干细胞在生物医学中应用.pdfVIP

第十一届中南地区实验动物科技交流会论文集 干细胞在生物医学中的应用 马 钰，黎福荣，邓新燕，郭中敏* （中山大学实验动物中心 510080 ） 1981 年 Evans 等[1] 首次成功地从小鼠胚泡内胚层细胞团中分离培养出胚胎干细胞 (Embroyonic stem cells，Esc) ，1998 年，Thomson 等[2]首次培养出人的胚胎干细胞；同年， Shamblott 等[3]首次从 5～10 周龄胎儿的性腺嵴中培养出人的胚胎生殖细胞。干细胞研究正 在向现代生命科学和医学的各个领域交叉渗透，干细胞技术也从一种实验室概念逐渐转变成 为能看得见的现实。目前，干细胞研究已成为生命科学研究中最为活跃的领域之一，随着干 细胞研究不断取得突破性进展．这也为转基因动物育种及医学领域带来了新的希望。1999 和 2000 年干细胞研究被《science》评为十大科学进展，干细胞在转基因动物育种及疾病的 治疗和组织器官移植等领域有着巨大的应用前景。 干细胞在生物医学上的应用十分广泛，如研究干细胞移植研究用于重建机体功能；基于 个体发育最佳模型的干细胞研究；研究干细胞做为基因治疗的理想载体；用胚胎干细胞体外 整合外源基因，研究基因功能，包括癌症的发生机制以及药物筛选平台的建立和新药开发等 等。以下对干细胞的概念和分类以及干细胞系的建立、基因表达与发育调控、转基因动物及 实验动物、重要成体干细胞临床应用研究以及干细胞与药物研发等几方面做一综述。 1 干细胞的概念和分类 干细胞是一种具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞，其分化能力和自我更新 之间的平衡是受精密调控的，当其增殖产生具有自我更新能力的细胞时，需要严格抑制其分 化方向。根据其发育阶段，可以分为：胚胎干细胞和成体干细胞．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，成体干细胞普遍存在于机体的大多数组织器 [4] 官中 。 干细胞按照发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。根据干细胞的发育潜能 分为三类：全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。第 1 类是全能干细胞，该类细胞分 发育等级较高，如胚胎干细胞，可分化形成机体所有细胞类型。第 2 类是多能干细胞，可以 产生两种以上不同类型的分化细胞。第 3 类是专能干细胞．只能分化为单一类型的分化细胞。 [通讯作者] 郭中敏 490 第十一届中南地区实验动物科技交流会论文集 第 1 类干细胞来源于胚胎内细胞圃细胞或早期胚胎原始生殖的胚胎细胞。第 2 、3 类干细胞 发育等级较低，是多能或单能干细胞。一般认为成年组织或器官内的干细胞具有组织特异性， 只能分化成特定的细胞或组织存在于成年组织中，又称为成体干细胞，如神经干细胞、肌肉 干细胞、间充质干细胞和表皮干细胞等，其功能是修复组织和器官损伤并补充更新衰老的细 胞。近来许多研究表明成体干细胞也具有分化的可塑性。 2 干细胞生物学基础研究 2.1 干细胞的生物学特性 干细胞具有如下特点：①干细胞本身不是处于分化途径的终端；②干细胞能无限的增殖 分裂；③干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；④干细胞通过两种方式 [5] 生长，一种是对称分裂；另一种是非对称分裂 。 做为干细胞分类中最为重要的一类全能性干细胞，ES 细胞具有如下生物学特性：①来 源于早期胚胎，具有与胚胎细胞相似的形态特征，核形正常。②具有与早期胚胎细胞相似的 高度分化潜能。③具有嵌合能力。④具有培养细胞所有的特征，可在体外培养、增殖、克隆、 冻存等。由于 ES 细胞的这些特征，使其近年来成为生命科学中的研究热点。 2.2 干细胞系建立的研究概况 干细胞系的建立主要指胚胎干细胞（ES ）建系。ES 细胞建系的原理是将早期胚胎(桑椹 胚或囊胚)或者是用外科手术法得到的内细胞团(Inher Cell Mass，ICM)或者胚胎原始生殖细 胞（PGCs ）与分化抑制物共培养，使之增殖而又保持未分化状态，这样代代相传，从而使 数量有限的胚胎或 PGCs 细胞能够成千上万倍地克隆。 ES 细胞建系研究，首先源于畸胎瘤干细胞（te