1、中美奥奇干细胞库（）教你认识干细胞一、 干细胞概念干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞， 是形成人体各种组织器官的原始细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为万用细胞。人体并不是由一种细胞构成,而是由200多种细胞构成的,例如神经细胞、皮肤细胞、红细胞等等。不同的细胞担负着不同的功能,但是所有这些细胞,都是由一个细胞受精卵发育而来的。受精卵在发育过程中,不仅不断地分裂使细胞的数目扩增,而且还不断地分化使细胞的种类也增加。所谓干细胞是指那些未分化的因而有可能分化成不同类型细胞的细胞干的意思是可以产生分支的主干。 干细胞(Stem cell，S
2、C)是一类具有自我更新(self-renewing)能力的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合适的条件或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为万用细胞，也有人通俗而形象地称其为干什么都行的细胞。干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织。来自胚胎和胎儿组织的胚胎干细胞具有多潜能分化特性，可分化为成熟个体体内几乎全部200多种以上的成熟细胞类型。而成年个体组织来源的成体干细胞(adult stem cell)有造血干细胞、神经干细胞和胰腺干细胞等。 干细胞技术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，用以治疗诸如脑瘫、中风、
3、白血病、心肌梗塞、糖尿病、帕金森氏病等多种用传统方法难以治愈的疾病，具有不可估量的医学价值，给人们带来了希望。二、 干细胞的基本特性 胚胎干细胞的分化性胚胎干细胞具有万能分化性(pluripotency)功能，特点是可以细胞分化(Cellular differentiation)成多种组织的能力，但无法独自发育成一个个体。它可以差转成为外胚层、中胚层及内胚层三种胚层的成员，然后再差转成为人体的220多种细胞种类。万能分化性是胚胎干细胞与在成年人体内可找到的多功能干细胞的主要分别：多功能干细胞只能差转成为某几种特定的细胞种类。在无外界提供差转的刺激之下(即可在实验环境下生长)，胚胎干细胞在经过多
4、重细胞分裂之后，仍然能保有万能分化性。成人干细胞能否保有万能分化性，直到现在仍然有争议。不过，有研究已示范了万能干细胞可以从成纤维细胞集丛产生出来。 成体干细胞的可塑性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）。关于横向分化的
5、调控机制还不清楚。大多数观点认为干细胞的分化与微环境密切相关。可能的机制是，干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行分化的细胞的影响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。三、 干细胞的种类按照发育阶段，干细胞可分为：胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell）和成体干细胞（Adult Stem Cell）。1、胚胎干细胞包括ES细胞（Embryonic Stem Cell）、EG 细胞（Embryonic Germ Cell）2、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）、
6、骨髓间充质干细胞（Mesen chymal Stem Cell，间充质干细胞）、表皮干细胞（EPidexmis Stem Cell）等。按分化潜能，干细胞可分为，全能干细胞，多能干细胞，单能干细胞。全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞(ES细胞)。多能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能。如造血干细胞、神经细胞。单能干细胞：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。胚胎干细胞：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，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，
7、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。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
8、发育成“胚胎体”。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。成体干细胞可以由下列几个方面得到：胚胎细胞由胚胎干细胞定向分化，或移植分化而成。胚胎组织由分离胚胎组织、细胞分离、或培养而成。成体组织由脐血、新生儿胎盘、骨髓、外周血、骨髓间质、脂肪细胞等得到。造血干细胞：造血干细胞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。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移
9、性肿瘤疾病的最有效方法。与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，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：神经干细胞的研究尚处初级阶段。理论上讲，任何一种中枢神经疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。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细胞，可治愈部分患者的症状。周边血干细胞：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,再经由血液分离机收集取得之干细胞.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。脂肪干细胞：以往人们因塑身而抽
10、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。骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,间充质干细胞)：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.间充质干细胞最初在骨髓中发现,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,可分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带、神经、肝、心肌、内皮等多种组织细胞,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
11、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。心脏干细胞以色列的科学家研究出了一种用干细胞做成的心脏，这是由干细胞的分裂形成的。胎盘造血干细胞胎盘是胎儿和母亲血液交换的场所，含有非常丰富的血液微循环。人在母亲子宫内发育的阶段，胎盘是首先形成的器官之一。胎盘中含有大量的早期干细胞，包括数量丰富的造血干细胞。这些干细胞在胎盘中行使着造血的功能。小孩出生后剥离的胎盘内所含的造血干细胞，可以分化形成各种血细胞（红细胞、白细胞、血小板等）的祖宗，注射到体内可
12、以发挥造血功能。胎盘亚全能干细胞亚全能干细胞自胚胎形成的第5到7天开始出现，能分化形成200多种人体组织器官细胞，但不能形成一个完整的人体。胎盘亚全能干细胞是来源于新生儿胎盘组织的一族亚全能干细胞，其在发育阶段与胚胎干细胞接近，具备分化形成三个胚层的组织细胞的能力，但不会形成畸胎瘤。四、干细胞的分布范围胚胎胚胎干细胞（Embryonic Stem cell，ES细胞）。胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干
13、细胞并在体外进行培养。而人的胚胎干细胞的体外培养才获得成功。进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞。密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养出人类ES细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的全能性。这样就使科学家利用人
14、类ES细胞治疗各种疾病成为可能。然而，人类ES 细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大争议，出于社会伦理学方面的原因，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，因此要求展开人类ES细胞研究的呼声也一浪高似一浪。成体过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。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
15、干细胞的更新和分化。造血造血干细胞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。协和医大血液学研究所的庞文新又在肌肉组织中发现了具有造血潜能的干细胞。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。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。到八十年代末，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。随着脐血干细胞移植技术的不断完善，它可能会代替APBSCT的地位，为全世界更多的血液病及恶性肿瘤的患者带来福音。神经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，