干细胞百科

广告

干细胞是什么

2011-10-15 15:19:26 本文行家:bagybukn

干细胞中文名称:干细胞英文名称:stemcell定义1:具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定组织的细胞,在细胞发育过程中处于较原始阶段。应用学科:免疫学(一级学科);免疫系统(二级学科);免疫细胞(三级学科)定义2:在动物胚胎和成体组织中一直能进行自我更新、保持未分化状态、具有分裂能力的未分化细胞。包括胚胎干细胞和成体干细胞两大类。应用学科:细胞生物学(一级学科);细胞分化与发育(二级学科)

 

干细胞干细胞


干细胞

中文名称:
干细胞
英文名称:
stem cell

定义1:

具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定组织的细胞,在细胞发育过程中处于较原始阶段。
应用学科:
免疫学(一级学科);免疫系统(二级学科);免疫细胞(三级学科)

定义2:

在动物胚胎和成体组织中一直能进行自我更新、保持未分化状态、具有分裂能力的未分化细胞。包括胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
应用学科:
细胞生物学(一级学科);细胞分化与发育(二级学科)

定义3:

一类未分化的、具有无限分裂能力的细胞,能通过一次有丝分裂产生两个细胞,一个保持未分化状态,另一个则进入分化途径。

应用学科:

遗传学(一级学科);发育遗传学(二级学科)
   
干细胞与细胞间关联

干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。

简介

 

  1. 干细胞即为起源细胞。简单来讲,它是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞,是形成哺乳类各组织器官的原始细胞。干细胞的形态上具有共性,通常呈圆形或椭圆形,细胞体积小,核相对较大,细胞核多为常染色质,并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。
  胚胎干细胞(Embrtibuc stem cell)的发育等级较高,是全能干细胞(Totipotent stem cell) ,而成体干细胞的发育等级较低,是多能干细胞或单能干细胞。据走在生物医学美容最前沿的由SINOMOS/Z文献报导干细胞是一类具有自我更新和分化潜能并保持未分化状态的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现,成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织,为干细胞的广泛应用提供了基础。   在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中,正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成体组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成体组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织。   然而,这个观点目前受到了挑战。   最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能,这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。   干细胞具有自我更新复制的能力(Self-renewing),能够产生高度分化的功能细胞。

胚胎干细胞

  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(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。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。   目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的,如:德美医学小组在去年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。此后,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。过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。最近研究表明,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。

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。今年年初,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。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。   在今年初,东北地区首例脐血干细胞移植成功,又为中国造血干细胞移植技术注入新的活力。随着脐血干细胞移植技术的不断完善,它可能会代替目前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。

神经干细胞

  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,到目前为止,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。   随着干细胞研究领域向深度和广度不断扩展,人们对干细胞的了解也将更加全面。21世纪是生命科学的时代,也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代,干细胞的应用将有广阔前景。

肌肉干细胞

  成肌细胞(myoblasts)可发育分化为成肌细胞(myocytes),后者可互相融合成为多核的肌纤维,形成骨骼肌最基本的结构。

骨髓间充质干细胞

  骨髓间充质干细胞(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,还具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。  
 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。  

 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。

分类来源

  根据其发育阶段,干细胞可分为胚胎干细胞(Embryonic Stem Cell)和成体干细胞(Adult Stem Cell)。胚胎干细胞包括ES细胞(Embryonic Stem Cell)、EG 细胞(Embryonic Germ Cell);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)、骨髓间充质干细胞(Mesen chymal Stem Cell,MSC),表皮干细胞(EPidexmis Stem Cell)等。也有报导,按其分化潜能的大小,干细胞可分为三类:一是全能干细胞(Totipotent Stem Cell),二是胚胎干细胞(Embryonic Stem Cell),三是多能干细胞(Multipotent Stem Ce11)。 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、神经细胞或发育成“胚胎体”。 干细胞按能力可以分为以下四类:
 

全能干细胞

  由卵和精细胞的融合产生受精卵。而受精卵在形成胚胎过程中四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。

万能干细胞

  是全能干细胞的后裔,无法发育成一个个体,但具有可以发育成多种组织的能力的细胞。

多能干细胞

  只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞(例如血细胞,包括红血细胞、白血细胞和血小板)。

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。   成体干细胞可以由下列几个方面得到: (1)胚胎细胞——由胚胎干细胞定向分化,或移植分化而成。(2)胚胎组织——由分离胚胎组织、细胞分离、或培养而成。 (3)成体组织——由脐血、骨髓、外周血、骨髓间质、脂肪细胞等得到。 干细胞是自我复制还是分化成为功能细胞,主要由于细胞本身的状态和微环境因素所决定。干细胞本身的状态,包括调节细胞周期的各种周期素(Cyclin)和周期素依赖激酶(Cyclin-Dependent Kinase)、基因转录因子、影响细胞不对称分裂的细胞质因子。微环境因素,包括干细胞与周围细胞,干细胞与外基质以及干细胞与各种可溶性因子的相互作用。   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。

研究现状

  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,其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。

最新进展

  2011年5月,《自然》期刊发表研究报告指出,用皮肤干细胞制成的细胞组织,尽管是来自同一病患体内的细胞,都可能受到病患体内免疫系统的排斥,这项报告让干细胞治病的前景受到挫折。   研究人员是用与胚胎干细胞类似特点的皮肤细胞,制成诱发性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,简称iPS细胞)。这种细胞理论上可变为神经、心脏、肝脏或其他器官的细胞,也可进行移植,修补受损的器官。   iPS细胞2007年最初制成时,科学家深感震撼,因为这种细胞具有胚胎细胞缺乏
 
的两大优点,一是没有争议,无需毁坏人类胚胎;二是因用病患本身的皮肤细胞制成,所以应当不会受到免疫系统的排斥。   但第二个理论上的优点从未经过实际检验,直至圣地牙哥加州大学的华裔生物学家徐阳(Yang Xu,音译)和同事在试验中才发现,用老鼠皮肤制成的iPS细胞,在属性相同的老鼠体内受到排斥。   很多科学家也对这样的结果感到惊讶。高级细胞技术公司科学主管兰札说:「干细胞的临床应用前景更加黯淡了。」他说,在老鼠身上的试验,不清楚是否在人类身上也产生同样结果,但一些科学家认为,结果可能相同。   一些研究人员数月前指出,iPS细胞可能会产生多种形式的基因突变,最新的研究结果更使iPS细胞的应用前景失色。   波士顿儿童医院的干细胞移植计画主任戴利说:「这表明我们对干细胞的本质仍然不甚了解,任何新技术在初期阶段都是先表现得痴迷,然後才变得现实,我没料到会是这样的结果。」

干细胞的移植

  生命科学是二十世纪发展最为迅猛的学科之一,已经成为自然科学中最引人注目的领域。1957 年,美国华盛顿大学多纳尔·托玛斯发现正常人的骨髓移植到病人体内,可以治疗造血功能障碍。这一技术的发现,使多纳尔·托玛斯本人荣获了诺贝尔奖。   这一技术很快得到全世界的认可,并已成为根治白血病等病的主要手段。造血干细胞移植技术的发现和应用为人类战胜疾病带来新的希望。   1999年Petersen等发现肝干细胞和一些肝细胞可能部分来源于骨髓或与骨髓相关。他们通过以下实验检测了这一思路:(1)将一雄性大鼠的骨髓移植到致死量照射的同源雌性大鼠,并用DNA探针检测受鼠肝内有无雄性来源的Y染色体。(2)用表达组织相容性抗原Ⅱ类抗原L21-6的Lewis大鼠作为受体,不表达L21-6的Brown-Norway大鼠作为供体进行全肝移植,以确定肝外来源的L21-6阳性细胞是否能够定位于移植的肝脏。他们发现,在骨髓移植后13天,在肝内检测到了Y染色体信号,在这一时间卵圆细胞开始分化为肝细胞。如果分化为肝细胞的卵圆细胞来自肝脏,那么将不会有肝细胞表达阳性的Y染色体信号,但结果显示,一些肝细胞表达明显的Y染色体信号,表明它们来源于骨髓供体细胞。同样,在全肝移植后发现,在移植的肝脏内发现有明显的L21-6阳性细胞,表明一些卵圆细胞来源于肝外,而那些来源于肝内的卵圆细胞则L21-6阴性,实验表明,骨髓中含有能够分化为肝细胞潜能的干细胞,一些卵圆细胞有可能来源于骨髓。 骨髓中的肝前细胞可以用于肝衰竭的移植治疗而不必考虑组织相容性抗原的配型问题,因为患者自身的骨髓细胞就可以用于移植。骨髓细胞具有以下优点:(1)可以制备富含干细胞的骨髓细胞。(2)通过转导促进基因能够增加骨髓来源的肝细胞。(3)可用骨髓来源肝细胞用于生物人工肝;此外HGF也可以通过促进包括骨髓干细胞的肝前细胞分化用于肝硬化治疗。自体骨髓干细胞移植治疗肝损伤将为肝脏疾病的治疗提供新的途径。

分离获取

  1998年美国有两个小组分别培养出了人的多能干细胞:   James A. Thomson在Wisconsin大学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:人卵体外受精后,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。John D. Gearhart在Johns Hopkins大学领导的另一个研究小组也从人胚胎组治中建立了干细胞株。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。

 

 

 

分享:
标签: 干细胞 干细胞移植 医学 生物学 人体学 | 收藏
参考资料:
[1] 北京武警总队第三医院干细胞中心 http://www.n120.net
百科的文章(含所附图片)系由网友上传,如果涉嫌侵权,请与客服联系,我们将按照法律之相关规定及时进行处理。如需转载,请注明来源于www.baike.com

本文行家向Ta提问

bagybukn付琦 教授 干细胞专家 现任北京武警三院干细胞治疗中心主任   工作经历及任职 1、1988年7月至2008年10月在北京地坛医院从事临床工作,先后在国际病区、重症肝病区及急诊科工作。主要从事各类肝炎、肝硬化、肝癌的诊治及其他各类急慢性传染病的诊治及教学工作,参与了恩替卡韦、阿得福韦酯、拉米夫定、干扰素等多种抗病毒药物的Ⅱ、Ⅲ期临床研究及胚胎干细胞的临床研究治疗工作。 2003年4月至7月,在SARS一线工作,发表相关论文8篇。国内首次发现利巴韦林对心脏的不良反应。 2、2009年至2011年10月在广州南洋肿瘤医院工作,任医疗部 ...