干细胞研究状况及临床应用发展趋势

干细胞研究状况及临床应用发展趋势 干细胞研究状况及临床应用发展趋势 河南科技大学(医学版)2007年12月第25卷第4期?309? 干细胞研究状况及临床应用发展趋势 ResearchActualityofStemCellsanditsClinicalApplicationTendency 雷万军,高伟娜',叶圣勤 摘要:目的了解干细胞研究状况及临床应用发展趋势.方法参阅国内外相关文献,阐述干细胞的基本 理论知识,分析目前国内外干细胞的研究现状和临床应用,对干细胞研究中仍然存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行了讨论.结果 国内外对干细胞研究越来越重视,干细胞技术已成功用于脑,神经等临床疾病的治疗.结论干细胞技术是生物 技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术,已成为世界高新技术的新亮点. 关键词:干细胞;胚胎干细胞;成体干细胞;干细胞技术 中图分类号:R329.2文献标识码:B文章编号:1672—688X(2007)04—0309—03 干细胞(Stemcel1)是一类具有自我更新能力的多潜能 细胞.即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力,在合 适的条件下或给予合适的信号,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 的称其为.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.根据发育阶段,干细胞分为胚胎干细胞和成 体干细胞,胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础, 而成体干细胞的进一步分化则是成年动物组织和器官修复 再生的基础….按干细胞分化的潜能将干细胞分为全能干 细胞,多能干细胞,单能干细胞.本文着中介绍了胚胎干细胞 和成体干细胞的基本理论以及目前国内外干细胞的研究现状 和临床应用,对干细胞研究中仍然存在的问题进行了综述. 1干细胞 1.1胚胎干细胞和成体干细胞 当受精卵分裂发育成囊胚时,内层细胞团的细胞即为胚 胎干细胞(Embwoniestemcel1),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MartinEvans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行 培养,而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功. 进一步说,胚胎干细胞是一种高度未分化细胞,胚胎干细胞 的分化和增殖构成动物发育的基础.胚胎干细胞具有如下 特性:?胚胎干细胞来源于胚胎早期的胚泡中的内细胞群, 保持未分化状态,具有自我复制的能力,具有向胚胎三个胚 层来源的所有细胞分化的潜能.?胚胎干细胞可通过单细 胞克隆建立有相同遗传特性的胚胎干细胞系.建立的胚胎 干细胞系有与亲代细胞相同的特征.?胚胎干细胞具有 正常,完整(二倍体)及稳定的染色体核型.?胚胎干细胞缺 乏细胞周期中G.期的限制点,胚胎干细胞大部分时间都处 基金项目:河南省科技自然科学基金项目(062030400) 收稽日期:2006—04一l6 作者单位:1.河南科技大学医学技术与工程学院,河南洛阳471003 2.深圳市北科细胞工程研究所,广东深圳518000 作者简介:雷万军(1954一),男,河南洛阳人,主任医师,从事烧伤整形 及组织工程研究工作. 于细胞周期的s期,在此期进行DNA合成.胚胎干细胞不需 外源信号刺激启动DNA的复制.?胚胎干细胞 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达三种特 异性标志分子:细胞内的转录因子(Oct4),白血病抑制因子 (LIF)和碱性磷酸酶(AP).?雌性哺乳动物来源的胚胎干 细胞内,不存在x染色体失活现象.?胚胎干细胞端粒酶活 性呈阳性,具有维持端粒长度,保持干细胞增殖能力的重要作 用.?胚胎干细胞裸鼠皮下或肾包囊接种,可形成畸胎瘤. 成体干细胞(Adultstemcel1)存在于全部3个胚层发育 而来的组织中,有人认为胚胎发育中由于存在非对称分裂, 而被保留下来的未分化的成体干细胞,存在于已分化的组织 中.成体干细胞的进一步分化则是成年动物组织和器官修 复再生的基础.成体干细胞有两个特征,其一具有保持长期 增殖而不分化的能力,即长时程自我复制特性;还具有分化 为源组织的所有特化类型细胞的潜能和分裂产生祖细胞的 能力.成体干细胞的增殖能力也有较大的限制,在实验室培 养条件下,许多成体干细胞不易增殖或有限的增殖,限制了 成体干细胞产生足够数量的干细胞.多数成体干细胞数量 较少,缺乏特异性的表面标志,难以识别,分离和纯化.成体 干细胞有分化为其他来源组织细胞的能力,称为可塑性】. 到目前为止,还没有单一成体干细胞(即单细胞克隆建立的 成体干细胞系)分化为全部3个胚层发展而来的特定细胞的 证据.因此,成体干细胞没有和胚胎干细胞同样程度的多潜 能性. 成体干细胞中被研究最广泛和深入的细胞是源于骨髓 和血液的干细胞,包括造血干细胞(HematopoietiestemceUs) 和问充质干细胞(MesenehymalstemceUs,MSC)两类主要的 干细胞.造血干细胞是从血液或骨髓中分离的具有自我复 制能力的干细胞,它能从骨髓中动员进入血液循环系统,能 经历程序性死亡,即细胞凋亡.造血干细胞可利用其物理特 性和细胞表面特征富集.造血干细胞来源于骨髓,外周血和 脐带血,能分化为血液和免疫系统的各种细胞类型,可用于 治疗白血病,淋巴瘤和遗传性血液病,如各种遗传性贫血,先 天代谢失调和癌症化疗后造血干细胞的恢复等】. 许多研究发现,在人类,鸟类,啮齿类等生物的骨髓中, ? 3l0?JHenanUnivSciTech(MedSci)December2007Vo1.25No.4 可以分离出一种骨髓MSC,MSC具有干细胞的共性,即自我 更新及多向分化的能力,最近的研究发现从人的骨骼肌中也 分离出了MSC,它同样可以分化为骨骼肌,平滑肌,骨,软骨 及脂肪-|J,因此利用MSC进行组织工程学研究有如下优 势:?取材方便且对机体无害.问充质干细胞可取自自体骨 髓,简单的骨髓穿刺即可获得;?由于问充质干细胞取自自 体,由它诱导而来的组织在进行移植时不存在组织配型及免 疫排斥问题;?由问充质干细胞分化的组织类型广泛,理论 上能分化为所有的问质组织类型:将它分化为骨,软骨或肌 肉,肌腱,在治疗创伤性疾病中具有应用价值;将它分化为心 肌组织,则有可能构建人工心脏.将它分化为真皮组织,则 在烧伤中有不可限量的应用前景. 神经干细胞(Neuralstemcells)也是成体干细胞之一,是 一 类具有多向分化潜能,自我复制,高度增殖能力,在特定条 件诱因下,能够向特定类型神经元或神经胶质细胞分化的特 殊的未分化或低分化细胞的总称.可以说神经干细胞 是神经系统形成和发育的源泉.其主要功能是作为一种后 备储备,参与神经系统损伤修复或细胞正常死亡的更新.识 别神经干细胞的重要标志为巢蛋白(nestin),nestin阳性细胞 具有干细胞的特征.1992年Reynolds和Richards先后在成 年鼠的纹状体和海马中分离出神经干细胞,在中枢神经系统 其他部位,如端脑,问脑,中脑,脑干和脊髓也相继分离出神 经干细胞. 1.2千细胞技术 干细胞技术,又称为再生医疗技术,是指通过对干细胞 进行分离,体外培养,定向诱导,甚至基因修饰等过程,在体 外繁育出全新的,正常的甚至更年轻的细胞,组织或器官,并 最终通过细胞,组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗, 诸如白血病,早老性痴呆,帕金森氏病,糖尿病,中风和脊柱 损伤等一系列目前用传统医学方法尚不能治愈的疾病. 从理论上说,应用干细胞技术能治疗各种疾病,且其较很多 传统治疗方法具有元可比拟的优点:?安全,低毒性(或无毒 性);?不需要完全了解疾病发病的确切机理;?还可能应用 自身干细胞移植,避免产生器官移植的免疫排斥反应. 干细胞技术不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景, 而且其对克隆动物,转基因动物生产,发育生物学,新药物的 开发与药效,毒性评估等领域也将产生极其重要的影响.干 细胞技术作为生物技术中的前沿技术已成为自然科学中最 为引人注目的领域,被医学界认为是人类生命科学研究的重 要里程碑,预示着生命科学研究将进入快速发展时期,是未 来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础. 2国内外千细胞研究状况 虽然早在1970年,小鼠胚胎干细胞就可以成功的在体 外进行培养,但在1998年以前,干细胞的研究还相对比较沉 寂.1998年美国科学家Thomson等在Science杂志上报道成 功在体外培养和扩增了人体胚胎干细胞,于是这个领域就成 了国内外医学和生物学关注的热点;1999年干细胞的"横向 分化"研究更出现了非常令人兴奋的结果,科学家惊喜的发 现普遍存在予人体各个系统内的成体干细胞是可以通过诱 导而相互转化的,这为干细胞的来源及应用开辟了更广泛的 领域.由此全世界掀起了干细胞研究的热潮.美国Science 于1999年和200o年连续两次将干细胞生物学和干细胞生物 工程评为世界十大科学成就之一?. 为抢占这一科技制高点,世界各国纷纷投入大量的人 力,物力和财力加紧研究开发,并取得应用性成果.2005年 l0月,美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞 移植人人体大脑.2005年11月,美国心脏协会报道了一个 三国多中心用干细胞治疗心肌梗塞的204例临床病例的研 究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,其结论是干细胞对心脏功能的改善是没有任何现有 临床药物能达到的.2006年财力雄厚的哈佛大学宣布正式 启动通过克隆人类胚胎提取干细胞的研究项目,并投巨资建 立美国最大的干细胞研究中心.日本把干细胞技术视作在 生命科学和生物技术领域赶超欧美国家的绝好机遇,在2000 年启动的"千年世纪工程"中,将干细胞工程作为四大重点之 一 ,于第一年度就投入了108亿日元的巨额.英国予2000年 第一个将干细胞研究合法化,2005年英财政大臣称将建立全 国性干细胞研究网络,以巩固英国在该领域的领先地位, 20o6年,英国批准世界首个干细胞银行向各国科学家或实验 室提供胚胎干细胞.2006年,欧盟议会通过干细胞研究拨款 法案,干细胞研究在欧盟从此拥有"合法身份",英国首相布 莱尔在美国访问期间,努力推动英国和加利福尼亚洲加强干 细胞研究合作.20o6年,澳大利亚众议院通过了一项新法 案,通过了克隆人体胚胎干细胞研究的法令,从而令治疗性 克隆研究合法化.此外,德国,新加坡,澳大利亚等多个国家 也把干细胞研究作为生物高技术研究的重点,不但制定了短 期和长期的发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,而且投资建立了大批专业化干细胞工 程技术研究中心.瑞典,巴西也于2005年通过立法继续支 持干细胞研究. 在这场前景极其诱人的国际竞争中,我国反应快.1998 年起,国家科技部和国家自然科学基金委员先后把干细胞研 究作为我国科技发展的重点领域,并予2000年以来连续多 年将其列入"863","973",国家自然基金重点项目,投人大量 资金资助.国务院2006年发布的<国家中长期科学和技术 ,干细胞作为五项生物技 发展规划纲要(20062020年)》中 术之一成为未来l5年我国前沿技术的重点研究领域,与此 同时,各地方政府也将干细胞研究作为科技发展重点积极支 持,到2004年5月为止,省级干细胞研究几乎遍布全国,已有 20多个经济技术相对发达省市建立了干细胞研究中心,部分 经济技术相对落后地区也把干细胞研究列为当地科技发展 项目予以积极支持.大学,科研机构及企业纷纷涌人本领 域,分别就血液细胞,人体小血管,中枢神经细胞,骨,关节, 韧带,心肌,心脏瓣膜,小肠,膀胱,食道,器官,乳房(脂肪组 织),眼角膜,视网膜,毛发等相关的干细胞再生组织器官展 开研究,现已有部分成果进人试验性临床应用,如我国医学 家已成功施行了人体神经干细胞,角膜干细胞,外周血造血 干细胞等的移植,其中外周血造血干细胞的移植可能是目前 治愈再生障碍性贫血的唯一途径.深圳北科生物科技有限 公司现已能在体外鉴别,分离纯化,扩增和诱导分化多种组 河南科技大学(医学版)2007年12月第25卷第4期?311? 织干细胞,拥有与干细胞基础研究,实验室制备和临床应用 相关的整套技术,共开展临床病例上千例,总有效率达到 80%,涉及病种2O多种,还吸引了国外包括美国,英国,加拿 大,匈牙利,西班牙,澳大利亚,罗马尼亚,尼泊尔,瑞士,瑞 典,巴基斯坦等近3O个国家的患者慕名而来接收干细胞治 疗并获得了显着的治疗效果.尤其是在神经干细胞临床应 用领域,干细胞治疗糖尿病和股骨头坏死等方面的研究走在 世界的前列. 3利用干细胞技术已开展治疗的疾病 干细胞研究突飞猛进,在分离培养,定向诱导和应用基 础研究方面取得了诸多突破性进展,部分干细胞产品已进入 临床应用,给许多疑难病症治疗带来了新的希望'".目前 利用干细胞技术在临床上已经开展治疗的疾病种类包括:?脑瘫,小儿缺血缺氧性脑病.?脑外伤,脑梗死,脑出血,脊 髓外伤性瘫痪的急性期,后遗症期和康复期.?脑发育不 全,脑萎缩,智力低下,失忆症,脑积水.?长期昏迷,植物生 存状态.?视神经损伤,失明.?肌萎缩侧索硬化症,运动 神经元病.?脊髓炎后遗症期和康复期.?神经性膀胱炎. ?临界脑死亡.?癫痫.?慢性心功能不全性疾病,心肌梗 塞.?肝硬化.?下肢血管性疾病.?股骨头坏死. 4干细胞研究目前存在的问题及展望 4.1成体干细胞有限制其临床应用的瓶颈首先,组织中 成体干细胞的数量很少,缺乏细胞表面标志难以将其分离纯 化.就骨髓细胞来讲,每1万一1.5万个细胞中仅有1个造 血干细胞,而目前也不能确定是否所有的组织中均存在可供 分离的干细胞.其次,能否实现成体干细胞的体外扩增仍有 争论.尽管成体干细胞具有长期自我更新的能力,但大多以 不对称分裂的方式进行,每次分裂后有一个细胞仍然为干细 胞,而另一个则分化为祖细胞.因此有学者认为体外扩增的 往往是祖细胞,干细胞的数量变化并不大,并且大部分成体 干细胞的增殖能力也是有限的,能否提供临床充足的细胞来 源尚难确定.此外,确定哪种干细胞用于治疗特定的疾病还 需要比较长时间的试验研究.例如,有多达12种不同种类 的细胞(外周血单个核细胞,肌母细胞,骨髓间充质干细胞, 血管内皮细胞等)被用于治疗心肌疾病,究竟谁最合适呢? 目前尚无人能够回答. 4.2需要取得更确凿的研究结果证实问充质干细胞横向分 化本领间充质干细胞具有资源充足,获取方便的优点,而 且骨髓间充质干细胞尚具有自身移植的优势.但是,至今仍 有学者坚持认为间充质干细胞的分化可能源于细胞融合,而 不存在不同胚层干细胞间的横向分化.因此,当务之急是要 取得更确凿的研究结果证实其横向分化的本领. 4.3细胞分选技术也是一个备受关注的问题目前常用的 流式分选方法速度慢,而且分选过程中经过的气溶胶阶段, 会使细胞暴露于空气可能引起污染,因此需要开发新的,更 快,更安全的细胞分选方法.移植途径的选择对于干细胞作 用的发挥同样不容忽视. 4.4对于特定的成体干细胞如神经干细胞要想达到理论上 的临床治疗效果,有诸多因素需要考虑例如神经干细胞移 植的方法学,包括供体质量和数量,移植时机,途径和辅助药 物等都会直接影响移植治疗的结果,非常有必要通过临床前 研究建立全过程的方法学 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 来保障移植治疗的功能有效 性.事实上,除了与供体制备规范有关的神经干细胞诱导调 节机制研究外,现有的动物和人体试验都缺乏这方面深入细 致的比较研究,是亟待填补的一大缺陷. 参考文献: [1]程冬婉,张伟,张叔人.成体干细胞临床应用的研究进展 [J].中国肿瘤生物治疗杂志,2006,13(2):150—152. 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