| 干细胞:科技领域的热点 |
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1998年,威斯康星大学的汤姆森(J.Thomson)和约翰·霍普金斯大学的吉尔哈特(J.Gearheart)实验室分别报告,他们成功地从人类胚胎和胎儿的生殖细胞中获得了能在体外不断增殖、具有很强分化潜力的人类胚胎干细胞系和人种系干细胞系。之后,干细胞研究被迅猛推向高潮。美国《科学》周刊将其列为1999年最重要的科技进展,2001年年底又将其置于2002年值得关注的六大热门科技领域之首。无疑,人类胚胎干细胞系的建立迎来了现代生物学的一个新世纪,其巨大的医学应用潜力正给人类带来一场医学革命。
干细胞是一种具有多项分化潜能和自我复制能力的原始未分化细胞,是形成哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。根据来源和个体发育过程中先后次序不同,干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞/组织干细胞。
胚胎干细胞来自于哺乳动物,包括人类早期胚胎的胚囊内细胞群。它能长期维持未分化状态,又有全能分化的潜能和无限增殖的能力,在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型。在特定的环境诱导下,胚胎于细胞能分化成内、中、外三个胚层的各类细胞系,如上皮细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、神经元、造血细胞等。如将胚胎干细胞放入受体胚囊中,它可以参与整个生物体的发育。
成体干细胞或组织干细胞,是已进入机体担负着构建某种细胞组织功能的细胞,具有有限增殖、定向分化成一定组织细胞的特点。在胎儿、儿童或成体的骨髓、肌肉、神经、上皮等组织中均存在有这种干细胞,如造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞等。近年,发现不同胚层起源的成体干细胞在一定条件下可相互转化。如肌肉组织的干细胞可以“横向分化”为血液细胞。世界各地的科学家相继证实了这一现象,并发现人类成体干细胞同样具有“横向分化”的功能。这意味着将来受损组织有可能用同一个体内其他组织的残余干细胞来修复,从而为成体干细胞的临床应用开拓了更为广阔的空间。
从上述特点可以看出干细胞在生命科学多个领域的广泛用途。其中最显见的医学应用潜能,即最令人兴奋处,是有望成为细胞组织移植甚至器官的新来源,以取代病人体内损坏的细胞组织/器官,达到治疗组织缺损、遗传缺陷、器官障碍等难治疾病的目的。
和成体干细胞相比,胚胎干细胞是细胞的源头,唯一不死的多能或全能细胞,并能够无限分化。换言之,它能制造机体需要的全部细胞,因此在医学和生物学上具有巨大潜力,应用前景广阔。但它存在着移植免疫排斥的限制和伦理学方面的困扰。而成体干细胞只能在体外有限扩增,多系分化效力低。通过体外的扩增培养虽能够提高转化效率,然而体外转化是否会引起干细胞遗传特征的改变尚不清楚。但这类干细胞存在于宿主体内,可从患者自身获得,故无移植免疫排斥的限制,也无伦理学方面的困扰。因此,胚胎干细胞和成体干细胞的研究,对生命科学领域而言都具有极重要的意义,其研究成果将能互为裨益,相得益彰。可以预计,干细胞领域的研究成果将会对今后人类的生活产生极为重大的影响。
我国是世界上人口最多的国家,需要细胞移植治疗的疾病发病率与其他国家大致相似。由于我国早就实施了计划生育政策,目前的家庭结构以独生子女家庭为主体,能提供具相同或相关基因的干细胞的可能性较其他国家低,因此我国干细胞及其衍生组织的应用研究更有其迫切的需求。
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