成体干细胞应用Word格式文档下载.docx
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有的年纪大点(更成熟);
有的能力强一些(可以分化成更多种类的功能细胞);
有的能力弱一些(只能分化成一种或少数几种细胞)。
不过它们都有几个共同的特点:
(1)它们是存在于成体的,也就是说可以在成年动物体内发现和分离出它们;
(2)它们都有自我更新的能力;
(3)它们都有能够特化形成组成某种类型组织的能力。
成体干细胞的研究最早始于20世纪60年代对造血干细胞的研究。
造血干细胞也是目前为止研究得最清楚,应用最成熟的成体干细胞,应用造血干细胞移植可以治疗多种血液系统恶性肿瘤、某些实体瘤、某些自身免疫性疾病和某些遗传病。
之后人们又发现了对皮肤的修复和再生至关重要的上皮干细胞;
再以后人们在以往以为不能再生的神经组织中也发现了神经干细胞。
这说明了成体干细胞可能普遍的存在于生物体内,问题是如何寻找、分离、鉴定和培养各种组织特异性的干细胞。
目前,已经报道含有干细胞的成体组织有:
脑、脊髓、外周血、血管、骨骼肌、心肌、皮肤、肝脏、消化道和肺。
我们用成体干细胞干什么?
成体干细胞是一类非常有用的细胞。
事实上,我们人体之所以有一定的再生能力,就是靠着成体干细胞,比如,表皮的再生、血细胞的换新、头发指甲的生长之类。
这是因为在我们体内的成体干细胞或者增殖出新的干细胞、或者按一定程序分化,形成新的功能细胞,从而使我们的组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。
所以在我们的组织和器官受到损伤或者失去功能的时候,它们也可以被动员起来,进行修补和重建。
但是我们体内的成体干细胞的数目和能力毕竟还是有限的,当组织和器官损失太大,难以重建时,成体干细胞也无法总是满足我们的需要,所以有时它们只好行“权宜之计”,弄点瘢痕组织敷衍一下,先过去这个坎儿再说。
有时候一个器官损失太大、或者总是不停的在损失,就会弄出很多的瘢痕组织,这些组织虽然还在这个器官中但却不能行使它们应该行使的功能,这样这个器官也就失去了它应有的功能,变得不能用了。
这,就是我们常说的“肝硬化”,“肺纤维化”的过程。
还有一种情况,虽然器官的损失不大,可是成体干细胞的数目有限,特别是人老了以后,成体干细胞无论活力和数目都不可与年轻人相比,也会逐渐的出现这种状况,这就是所谓的“退行性病变”。
想要长生?
这个样子怎么能长生呢?
所以,科学家们就想要把成体干细胞从人体内分离出来,让它们在我们的控制下多多增殖,再把它们送回体内,让它们发挥功能。
事实上,使用成体干细胞有很多的优点:
首先,获取相对容易,每个人都有;
其次,成瘤性低,不容易在人体内“变坏”,变成肿瘤;
第三,得自于成人,所以不太存在伦理争议(这个不像胚胎干细胞那么麻烦);
第四,可以应用病人自身的成体干细胞,不存在组织相容性问题,避免了移植物排斥反应和免疫抑制剂的使用;
最后,许多种成体干细胞还有多向分化的潜能,可以由一种细胞分化成多种不同组织和功能的细胞,而分化的定向性却比胚胎干细胞要好。
成体干细胞治疗是目前发展最快也是最成熟的干细胞治疗手段。
成体干细胞不能干什么
但是,成体干细胞也有它自身的局限性。
首先,成体干细胞在成人体内的储量是非常少的,特别是一些特殊组织的干细胞,比如神经干细胞,心肌干细胞等等;
其次,要分离到它们也很困难。
除了造血干细胞在外周血中就可以分离到它们,其他的成体干细胞基本上都存在于机体组织中,你要把它们拿出来首先需要的就是“破坏”——割一块下来,翻翻拣拣,把需要的细胞挑出来。
本来已经受损的组织器官哪里经受得住这个折腾啊?
第三,成体干细胞的鉴定也是一个难题,科学家们为此吵得不亦乐乎,对很多种成体干细胞并没有一个一致的鉴定标准。
一般多用的方法是采取分子标记的方法,但是用哪种分子来标记,就是科学家们分歧最多的地方了。
最后,成体干细胞的能力也有限,不是什么类型的细胞都能分化出来,在体外传代增殖的能力也有限,自身也比较娇嫩,一个不对自己先挂了,更不要说去救别人了。
成体干细胞的远大前程
到目前为止,胚胎干细胞还主要停留于研究阶段,要想达到应用还有一段很长的路要走。
而成体干细胞就不同了,有些成体干细胞(比如造血干细胞)的应用已经算是临床的常规手段了。
以后的发展还未可限量。
总的来说,成体干细胞的应用主要是在器官修复及功能恢复上。
首先,最常用的就是自体移植了,比如骨髓、外周血、脐血的造血干细胞移植;
还有间充质干细胞的移植等。
由于有的成体干细胞有横向分化的能力,所以我们可以把用一种细胞来修复不同的组织。
比如间充质干细胞,就可以分化成骨、软骨、脂肪以及血液组织等。
当然,用“专门”的细胞修复“专门”的组织就更不在话下了。
比如说用皮肤干细胞修复烧伤受损的皮肤啦;
用牙髓干细胞来修复牙周和牙骨质啦,都是已经正在施行或可望的现实了。
不过,这些修复都需要患者自身拥有足够健康可用的组织,还要有提取、体外分选和培养以及移植的过程,有一定的适应症,不是什么时候都能用的。
其次,成体干细胞也可以进行异体移植,比如日本就有一位母亲将自己的一部分胰脏的胰岛细胞移植给了自己得糖尿病的27岁的女儿,胰岛细胞可以正常行使功能产生胰岛素。
不过,由于异体移植的免疫排斥现象,以及移植物来源的问题,虽然现在异体移植还在继续研究和发展,但毕竟不是科学家们努力的最主要的方向。
就好像数字机出来以前的模拟机一样,大哥大虽然也算是手机,但和iPhone4相比那可就差远了。
但是,研究成体干细胞还是非常非常有必要的。
为什么呢?
其实人类再生医学的最终梦想就是:
有什么器官组织坏了,马上就可以有一个新的、好用的器官组织换上来,安全快捷。
要想制造出新的器官组织,必然得了解这些器官组织是怎么来的、怎么新陈代谢保持活力的,那就要研究这些器官组织的特异性成体干细胞的特性了,它们是怎么来的?
它们又是怎么分化的?
如何用它们形成新的组织器官等等。
特别是它们是怎么来的,现在我们已经可以把终末分化的细胞重编程成为类似胚胎干细胞的多能性细胞,如果我们知道了各种成体干细胞是怎么来的,我们就可以把患者自身的诱导多能性干细胞分化成我们需要的成体干细胞,再变成我们需要的组织器官。
目前,要得到诱导多能性干细胞只需要芝麻那么大的一点皮肤,或者几毫升血,甚至是几根毛发就可以了。
可以想象一下,不远的将来我们可以拔一根毛就变出自己想要的组织器官,那不是和孙大圣一样有本事了吗?
所不同的只是孙大圣要自己变,而我们则需要科学家和实验室。
下面,让我们分别介绍一下常见的几种成体干细胞。
2.生命之源——造血干细胞
造血干细胞的研究历史
造血干细胞,顾名思义,就是所有血液细胞的祖宗。
其实它也是各种免疫细胞的祖宗,可以发育成各种髓细胞和淋巴细胞,同时还具有很强的自我更新能力。
这是个非常富有神秘色彩的概念,不像大家所想象的那样是个现代词汇,最早提出于十八世纪,并引发了生命科学界长达两个多世纪的旷日持久的不懈探索,与人类对血液系统和免疫系统的认识密切相关。
镜下的造血干细胞
早在1774年,休森就提出了“造血细胞起源定位”的问题,认为血细胞起源于淋巴组织;
1846年,胚胎学家韦伯和克里克尔证明肝脏是造血的的主要部位;
1868年,诺伊曼和比萨彼若分别提出了骨髓是成人造血的重要部位的观点,但直到十九世纪末才得到广泛接受;
1898年帕彭海姆采用改良若曼诺斯基染色法,追踪到了原始单个核细胞,并认为这是所有血细胞的共同始祖细胞;
1961年,加拿大科学家蒂尔和麦卡洛克发明了著名的脾集落生成单位证实确实存在有一种具有再植和多向分化能力的细胞,即造血干细胞。
此后,科学界对造血干细胞的研究不断深入,对它的认识也在不断的加深,因为整个造血调控的机制是多层次复合网络式的,整体的各器官、组织、细胞、分子、亚分子等多层次都有影响造血调控机制的因素,所以,造血干细胞有了现代的新定义:
造血干细胞是机体内最独特的体细胞群,具有及其高度的自我更新、多向分化、跨系分化与重建长期造血的潜能,以及损伤后再生的能力;
此外还具有广泛的迁移和特异性的归巢特性,能优先定位于相应的造血微环境中,并以非增殖状态和缺乏相关抗原的方式存在。
造血干细胞具有以下这些特点:
首先,它们必须具备重建造血功能。
也就是说,当一个机体完全失去造血功能后,只要还有造血干细胞存在或者有造血干细胞被引入(移植),那么这个机体就有可能恢复造血功能并维持今后的永久性正常造血。
(就像中国古代神话中大禹治水时所使用的“息壤”一样,生生不息,永不枯竭。
)
其次,造血干细胞有着高度的自我更新自我维持的能力。
这个能力有两个方面:
一方面,它不能自我扩增(至今没有任何实验证明造血干细胞在正常情况下能够在体内或体外扩增);
另一方面,它的子代细胞可以保持造血干细胞的全部特性不变(具体原因我们将在下一节讨论)。
99.5%的造血干细胞处于静止状态,不进行DNA的合成和有丝分裂,它们只是静静的待在它们的小环境里,默默的等待着……等待着……
第三,造血干细胞有“回家”的能力,它可以自己找到自己的“家”,也就是适合自己生存的地方,这就是我们所说的“归巢”。
就像识途老马一样,永远知道自己可爱的家园在哪里。
它们可以从自己的家园里游出,在外周血中“游荡”一圈,再寻找到并进入微环境适宜的“龛”中,并定居其中。
最后,造血干细胞也没有特异性的形态学特征,也就是说我们不能简单的通过细胞的长相来判断它是否是造血干细胞;
也没有特定的表面标志物来确定哪些细胞是造血干细胞,基本上,在实验和应用领域,我们会把特异性高表达CD34的细胞归类于造血干细胞。
造血干细胞从哪儿来
造血干细胞从哪儿来呢?
造血干细胞来源于发育中的胚胎。
我们都知道,我们都是由受精卵发育而来的。
当受精卵数次分裂开始分化为胚胎和胚外结构的同时,就开始了造血干细胞的分化,它们出现于胚外结构的卵黄囊血岛,外层分化为原始的血管网,内层就分化为最早的造血干细胞。
在胚胎发育的第15周,胎肝的造血能力逐渐上升,脾脏则在第3个月左右参与造血,胸腺淋巴结也在胚胎的第4个月开始参与造血。
但实际上造血干细胞最多的,还是来源于骨髓。
从妊娠第9-12周开始,骨髓就开始发育,到7个月时骨髓腔就充满了富含造血干细胞的红骨髓,从此,骨髓成为主要的造血器官并保持终身。
来源于肝脏的造血干细胞经血液循环迁移,栖居于骨髓中,一边维持自身数目与特性的稳定,一边增殖分化,为机体提供源源不绝的血液细胞。
简单的说,就是:
卵黄囊→胚肝→骨髓。
那么,在骨髓中的造血干细胞又是如何一边维持自己的数目和特点,一边分化增殖为机体提供源源不绝的血液呢?
有很多种学说,目前占统治地位的是“不对称有丝分裂”。
就是说当造血干细胞分裂时,进行的是不对称的有丝分裂,一个子代细胞保持造血干细胞的全部特征不变,而另一个子代细胞则走入继续增殖分化的不归路。
这样,造血干细胞就可以在体内可以长期或永久性地重建造血。
造血干细胞一旦变成早期的造血祖细胞,就立即恢复了对称性的有丝分裂,但自我更新和自我维持的能力也就开始下降,随着造血祖细胞增殖能力的提高,自我更新的能力就越加下降,边增殖边分化,最后完全失去自我更新能力。
所以造血祖细胞只能在体内短期的重建造血,而不能长期或永久的重建造血。
造血干细胞可以干什么?
我们知道,正常人体每天各种血细胞的更新量是非常巨大的,以一
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