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什么是干细胞?

2018-05-30 16:03来源:环健涉外医疗专家Tag: 干细胞

干细胞(Stem cell)即起源细胞,是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。在细胞的分化过程中,细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力,最终衰老死亡。
 
机体在发展适应过程中为了弥补这一不足,保留了一部分未分化的原始细胞。干细胞的来源有很多,包括与。医学研究者认为干细胞研究有潜力通过用于修复特定的组织或生长器官,改变人类应对疾病的方法。
 
 
干细胞的研究被认为开始于20世纪60年代,在加拿大科学家恩尼斯特·克和詹姆士·堤尔的研究之后。1998年美国有两个小组分别培养出了人的多功能干细胞(Pluripotent stem cells):
 
1、James A. Thomson在领导的研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是:人卵后,将胚胎培育到囊胚阶段,提取Inner cell mass细胞,建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 Marker 和酶活性,证实它们就是全能干细胞。用这种方法,每个胚胎可取得15-20干细胞用于培养。
 
2、John D. Gearhart在领导的另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是:从受精后5-9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( Primordial germ cell )。由此培养的细胞株,证实具有全能干细胞的特征。
 
1、,由和的融合产生。而受精卵在形成胚胎过程中八细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。具有形成完整个体的分化潜能,如胚胎干细胞,受精卵就是最高层次的胚胎干细胞。
 
2、多功能干细胞,一种或多种组织的起源细胞,它能分化出多种类型细胞,是全能干细胞的后裔,但不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。具有分化出多种细胞组织的潜能,如、神经细胞。
 
3、多潜能干细胞,只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞。
 
4、专一性干细胞,只能产生一种细胞类型;但是,具有自更新属性,将其与非干细胞区分开。只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化,如上皮组织基底层的干细胞,肌肉中的成肌细胞。
 
1、(Embryonic stem cell):在胚胎发育早期的囊胚中,可发育为不同的细胞,是所有细胞最初期的形态。
 
ES细胞是一种高度未分化细胞:它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括;研究和利用ES细胞是生物工程领域的核心问题之一;在未来几年,ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。
 
2、(Adult stem cell):亦称成人干细胞,医学上常用的大致包括骨髓干细胞、脐带血干细胞及周边血干细胞。它们存在成体特定的组织中,具有由干原细胞形成先驱细胞,分化成具特定功能细胞的能力。例如:骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞。
 
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。
 
婴儿出生后遗留在和脐带中的血是干细胞的重要来源。自1988年脐血干细胞就用来治疗根达综合征,亨达综合征,和拉综合征,急性淋巴细胞性等许多儿童疾病。 脐血从脐带采集;脐带经过清理消毒后,脐血从脐静脉取出,然后立即分析对于传染物质和组织类型是必需的。脐血在放入液氮备用之前要经过处理,去除红细胞。在使用的时候首先解冻,去除防冻剂,注入病人。这种使用其他捐赠人干细胞的治疗方法叫做异源疗法;如果干细胞来自患者本人,即为同源和当从相同个体收集时,它通常指双胞胎。
 
骨髓中存有人体内最主要造血干细胞的来源,而周边血干细胞则是指借由施打白细胞生长激素(G-CSF),将骨髓中的干细胞驱动至血液中,再经由收集取得之干细胞。由于与骨髓干细胞极为相近,现已逐渐取代需要全身麻醉的骨髓抽取手术。
 
是从胚泡(由50—100个细胞组成的早期胚胎)未分化的内部细胞团中得到的干细胞。它们是万能的,意味着它们可以发育成为身体内200多种细胞类型中的任何一种。胚胎干细胞研究仍处于刚起步阶段,许多研究仍建立在人类以外之动物模式。例如老鼠、牛或是羊等。人类的胚胎干细胞因为干细胞的取得来源涉及道德伦理上的约束,在干细胞株上的建立有所争议。
 
鹿茸干细胞位于鹿茸初角茸或角柄骨膜内,是惟一能够驱动哺乳动物器官完全再生的成体干细胞。鹿茸干细胞均有多能性,体外诱导试验表明,其能够被诱导形成神经细胞,脂肪细胞,肌肉细胞等[1] 。鹿茸是上天遗留在人间最美的一块宝石,是哺乳动物王国中唯一能够完全再生的器官;鹿茸是哺乳动物中生长速度最快的器官,在快速生长期时生长速度达到20 mm/天以上,其顶端增殖区细胞的增殖速度为癌细胞的30倍,且不发生癌变,是癌变机制研究的天然模型[2] 。干细胞作为鹿茸的重要细胞,可以发展成为许多特殊细胞类型,并支持鹿角再生的整个过程[3] 。
 
鹿茸干细胞是唯一能够驱动哺乳动物器官完全再生的成体干细胞,其上的皮肤构成了鹿茸干细胞所需的特殊微环境。鹿茸再生包含了骨组织、皮肤、血管、神经组织的完全再生,多种细胞因子参与其中。此外,由新鲜鹿茸组织提取的多肽类物质,在皮肤及骨组织伤口愈合中,具有明显的刺激作用。进一步探索其作用机制对骨伤愈合及皮肤再生提供了新的思路与方法。总之,鹿茸作为一种特殊的生物医学模型探索哺乳动物器官再生机制,可以给迅速发展的人类再生生物学和再生医学研究提供有益的内容[4] 。
 
以往人们因塑身而抽出的脂肪,大部分都当废弃物丢掉,现经由医学专家研究证,脂肪中含有大量的间质干细胞,间质干细胞具有体外增生及多重分化的潜力,能运用于组织与器官的再生与修复。


 
其主要特性为:
 
1、低侵入性取得,对人体无害。  
 
2、最多量的取得方式。  
 
3、可进行体外增生培养。  
 
4、可运用于身体组织类型广泛,会自动移自创伤部位,进行修补。
 
在2007年底,美国和日本两组科学家同时成功地把皮肤细胞转化成一种俗称为“iPS”的可诱导万能干细胞,并成功使这些干细胞转化成为身体器官的一部分。透过向皮肤细胞植入特定的基因,可诱导皮肤细胞改造,变成类似胚胎干细胞的一种细胞。
 
 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。2012年之前认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。经研究表明,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。 是体内各种血细胞的唯一来源,它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中、胎盘组织中。在临床治疗中,造血干细胞应用较早,在20世纪五十年代,临床上就开始应用骨髓移植(BMT)方法来治疗血液系统疾病。到80年代末,外周血干细胞移植(PBSCT)技术逐渐推广开来,绝大多数为自体外周血干细胞移植(APBSCT),在提高治疗有效率和缩短疗程方面优于常规治疗,且效果令人满意。与两者相比,脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制,对HLA配型要求不高,不易受病毒或肿瘤的污染。 神经干细胞关于神经干细胞研究起步较晚,由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材,加之胚胎细胞研究的争议尚未平息,神经干细胞的研究仍处于初级阶段。理论上讲,任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应,如:给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞,可治愈部分患者症状。除此之外,神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面,对判断药物有效性、毒性有一定的作用。实际上,人们对干细胞的了解仍存在许多盲区。2000年年初美国研究人员无意中发现在胰腺中存有干细胞;加拿大研究人员在人、鼠、牛的视网膜中发现了始终处于“休眠状态的干细胞”;有些科学家证实骨髓干细胞可发育成肝细胞,脑干细胞可发育成血细胞。 (mesenchymal stem cells,MSC)是干细胞家族的重要成员,来源于发育早期的中胚层和外胚层。MSC最初在骨髓中发现,因其具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点而日益受到人们的关注。如间充质干细胞在体内或体外特定的诱导条件下,可分化为、、、、、、、、、内皮等多种组织,连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能,可作为理想的种子细胞用于衰老和病变引起的组织器官损伤修复。骨髓间充质干细胞由于其来源广泛,易于分离培养,并且具有较强的分化潜能和可自体移植等优点,越来越受到学者们的青睐,被认为是不久即将被引入临床治疗的最优干细胞。
 
骨髓间充质干细胞具有如下的优点:
 
一、具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体内或体外环境下不仅可分化为造血细胞,还具有分化为、、、、等多种细胞的能力。
 
二、具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应 ,从而发挥免疫重建的功能。
 
三.、具有来源方便,易于分离、培养、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特性,不存在免疫排斥的特性。
 
当前,干细胞和再生医学的研究已成为自然科学中最为引人注目的领域。中国在干细胞低温超低温气相、液相保存技术、定向温度保存技术及超低温干细胞保存抗损伤技术等处于世界领先水平。干细胞理论的日臻完善和技术的迅猛发展必将在疾病治疗和生物医药等领域产生划时代的成果,是对传统医疗手段和医疗观念的一场重大革命。
 
采用干细胞治疗有着多种优势:低毒性(或无毒性),即使不完全了解疾病发病的确切机理治疗也可达到较好的治疗效果,自身干细胞移植可避免产生免疫排斥反应,对传统治疗方法疗效较差的疾病多有惊人的效果。
 
研究与应用
 
干细胞的调控是指给出适当的因子条件,对干细胞的增殖和分化进行调控,使之向指定的方向发展。
 
1、内源性调控
 
干细胞自身有许多调控因子可对外界信号起反应从而调节其增殖和分化,包括调节细胞的蛋白,控制表达的核因子等。另外,干细胞在终末分化之前所进行的分裂次数也受到细胞内调控因子的制约。
 
(1)细胞内蛋白对干细胞分裂的调控。
 
(2)转录因子的调控。
 
2、外源性调控
 
除内源性调控外,干细胞的分化还可受到其周围组织及细胞外基质等外源性因素的影响。
 
1、分泌因子间质细胞能够分泌许多因子,维持干细胞的增殖,分化和存活。
 
2、膜蛋白介导的细胞间的相互作用。
 
3、(Integrin)与。
 
1、器官修补更新
 
2、人造器官与组织的来源
 
3、新药开发
 
4、基因功能研究
 
5、基因治疗的工具
 
6、毒理、药理研究
 
7、癌症研究   
 
干细胞移植治疗技术,被誉为人类有史以来的飞跃式医疗手段,实现人体各个器官修复和更新。
 
主要治疗项目:
 
1、器官修复:干细胞能在短时间内修复各种器官组织,为各类疾病提供非常有效的治疗效果。
 
2、肿瘤:把成人注射到老鼠大脑中的研究可以神奇地成功治疗肿瘤。由于脑癌的扩散迅速,运用传统的技术几乎不可能治愈。哈佛医学院的研究人员注射了由基因工程得到的成人干细胞,用以把另外注射的无毒性物质转化成抗癌剂。几天之内,成人干细胞迁移到癌变区域,注射物可以减少百分之八十的肿块。[5]
 
3、骨骼:骨髓间充质干细胞是具有自我更新能力并可以分化成为成骨细胞的一种干细胞。多项基于动物的研究和一些初步的临床数据显示了它们在重建骨骼方面的贡献。在整形外科方面,一些由创伤引起的,由癌症引起的或感染引起的骨细胞的损失,如进行手术弥补人造关节会引起一些不便,而进行干细胞的自体移植正可以解决这方面的问题。
 
4、脱发:毛发囊泡也具有干细胞,2004年11月,一些研究人员预言说,这些毛囊干细胞的研究可以促使4-5年内脱发通过毛发克隆技术被治愈。治疗可能可以简单地向毛囊干细胞发出信号从而向附近那些因年长而萎缩的毛囊细胞发出化学信号,使它们轮流再生制造健康的头发。
 
5、治疗不孕:研究人员发现从成年女性身上获取的干细胞在实验室中可以自发生成新的卵子。在小鼠身上进行的实验显示这些卵子可以进一步发育。有关这项研究的论文已经发表在《自然-医学》杂志上。一位英国专家对此表示,这项研究将改写教科书,并以此为不育症的治疗带来“令人兴奋的可能性”[6] 。
 
6、糖尿病:干细胞移植可用于治疗糖尿病的。干细胞治疗糖尿病是在血液内提取相应干细胞体外分离、纯化、扩增后经静脉注射或介入等方式输入到患者体内,在胰腺组织微环境的诱导下分化增殖为胰岛样细胞并分泌,促进受损胰岛组织细胞的再生、修复,从而达到功能重建的目的,起到治疗糖尿病的作用。
 
2012年8月13日,据媒体报道,一种新发现的干细胞类群可能是使人类拥有更高层次思维的关键,干细胞可能增强人体的创造力。科学家对此类干细胞家族进行鉴定,发现它们也许能促进人体对抽象思维以及创造性活动的应答。
 
科学家在小鼠胚胎中发现了该干细胞家族,还发现这种干细胞在胚胎中以大脑皮层的上层的形式存在。而在人体中,大脑同样的区域支配着抽象思维、对未来预先计划以及解决问题的能力。实验室培养的该类干细胞可能有利于为精神分裂症以及自闭症等大脑疾病找到新的治疗方式。[7]
 
在各种干细胞的临床治疗效果上,造血干细胞治疗血液病技术已非常成熟。除了这项技术之外,其他干细胞技术尚处于临床试验阶段。但不少医疗机构打着“研究”的名号,将干细胞治疗吹得“神乎其神”,向患者推广,谋取利润。而很多患者相信了医院及媒体的宣传,付出了昂贵的医疗费但效果甚微。同时,随着利益链的延长,干细胞的重要来源——脐带血的采集和存储也出现了非法渠道。这些问题都社会中产生了巨大的争论。
 
在中国,干细胞是属于药物还是属于一种医疗技术还没有界定,只是通过临床试验来确定是否对有些疾病有效,还没有批准用于临床治疗的推广。根据国家卫生部于2009年3月颁布实施的《医疗技术临床应用管理办法》,干细胞技术被归入“第三类医疗技术”,并明确要求,若用于临床治疗,须经卫生部审批。截至2011年底,除造血干细胞治疗血液病,中国还没有任何一家医疗机构的干细胞治疗得到受理和审批。[8]
 
所谓干细胞的伦理道德争议问题,实际上仅限于胚胎干细胞领域。问题的关键在于胚胎干细胞的获取过程,依照截至2011年的技术,获取胚胎干细胞需要在胚泡(Blastocyst)阶段破坏胚胎,以提取(Inner cell mass)。此步骤在许多支持生命团体(Pro-life)人士看来,是对生命的破坏。值得一提的是,多能诱导干细胞由于通过对已分化的细胞“重新编程”(Reprogramming)而获得,不会产生伦理道德的争议。