失,如進行手術彌補人造關節會引起一些不便,而進行幹細胞的自體移植正可以解決這方面的問題。

幹細胞神經幹細胞

4、脫髮:毛髮囊泡也具有幹細胞,2004年11月,一些研究人員預言說,這些毛囊幹細胞的研究可以促使4-5年內脫髮通過毛髮克隆技術被治癒。治療可能可以簡單地向毛囊幹細胞發出信號從而向附近那些因年長而萎縮的毛囊細胞發出化學信號,使它們輪流再生製造健康的頭髮。

5、治療不孕:研究人員發現從成年女性身上獲取的幹細胞在實驗室中可以自發生成新的卵子。在小鼠身上進行的實驗顯示這些卵子可以進一步發育。有關這項研究的論文已經發表在《自然-醫學》雜誌上。一位英國專家對此表示,這項研究將改寫教科書,並以此為不育症的治療帶來「令人興奮的可能性」

6、糖尿病:幹細胞移植可用於治療糖尿病的。幹細胞治療糖尿病是在血液內提取相應幹細胞體外分離、純化、擴增后經靜脈注射或介入等方式輸入到患者體內,在胰腺組織微環境的誘導下分化增殖為胰島樣細胞並分泌胰島素,促進受損胰島組織細胞的再生、修復,從而達到功能重建的目的,起到治療糖尿病的作用。

相關研究

2012年8月13日,據媒體報道,一種新發現的幹細胞類群可能是使人類擁有更高層次思維的關鍵,幹細胞可能增強人體的創造力。科學家對此類幹細胞家族進行鑒定,發現它們也許能促進人體神經元對抽象思維以及創造性活動的應答。

科學家在小鼠胚胎中發現了該幹細胞家族,還發現這種幹細胞在胚胎中以大腦皮層的上層的形式存在。而在人體中,大腦同樣的區域支配著抽象思維、對未來預先計劃以及解決問題的能力。實驗室培養的該類幹細胞可能有利於為精神分裂症以及自閉症等大腦疾病找到新的治療方式。

6 幹細胞 -爭議

治療範圍爭議

在各種幹細胞的臨床治療效果上,造血幹細胞治療血液病技術已非常成熟。除了這項技術之外,其他幹細胞技術尚處於臨床試驗階段。但不少醫療機構打著「研究」的名號,將幹細胞治療吹得「神乎其神」,向患者推廣,謀取利潤。而很多患者相信了醫院及媒體的宣傳,付出了昂貴的醫療費但效果甚微。同時,隨著利益鏈的延長,幹細胞的重要來源——臍帶血的採集和存儲也出現了非法渠道。這些問題都社會中產生了巨大的爭論。

在中國,幹細胞是屬於藥物還是屬於一種醫療技術還沒有界定,只是通過臨床試驗來確定是否對有些疾病有效,還沒有批准用於臨床治療的推廣。根據國家衛生部於2009年3月頒布實施的《醫療技術臨床應用管理辦法》,幹細胞技術被歸入「第三類醫療技術」,並明確要求,若用於臨床治療,須經衛生部審批。截至2011年底,除造血幹細胞治療血液病,中國還沒有任何一家醫療機構的幹細胞治療得到受理和審批。

倫理爭議

所謂幹細胞的倫理道德爭議問題,實際上僅限於胚胎幹細胞領域。問題的關鍵在於胚胎幹細胞的獲取過程,依照截至2011年的技術,獲取胚胎幹細胞需要在胚泡(Blastocyst)階段破壞胚胎,以提取內細胞團(Inner cell mass)。此步驟在許多支持生命團體(Pro-life)人士看來,是對生命的破壞。值得一提的是,多能誘導幹細胞由於通過對已分化的細胞「重新編程」(Reprogramming)而獲得,不會產生倫理道德的爭議。

7 幹細胞 -Stem Cell Discovery研究

Stem Cell Discovery, a peer reviewed journal, provides a forum for prompt publication of original investigative papers and concise reviews. It will include all the primary discoveries from stem cell basic and translational research, specifically including the fields but not limited as the follows:


  「幹細胞的發現」是同行評審的開源期刊,由美國科研出版社發行,並且提供了一個論壇,可以迅速發表關於幹細胞研究的調查文件和評論。包括所有主要的幹細胞基礎研究和轉化研究和發現。包括以下具體的領域:


  Stem Cell and Diseases

幹細胞幹細胞研究


  Stem Cell Development and Differentiation
  Stem Cell Therapy
  Tissue Regeneration

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