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干細胞范文1
關鍵詞: 植物 干細胞 教學應用
干細胞是指具有自我更新能力和增殖分化能力的一類細胞,目前學習者對動物干細胞的理論和應用知識掌握較多。由于植物細胞的全能型,長期以來很多學習者誤認為植物中不存在干細胞,再加上教師對干細胞這部分內容的講授不透徹,造成學習者對植物干細胞、動物干細胞及植物愈傷組織細胞的概念往往混淆不清,存在植物干細胞認知上的錯誤,因此很有必要對植物干細胞的相關知識進行總結。
1.植物干細胞
1.1植物干細胞的概念和特征。植物干細胞是位于植物分生組織中固有的未分化細胞,具有自我更新和再生能力。植物干細胞具有很強的自我更新能力,并且可以分化為特化的細胞類型,這些特化的細胞產生新的植物器官(根、莖、葉和花等)。這些細胞表型的變化是由影響植物功能的基因表達變化引起的,受到內源性和外源性的信號共同調節[1]。植物干細胞的特征包括:能夠形成所有分化細胞的類型;具有自我更新的能力,維持干細胞的數量;位于分生組織。
1.2植物干細胞與動物干細胞的比較。在動物中,通常將干細胞分為胚胎干細胞和成體干細胞。胚胎干細胞具有全能性,它可以分化形成所有的成體組織細胞,甚至發育成為完整的個體;成體干細胞(如造血干細胞、神經干細胞、間充質干細胞、皮膚干細胞等)大多為多能干細胞,它們具有多向分化的潛能,可以分化形成除自身組織細胞外的其他組織細胞,真正具有全能性的細胞是受精卵和其分裂產生的子細胞。與此相比,許多植物干細胞具有旺盛的再生能力,在干細胞的整個生活周期中能使植物生長并且產生新的器官(如植物莖端分生組織中的干細胞和根端分生組織中的干細胞)[2]。
1.3植物干細胞與植物愈傷組織細胞的比較。植物愈傷組織細胞是由成體細胞經過脫分化而形成的具有分化能力的細胞,雖然愈傷組織的分化能力與植物干細胞相似,但它們在來源、細胞分化和增值能力等方面是不同的。植物愈傷組織細胞來源于異質性的體細胞,它是體細胞對損傷的暫時響應,是一個臨時獲得刺激的細胞,盡管愈傷組織具有干細胞樣屬性,但愈傷組織不易維持穩定的細胞分裂[3]。而植物干細胞來源于植物分生組織的同質性細胞,它們在植物的整個生命周期可以產生并形成新的組織和器官。
2.植物干細胞的類別與調控
根據分生組織的種類,植物干細胞可分為莖尖分生組織中的干細胞和根尖分生組織中的干細胞。
2.1莖尖分生組織中的干細胞。莖尖分生組織包括中心區和中心區下方的帶狀區。中心區包括上部干細胞區和下部的組織中心(即干細胞區下部靠近帶狀區的小細胞群)。干細胞分裂時上部的干細胞分裂成兩部分子細胞,一部分干細胞后裔留在中心區并保持多能性;另一部分細胞則離開莖尖分生組織的中心區,但保持較快的分裂速度,最終分化為葉或者花原基器官,為側生器官的生長和分化提供保證[4]。目前已知的位于干細胞周圍“組織中心”的WUS(WUSCHEL)是保持莖尖干細胞特征的必要信號分子,它參與對莖尖干細胞的穩態調控,使整個植物莖尖干細胞保持連續不斷的自我更新和分化。
2.2根尖分生組織中的干細胞。靜止中心位于根尖分生組織中心,干細胞則圍繞在靜止中心細胞周圍。靜止中心作為組織中心維持周圍干細胞的穩定和功能,靜止中心周圍的干細胞分布于中柱鞘外側,維管干細胞形成維管組織、皮層/內皮層干細胞,進而形成皮層、內皮層與根冠干細胞,然后形成根冠細胞。目前已知的WOX5(WUS-RELATED HOMEOBOX 5)作為最主要的干細胞決定因子,特異的表達于根端分生組織的靜止中心,參與對根端干細胞的穩態調控,使整個植物的根尖干細胞保持連續不斷的自我更新和分化[4]。
3.植物干細胞的應用
3.1生產天然產物,開發藥品或者化妝品。傳統的植物細胞培養存在細胞生長緩慢、生產成本高等問題,而植物干細胞培養具有遺傳穩定、細胞生長率和生長模式穩定、凝集程度低等優點,可以用來大量生產有用的植物天然產物,并用于藥品、功能性食品、化妝品中。如懸浮培養紫杉干細胞可以生產松香烷型三環二萜、美麗紅豆杉素A和美麗紅豆杉素B等產物,以達到抑制腫瘤血管的生成和抗癌作用,而且其產值遠大于傳統細胞培養的產值,具有很好的開發前景[5]。
3.2植物細胞系庫的建立和利用。一般的植物細胞凍存后存活率低,恢復生長能力慢,因此限制其在植物細胞培養中的應用。植物干細胞系在低溫儲藏方面有很大的優勢,不僅有高的存活率,而且在低溫儲藏前后遺傳物質沒有變異,是植物細胞系庫建立的很好材料。細胞系庫的建立不僅會使研究材料的供應得到滿足,而且使植物細胞系的研究周期縮短,并在植物種子資源的保存和利用方面發揮重要作用[6]。除了以上應用外,利用植物干細胞還可以進行植物干細胞的分子調控機制和分子設計育種等方面的研究。
4.結語
植物干細胞是位于植物分生組織中固有的未分化細胞,它們具有自我更新和再生能力。根據目前學習者對植物干細胞認識不足的實際,本文對植物干細胞、動物干細胞及植物愈傷組織細胞的概念進行了辨析,并對植物干細胞的分類及應用進行了論述。學習者清楚植物干細胞、植物愈傷組織細胞和動物干細胞的概念后,在學習植物干細胞的理論和應用等方面時才能正確理解相關的知識點。
參考文獻:
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干細胞范文2
2013年初,國際科學權威雜志《自然》(Nature)了“新年新科學”,預測在新的一年有可能發生的重要科技發現中第一位便是干細胞試驗。
而在2012年12月,日本科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)與英國科學家約翰?格登(John Gurdon) 獲得2012年諾貝爾生理學或醫學獎。山中伸彌是誘導多功能干細胞(iPScell)創始人之一,他的獲獎也實至名歸,因為他的發現對于干細胞研究領域太重要了,有了iPS細胞,一些嚴重的風濕病、癱瘓、脊髓受傷等疾病才有了被治愈的可能。
近期,山中伸彌與Linux操作系統創始人努斯?托爾瓦茲共同榮獲了2012千年技術獎。這一獎項每兩年頒發一次,以表彰在科研或發明領域取得重大成就的個人或團體。此外,山中伸彌也于去年在美國獲得了誘導多功能干細胞(iPS細胞)培養技術專利,有效期20年。這也是日本相關技術在美國獲得的首個專利。
干細胞與醫學
干細胞即為起源細胞。干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞,在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞,因此干細胞在醫療中具有廣泛的應用空間。比如骨髓間充質干細胞在體內或體外特定的誘導條件下,可分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌腱、韌帶、神經、肝、心肌、內皮等多種組織細胞,可作為理想的種子細胞用于衰老和病變引起的組織器官損傷修復。
但到目前,全球范圍內干細胞移植療法大多數還處于臨床試驗階段,其中進入三期臨床的有30多個產品。主要臨床研究集中于骨科、皮膚、心血管、癌癥、糖尿病、創傷修復、血液病、泌尿系統、牙科、眼科等領域。
更多的干細胞領域的科學證據則給傳統的醫學帶入了新的視角。比如2012年6月,加州大學伯克利分校研究人員利用基因跟蹤技術尋找到了血管疾病的真正罪魁禍首。一種以前未知類型的干細胞——多功能血管干細胞是血管疾病的主要誘因。
這是第一次有證據表明血管疾病其實是一種干細胞疾病。這項工作應該徹底改變血管疾病的治療方式,所以目前中國的自然科學基金、863、973等科學基金中對于干細胞的研究也進行了大量的立項工作。這也為之后干細胞在臨床中的應用做好基礎性的工作。
開啟干細胞產業大門
2012年5月17日,加拿大衛生部批準了Osiris公司生產的”伯如凱茂”干細胞藥物上市銷售。
該藥成為世界上第一款經發達國家批準的用于治療異體抗宿主病的非處方間充質干細胞藥物,并獲得了在該領域長達8年半的獨家生產類似產品的排他性權利。這種藥物主要針對急性移植物抗宿主?。ㄆ鞴僖浦埠蟮呐女惙磻Y)、克羅恩病、急性放射性并發癥、I型糖尿病、急性心肌梗死和肺病等病癥的治療,是目前惟一批準的具有修復心臟病后組織損害、保護Ⅰ型糖尿病病人胰島細胞和修復肺病病人肺組織療效的干細胞治療藥物。
2012年6月和9月,繼在加拿大市場獲批之后僅僅不到一個月的時間,新西蘭醫療管理局和瑞士醫藥管理局也批準其在本國進行合法銷售。Osiris公司的動態也受到了整個生物醫藥行業的集體敬禮。而這也成為了干細胞產業的大門開啟的標志性事件。
隨后,眾多知名企業嗅到了干細胞產業的商機。就在2012年末,GE醫療集團宣布與細胞動力學公司(Cellular Dynamics International,CDI)簽署了一項許可協議。根據協議,GE醫療授權CDI開發、生產、銷售源于誘導性多能干細胞的細胞分析檢測產品及模型。這些產品及模型可用于藥物發現及毒性篩選。
干細胞產業分為三部分:第一部分處于上游,干細胞制備主要原料臍帶血儲存;第二部分處于中游,干細胞提純制備;第三部分處于下游,干細胞介入治療,這一部分都集中在醫院。
目前,上游的臍帶血儲存和中游的干細胞提純制備技術相對成熟,中國北京,天津,廣州,重慶、上海等地都建立了臍帶血庫。目前一份新生嬰兒臍帶血干細胞保存20年費用約2萬元。北京臍帶血庫建立于1996年,是衛生部批準的首家臍帶血庫。
到2012年,北京臍血庫庫存達到15萬份。北京市留取臍帶血的孕婦數量占當年分娩量的比重已經達到了近20%。目前北京臍血庫已經建立起中國臍血查詢網,數據庫系統已收錄了2.3萬份配型數據。
而中游的干細胞提純制備技術也基本成熟,目前免疫磁珠分離法得到了廣泛應用。但在下游的介入治療階段,整個行業目前還處于探索階段。從目前的研究趨勢來判斷,臨床級細胞的獲得與培養、功能性成體干細胞的獲得、iPS細胞治療策略、干細胞治療臨床實驗設計與應用、干細胞移植的免疫學基礎、腫瘤中的干細胞確定等問題還有待解決。
美國《新科學家》報道稱,第一例含有iPS衍生細胞的臨床試驗可能在2013年開始。日本神戶市理化研究所發展生物學中心的高橋雅代(Masayo Takahashi)計劃利用iPS細胞培養視網膜色素上皮細胞,用以治療老年性黃斑變性導致的失明。
目前,中國干細胞治療臨床實驗及應用主要的研究單位為中國科學院動物研究所、中國科學院遺傳與發育生物學研究所、中國醫學科學院組織工程研究中心、中國科學院上海藥物研究所、中山大學、第三軍醫大學、浙江大學、復旦大學、北京大學、中國人民總醫院等。主要的應用領域包括心臟功能缺損修復、神經修復、軟骨修復、視網膜再生、皮膚再生、人工肝構建、胰島損傷修復等。
令人欣喜的是,在現有的研究技術條件下,一些技術發展得相當迅速,并取得了一定的成果。比如骨髓間充質干細胞已經成功地用于治療缺血性腦卒中、脊髓損傷、糖尿病等。2011年,美國科學家羅伯特?蘭扎將人體胚胎干細胞分化培育成視網膜細胞,然后在兩名失明患者眼里各植入5萬個視網膜細胞,術后一名患者如今能獨自行走、用電腦、倒咖啡,另一名患者能辨識顏色。
2012年5月,美國Pluristem Therapeutics公司一名罹患骨髓疾病的7歲女童進行干細胞療法治療后,其病情顯著好轉。截止到2012年,北京市臍血庫已為臨床應用提供400余份臍帶血,用于白血病、淋巴瘤、再生障礙性貧血等36種疾病的治療及臨床研究,北京市臍血庫已經成功挽救了400位患者的生命。
綜合來看,目前干細胞的治療技術正在中國和許多國家積極地展開。中國的863和973計劃中,干細胞領域是立項最多的一個。生物及醫藥工業“十二五”規劃中均明確指出要積極開展干細胞等細胞治療產品的研究,重點研發針對惡性腫瘤、自身免疫性疾病等重大疾病的干細胞和免疫細胞等細胞治療產品。與此同時,發達國家也在積極地推進干細胞治療中的應用。
干細胞范文3
肝干細胞發現于20世紀50年代末,1956年,Farber[1]將肝內可能具有分化潛力的細胞描述為卵圓細胞,1958年Wilson和Leduc[2]提出肝干細胞的概念。近年來,人們發現肝干細胞移植對急慢性肝臟疾病有明確的治療作用,使之成為消化領域的研究熱點。本文對肝干細胞及干細胞移植治療肝病的研究進展做一綜述。
1 肝干細胞的來源與分類
根據肝臟干細胞起源的不同,可將其分為肝源性肝臟干細胞和非肝源性肝臟干細胞,前者包括卵圓細胞、分化的肝細胞、胚胎肝細胞和膽管上皮細胞,后者則為源于胚胎干細胞、骨髓造血干細胞及胰腺上皮干細胞等不同來源的肝臟干細胞。在特定條件下,造血干細胞和骨髓間充質細胞均可轉化成肝細胞。
1.1 胚胎干細胞(embryonic stem cell,ES細胞) ES細胞來源于早期胚胎,具有多項分化潛能,可以在體內或體外分化為多種組織細胞。Hamazaki等[3]在體外成功地將小鼠ES細胞定向分化為成熟的肝細胞,該細胞能表達AFP、甲狀腺轉運蛋白、A2抗胰蛋白酶、白蛋白等肝細胞特征。Hu等[4]則在直接觀察到體外ES細胞向肝細胞轉化的過程中,發現在培養液中體外ES細胞能轉化為可分泌AFP、ALB的肝細胞。
1.2 骨髓干細胞 骨髓中含有的造血干細胞和間充質細胞具有較強的增生、分化能力。Lagasse等[5]將骨髓組織細胞移植給致死量放射線照射鼠,發現在受鼠肝臟中發現骨髓造血干細胞來源的成熟肝細胞,提示造血干細胞可以轉化為肝細胞。Theise等[6]將正常雄性小鼠骨髓移植到正常雌性小鼠體內,應用熒光原位雜交方法檢查雌性小鼠肝臟細胞Y染色體,發現雌性小鼠肝臟的部分肝細胞表達Y染色體,提示骨髓干細胞在正常肝臟環境中能分化為肝細胞。Petersen等[7]將雄性大鼠骨髓干細胞移植到致死量放射性肝損傷且肝細胞增生被抑制的雌性大鼠模型體內,發現該模型大鼠的部分肝臟細胞表達Y染色體,提示骨髓干細胞不僅在正常肝臟環境能分化為肝細胞,而且在肝臟某些病理的環境中也能分化為肝細胞。
1.3 胰腺上皮干細胞 胰腺中存在著肝臟前體細胞。Wang等[8]用野生型E.colilacZ轉基因小鼠胰腺細胞移植入同系酪氨酸代謝酶基因(FAH)突變的小鼠脾臟,在小鼠脾臟中能檢測到FAH(+)的肝細胞團。從胰腺分離的胰島前體細胞在體外培養中可分化為肝上皮細胞,提示在胚胎發育過程中,一些原始的多能干細胞保持著未分化狀態滯留在機體組織中。胰腺肝臟細胞同源性的這一特征,為進一步的臨床治療提供了又一肝干細胞來源。
1.4 肝干細胞
1.4.1 肝卵圓細胞(hepatic oval cell) 表現為核大而胞質小并具有特殊的細胞標記,細胞表面高度表達OV-6、白蛋白、CK等,形態呈卵圓形。卵圓細胞來自終末小膽管Hering管細胞,其數量與肝損傷的嚴重程度有關。在成年動物肝臟內肝卵圓細胞含量非常少,通常情況無法檢測到。
1.4.2 肝小細胞 與肝卵圓細胞類似,多在嚴重肝損傷的情況下,可觀察到肝小細胞增殖,該細胞直徑為9~12μm的小型單個核細胞,呈鋪路石樣增殖,其性質介于肝細胞與肝管上皮細胞之間。在急性病毒性肝炎、暴發性肝衰竭恢復期、慢性肝炎及肝硬化患者的肝組織中可以觀察到這種細胞。
2 各種干細胞分離方法
2.1 骨髓間充質干細胞的分離方法 骨髓干細胞主要有兩大類,一類是造血干細胞(hematopoietic stem cells,HSCs),它是血細胞的起源細胞,另一類是骨髓間充質細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。骨髓中MSCs的含量很低,約為0.001%~0.01%,因此應用MSCs前,需對其進行分離及體外培養擴增。目前常用的分離方法為貼壁篩選法、密度梯度離心法、流式細胞儀分選法和免疫磁珠分離法,其中流式細胞儀分選是目前分離骨髓干細胞的最常用方法之一。
2.2 肝干細胞的分離方法 目前分選、純化肝干細胞的方法有密度梯度離心、流式細胞技術結合免疫熒光標記單克隆技術、免疫磁珠分選技術等,其中密度梯度離心無需特殊儀器及抗體,操作過程簡單,可減少復雜操作對細胞活性的損傷,采用protease E選擇性破壞肝實質細胞[9],20μm濾膜濾過清除體積較大細胞,后經Percoll密度梯度離心獲得高產量及活性率的肝干細胞。
3 急性肝損傷肝干細胞的激活與增殖
干細胞在肝損傷時具有分化增殖為肝細胞的能力,但給予正常及受損傷的動物干細胞治療時,發現只在受損傷的動物觀察到干細胞的分化與增殖,正常動物肝臟組織并無外源性干細胞生長跡象。說明細胞對于生長信號的反應因損傷的程度大小而異。正常肝臟中,肝干細胞處于休眠期,不分裂增生,當肝干細胞被激活后,必須在適宜的微環境中才能分化成熟。當部分肝細胞死亡和(或)暴露于有毒性物質時,卵圓細胞開始增生、分化為肝細胞,補充丟失或死亡的細胞。此外,造血干細胞只能在肝臟中分化為肝細胞和膽管上皮細胞。肝干細胞的擴增和分化是一個復雜過程,在該過程中,肝臟微環境和多種細胞因子、分化因子的表達起重要作用。Thorgeirsson等經過一系列研究認為參與肝干細胞增生和分化的因子包括干細胞因子及其受體c-kit系統、干擾素γ,腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素-6(IL-6)。另外,還包括與肝臟再生有關的生長因子:表皮生長因子(EGF)、轉化生長因子-β(TGF-β)、肝細胞生長因子(HGF)和成纖維細胞生長因子(FGF)家族等。國內姚鵬等[10]報道HGF,表EGF、FGP能促進骨髓干細胞的增生、分化,TGF-β能誘導骨髓干細胞的凋亡,而TNP-α、IL-6對骨髓干細胞的生長無明顯影響。目前很難確定促進和誘導肝干細胞分化及擴增的關鍵因素,這也是影響肝干細胞臨床應用的一個難題。
4 干細胞移植治療急慢性肝臟疾病
肝干細胞的移植方法較多,常用方法包括腹腔移植、脾移植、門靜脈移植、肝動脈移植等。目前,動物實驗進行較廣泛,各種途徑的移植應用于急慢性肝病的治療,而臨床上主要以肝動脈方式移植最為常用。
4.1 腹腔內移植 腹腔是干細胞移植最方便易行的治療方法,但由于其有效的作用主要是通過肝臟受損傷時干細胞提供的細胞因子的作用,而并非腹腔內干細胞的增殖與分化的作用。且受腹腔內干細胞分化、增殖條件的限制,基本無臨床應用前景。
4.2 脾內移植 Shi Z等[11]經脾臟進行胚胎干細胞移植治療Wilson’s病模型鼠,移植后第2、4周,在肝內可見胚胎干細胞來源的干細胞增殖。說明脾臟內移植的胚胎干細胞有分化為成熟肝細胞的能力。蘇娟等[12]采用人胎肝干細胞在小鼠腹腔及脾內移植,移植后觀察結果證明了胎肝干細胞能在損傷肝臟中增殖并分化為肝細胞。移植在脾臟的干細胞雖然能在短期內達到改善肝功能的目的,但由于其不能在脾臟內形成有效的肝小葉等排泌結構,其依賴于脾臟內干細胞的分化,長期效果主要是來源于由脾臟回流到肝臟的干細胞的分化增殖。
4.3 門靜脈或肝內移植 理論上肝臟本身是肝細胞移植的最佳器官,因為門脈內含高濃度的嗜肝細胞因子和局部生長因子。Lagasse等[5]將純化正常小鼠的骨髓造血干細胞(HBSC)經靜脈移植給有代謝性肝?。ɡ野彼嵫YⅠ型)的小鼠,發現能逆轉后者的肝功能、延長其壽命。Akushida T等[13]通過門靜脈進行干細胞移植治療Wilson’s病模型小鼠,移植后14天,肝內發現干細胞來源的肝細胞,而腹腔內移植則無此發現。Fan TX等[14]在此途徑進行干細胞移植時也有類似發現,并發現干細胞可經肝臟種植于脾及骨髓中。經門靜脈移植的多篇文獻顯示,干細胞可在不改變器官微結構的情況下與受體肝實質相融合。但臨床應用中,移植后門靜脈及肝小靜脈血栓形成是影響其廣泛應用的又一障礙。
4.4 肝動脈移植 姚鵬等[15]采取患者自體骨髓分離純化骨髓干細胞,行肝動脈方式移植入肝臟中治療慢性肝功能衰竭。結果自體骨髓干細胞移植治療8周后,移植組患者臨床癥狀、肝功能和凝血機制明顯改善。張強等[16]報道同樣方法經肝動脈自體骨髓干細胞移植治療肝硬化患者,結果20例患者中14例有效,6例無效,收到良好短期療效。由于臨床工作只是起步階段,但有效的臨床結果令人鼓舞。
5 肝干細胞移植治療肝病的展望
隨著肝干細胞研究的深入,以下問題的解決,可能會推動干細胞移植的臨床應用:(1)自體干細胞分離方法的簡化和體外擴增速度的加快,是決定其用于治療急性肝病的重要因素;(2)加強對干細胞誘導分化機制的研究,防止向腫瘤細胞分化;(3)移植途徑的簡單化,經皮經肝的門靜脈移植可能是治療肝病的最簡單的有效方法,如何預防移植后血栓的形成是一個較重要的課題;(4)進一步研究與干細胞嗜肝特性相關因子,最終達到經外周血進行干細胞移植治療肝病的目的;(5)開展干細胞基因修飾后移植治療遺傳性疾病及其他基因異常疾病的研究。
總之,肝干細胞移植治療急慢性肝病治療的基礎與臨床研究均較活躍,隨著基礎研究的不斷深入與廣泛的臨床應用,在不遠的將來,干細胞移植治療將給患者帶來更大的福音。 【參考文獻】
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干細胞范文4
現在醫學上正流行著一種全新的療法,叫做細胞療法,不過在這種療法之中,所用的細胞并非一般的細胞,而是干細胞。干細胞是生命之源;用干細胞治療的,就叫干細胞移植療法或叫干細胞療法。干細胞及其移植是當今世界醫學研究的熱點之一,是人類疾病治療的新希望,作者翻閱了一些文獻,現綜述于下。
1 名稱的演變
這里需要從頭說起。這種細胞當初被發現時因其形態而稱其為卵圓細胞;后來知道這種細胞是一種還沒有開始發育成具有特殊功能的細胞,在做實驗時將其置于培養液中,可以觀察到它能不斷地分裂,并最終發育成各種功能特殊的細胞,所以就授名為原始細胞(或祖細胞);因能繁衍出許多職能不同的“子孫”來,因此干細胞也叫源泉細胞;隨著研究的不斷深入,進一步發現這種細胞在體內會定向發展為具有不同功能的細胞,并進而形成各種類型的器官或組織,就像樹干那樣,能夠派生出形狀各異的枝椏;這些枝椏就像人體的各種器官和組織一樣。這就把繁多的名稱修訂為正式而通用的名稱,叫干細胞(stem cell)。干細胞是一個總稱,因其作用廣泛,故也稱為全能細胞或萬能細胞;但在正式場合還得用其正名干細胞或××干細胞。這諸多名稱的曲折來源說明其不同的研究階段,同時也說明了另一個問題,即對干細胞的研究在逐步地深入。
2 學術性分類
干細胞還可以將其分為三種,即胚胎干細胞(受精卵細胞)、成體(作體)干細胞和單能(專能)干細胞。
2.1 胚胎干細胞 人類的和卵子結合后就成為受精卵,是最初的全能受精卵細胞,也就是全能干細胞,是最原始而又高度未分化的細胞,進一步發育便成胚胎干細胞;胚胎干細胞可以再分化成任何組織的細胞,如血液、肌肉、神經、肝臟、腎臟和胃腸等的細胞,從而形成任何種類的器官或組織,最終分化、發育成一個完整的人體,還可以直接克隆人,所以胚胎肝細胞就被學者們譽稱為全能細胞或萬能細胞;真正有“全能”者,應當是只指胚胎干細胞。理論認為,這種細胞能分化成人體200多種組織中的任何一種組織;在體外特定的培養條件下能夠無休止地分裂、增殖和傳代,且在其全段培養時間內,其“全能”特性不變。因為胚胎干細胞有全能性,物質來源非常豐富,且可利用性又極強,所以是全球學者研究的最熱的熱點。1998年,人體胚胎干細胞體外培育成功。
2.2 成體干細胞 是一種或多種組織、器官的起源細胞,是來之于胚胎干細胞的分化,它包括了骨髓干細胞(造血干細胞、間質干細胞)、外周血干細胞及臍血干細胞三種;前兩種是干細胞移植的主要來源;從這些標本分離到的成體干細胞株能在體外培養中生存、繁殖,并能橫向分化,像工廠一樣無限制地產生出和自已完全相同的物品來;這些物品就是“子代細胞”,在人體內已經分化成熟的成體干細胞,可以進一步發展成為實體組織,所以叫“成體”;成體干細胞有別于其他一般成熟的細胞,一般成熟的細胞只能固定分裂為相同功能的細胞,不能進一步橫向分化來組成各種組織或器官,如肝細胞和皮膚細胞等,只能分別垂直地分化和生成新的肝細胞和皮膚細胞,而成體干細胞則可以在體內再橫向分化為組成組織或器官時所需要的具有獨特功能的細胞,如骨髓干細胞可轉化成神經細胞和肝細胞,間質干細胞能轉化為肌肉、神經、軟骨和骨的細胞,脂肪干細胞能轉化成神經細胞等,使這些相應的患病器官和組織得以修復或再生;成體干細胞因而被稱為多能(亞全能)干細胞,但其分化、發育能力受到一定的限制,不能再進一步成形完整的個體,最多只能發育成20多種組織或器官,這和胚胎干細胞有別;人體出生后幾乎所有的組織和器官中都本能地殘存著一些成體干細胞,不過它們處于靜止狀態,既不增殖又不分化,不參與胚胎的繼續發育,但卻保持著原有干細胞的基本特性,待機體處于病變狀態時,能夠隨時修復,或取代受損或病變的組織;但殘存的成體干細胞的數量極為有限,雖然骨髓含有較為豐富的成體干細胞,可直接用于治療,但它很少釋入外周的血液中;在作移植治療時礙于血中來源稀少而難以湊足治療所需的數量,以抗擊所患的諸多疾病,因此臨床應用就受到一定的限制,除非給予人體粒細胞集落刺激因子的藥物,以動員骨髓中的成體干細胞大量泌入外周血液里,以達足夠的治療量。
2.3 單能干細胞 這一種干細胞是由多能干細胞轉化來的,只能分化成某一類型的細胞,像神經干細胞只能轉化成各類的神經細胞,造血干細胞只能化成各種不同的血細胞,皮膚干細胞和肝干細胞等,只能分別形成為皮膚細胞和肝細胞等,不能再橫向分化成各種組織、器官了,所以被稱為“單能”。
3 自體干細胞和異體干細胞
這兩個名稱都不是細胞的專有名稱,但卻屬于成體干細胞的范疇。顧名思義,前者是指自己體內生成的成體干細胞,用其來治療自己所害的疾病,屬于自救療法;后者是指利用別人體內分泌的成體干細胞來治療自己所患的疾病,屬于他救療法。這兩種療法都可產生同樣的效果,但以自體干細胞移植為優,因其移植后無宿主組織排異現象,甚為安全,且移植過程簡單,當今多采用此一療法;異體干細胞移植則相反,可以引起宿主組織排異,除移植簡單相同外,尚存在著隱患。
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4 干細胞的移植
干細胞移植可分為三種,即自體干細胞移植、異體干細胞移植和胚胎干細胞移植。自體干細胞移植療法是指把患者體內的干細胞提出,經體外培養使其大量增殖,并誘導其分化成特定的組織細胞,隨后將這些細胞注入患者體內,達到其修復或重建組織、器官的目的;胚胎干細胞移植得先提出患者的體細胞的細胞核,然后將其與除去了細胞核的胚胎卵細胞相結合,形成一個帶有患者遺傳特征的胚胎干細胞,接著再做增殖、分化,才能移植于人體。治療難度它比自體干細胞移植治療難度要大得多;它和異體干細胞移植一樣,會彼此排斥,故得使用免疫抑制手段。
干細胞的用途極其廣泛,幾乎涉及到所有的醫學領域。目前已經能夠在體外鑒別、分離、純化、擴增和培養人體胚胎干細胞,并以此為“種子”,培育出一些人體的組織、器官,即再造人體正常而年輕的組織或器官,來替代病變或衰老的組織或器官,使其重獲或改善原有的功能,促使人體恢復健康。
50多年前,我國就開始干細胞的研究了,以后就逐漸地引入于臨床治療;開始是利用干細胞中的一分子即骨髓干細胞(造血干細胞)移植,來治療各類白血?。簧鲜兰o80年代,外周血干細胞移植術獲得了推廣,不過大多移植自體外周血干細胞,仍然主要用于治療白血??;近20多年來,移植已經超越血液病范圍,并迅速擴展,幾乎波及整個人體的組織與器官的疾??;各方研究者都稱自己取得了矚目的、突破性的、甚至是世界領先的成績。
干細胞研究的水平國內、外相差無幾,但就研究對象而言,國內的實驗研究較少,而是單刀直入,直接地廣用于臨床治療,以致有人認為對世界來說此舉是種原創性的貢獻。國外則偏重于動物實驗,在動物身上可取任何實驗時段,充分觀察實驗過程,以判良莠,然后再取舍地用于臨床。雖然動物實驗與人體實地治療不盡相同,但是可給人類治療提供借鑒性依據。國外干細胞移植至今多處于動物實驗階段興許就是這個原因。他們所用的動物種類也較為廣泛,從低級到高等都有,例如有鼠類、兔、小豬、犬、牛和猴等。
從國內的干細胞移植治療的情況看,作者依據手頭大多為國內資料的國內、外報道,按系統簡單地羅列于下,供讀者參考:血液系為白血病、淋巴瘤、再障和地中海貧血等;心血管系為急性心肌梗塞、急性心肌炎、陳舊性心肌梗塞和慢性心功能不全等;神經系為腦癱、老年癡呆癥、中風、帕金森病、脊髓損傷、腦梗塞、多發性硬化癥、多系統萎縮癥、脫髓鞘癥、運動神經元病、肌張力障礙、特發性震顫和神經母細胞瘤等;消化系為各種肝病、炎癥性腸病和胰腺病等;免疫系為風濕病和風濕性關節炎等;代謝系為糖尿病及其并發的下肢缺血性疾病等;骨系為骨骺疏松癥等;眼系為角膜病和復發性胬肉等;外科系為燒傷等;實體癌腫為卵巢癌、乳腺癌、肺癌、腎細胞癌、轉移性惡性黑色素癌、多發性骨髓癌及惡性淋巴癌等;其他方面為抗感染和減輕化療的副作用等。但從報道來看,只有血液病的干細胞移植治療有較豐富的經驗;據一家有1000多個病例、頗有經驗積累的報道,其成功率為90%,長期無病的存活率為70%以上;除此之外,其他各系疾病的干細胞移植治療,在數量、質量、隨訪和副反應方面,都有進一步提高和觀察的必要。干細胞移植和器官移植是醫學治療學上的兩個終極性療法,前者最后勢必以其優勢而取代后者。我國的干細胞移植治療面是相當廣泛的。
5 部分異議
雖然從理論及部分實踐來看,干細胞移植療法的前景是十分光明,是值得向往的,但是從現在的形勢來看,還不是那樣。我國一些知名專家認為,當今的干細胞移植只是處于從基礎實驗到臨床治療的一個過渡階段,其有效性及安全性都還知之甚少,且評價不一,還缺乏充分的科學驗證;認為繼續探索之路還很長,估計還要再過10~20年之后,移植的有效性和安全性如何才能見分曉。所以干細胞療法在當前還遠不是廣泛推廣于臨床的時候,更不能“遍地開花”;甚至還有專家提出了勸告說,在干細胞移植研究的評議時要實事求是,避免夸大。據悉國家也只批準少數幾家試點醫院和幾個病種可行干細胞治療,并不提倡臨床推廣;目前也無這一療法的規范性技術標準可供參考;衛生部正在擬訂《人體干細胞技術臨床應用管理辦法》。專家們認為干細胞臨床移植治療應以慎行為好。有些學者認為,胚胎干細胞和成體干細胞的定向發育的機制尚不清楚,這樣會有礙于治療的合理性。也有一些學者認為,胚胎干細胞研究必需從胚胎干細胞中提取干細胞,從而造成胚胎細胞的凋亡,已涉及到倫理問題,因而不主張、甚至反對胚胎干細胞的移植。也有人認為癌干細胞是否存在,還應積極地探索。
干細胞范文5
1資料與方法
1.1方法
1.1.1分離培養hBMSCs在志愿者髂前上棘抽取骨髓10mL。采集的骨髓用生理鹽水1∶1稀釋,密度為1.077g/L的淋巴細胞分離液2000r/min離心15min,收集白膜層,生理鹽水漂洗2次。以含10%FBS的L-DMEM作為完全培養液,以一定密度接種于75mL培養瓶中,置于37℃,5%CO2飽和濕度培養箱內培養,3d后換液去除非貼壁細胞,以后每2~3d換液1次,待細胞達80%融合時,用0.25%胰酶+0.02%ED-TA消化,以1∶3的比例傳代培養。
1.1.2流式檢測hBMSCs表型hBMSCs用0.25%胰酶+0.02%EDTA消化,1000r/min離心5min,生理鹽水洗滌,制備成1×106/mL單細胞懸液,分別加入熒光標記的鼠抗人CD34、CD29、CD105抗體,設置空白對照,避光冰育30min,生理鹽水洗滌3次后重懸細胞,上流式細胞儀檢測。
1.1.3鑒定hBMSCs多向分化潛能以4×103/cm2密度將第3代hBMSCs接種于6孔板,每孔2mL。(1)成脂誘導及鑒定:細胞達到完全融合后4d,實驗組加入脂肪誘導液(H-DMEM,10%FCS,0.5mmol/LIBMX,10μg/mL牛胰島素,0.2mmol/Lindomethacin,1μmol/L地塞米松)誘導3d,再用脂肪保持液(H-DMEM,10μg/mL牛胰島素,10%FCS)處理1d,循環3次,再用脂肪保持液處理2d。對照組加入含10%FCS的H-DMEM,每3天換液1次。2周后油紅O染色鑒定。(2)成骨誘導及鑒定:細胞達到60%~70%融合后,實驗組加入成骨細胞誘導液(OS,含1×10-7mol/L地塞米松,10mmol/L甘油磷酸鈉,50g/mL維生素C),對照組加入L-DMEM完全培養液,置培養箱中,每2天換液1次,第21天終止誘導。茜素紅S染色鑒定。
1.1.4分組處理hBMSCs采用0.25%胰酶+0.02%EDTA消化hBMSCs,用不同輸注液制備單細胞懸液。根據輸注液不同分為生理鹽水組(9g/L氯化鈉注射液)、糖鹽組(50g/L葡萄糖氯化鈉注射液)、清蛋白組(含5%人血清蛋白的氯化鈉注射液)。分別在4℃和25℃溫度條件下置于不同時間點(0.5、1.0、2.0、4.0,6.0h)后進行以下檢測。(1)取90μL細胞懸液與10μL胎盤藍混勻,3min內計數活細胞(未染色)和死細胞(染色),測定細胞存活率。(2)另取1×106/mL細胞行流式細胞術檢測細胞表型CD34、CD29、CD105。(3)再將不同分組細胞懸液,1000r/min離心5min,采用含10%FBS的L-DMEM作為完全培養液,以1×103/mL密度接種于96孔板,每組設3個復孔,置于37℃,5%CO2飽和濕度培養箱培養7d。采用CCK-8在酶聯免疫檢測儀上測定450nm各孔波長吸光度(A)值,以時間為橫軸,A值為縱軸繪制生長曲線。
1.2統計學處理采用SPSS17.0進行數據分析,結果用x±s表示。采用t檢驗進行兩組均數間比較,采用單因素方差分析進行多組均數間比較,采用LSD最小顯著差數法進行均數間兩兩比較。P<0.05表示差別有統計學意義。
2結果
2.1hBMSCs形態觀察原代hBMSCs貼壁后,呈圓形,散在分布。3d后完全換液,去除未貼壁細胞,可見少量分散短梭形貼壁細胞。第14天時,貼壁細胞融合成單層,細胞排列有明顯方向性,呈漩渦狀。見圖。
2.2hBMSCs的表型流式檢測第3代hBMSCs的表型發現,CD105陽性率98.7%,CD29陽性率97.7%,表達率極高;CD34陽性率為2.9%,表達呈陰性。
2.3hBMSCs分化能力鑒定hBMSCs成脂誘導2周后,光學顯微鏡下可見大量融合成串珠狀的圓形脂滴。油紅O染色可見被染成橙紅色的脂滴,顯示分離的hBMSCs可被誘導向脂肪細胞分化。成骨誘導3周,細胞逐漸融合,失去細胞結構,14d左右出現明顯鈣結節,茜素紅S染色后可見散在大量橘紅色鈣結節,顯示培養的hBMSCs可被誘導向成骨細胞分化。
2.4hBMSCs存活率檢測在5個時間點(0.5、1.0、2.0、4.0、6.0h)對保存在25℃、4℃的3個實驗組的細胞存活率檢測,結果見表1~2。結果顯示,糖鹽組細胞存活率最低,25℃保存4.0h時只有約10%細胞存活;而清蛋白組細胞存活率最高,25℃保存2.0h時清蛋白組細胞存活率仍可達90%,差異有統計學意義(P<0.05)。25℃和4℃條件下,保存0.5h時,生理鹽水組及清蛋白組細胞存活率都超過90%,隨著保存時間延長,各組細胞存活率逐漸下降。
2.5不同分組細胞表型檢測25℃和4℃條件下,在5個時間點(0.5、1.0、2.0、4.0、6.0h)對3個實驗組的細胞表型檢測,結果見表3~5。結果表明,不同輸注液、保存溫度及保存時間對細胞表型影響差異無統計學意義(P>0.05)。
2.6細胞生長曲線測定將不同分組處理后的細胞,采用L-DMEM完全培養液重新接種培養,檢測細胞增殖能力,結果見圖2(見《國際檢驗醫學雜志》網站“論文附件”)。50g/L葡萄糖氯化鈉注射液組保存的細胞增殖能力最差,保存4h后細胞失去貼壁和生長能力(無細胞貼壁無法完成生長曲線)。5%人血清清蛋白氯化鈉注射液組細胞增殖能力比9g/L氯化鈉注射液組細胞增殖能力強。同一組細胞4℃條件下不同時間點的增殖能力比25℃條件下強。隨著保存時間延長,各組細胞增殖能力逐漸下降。
3討論
hBMSCs是來源于骨髓的間質干細胞,不僅能分化成肝細胞、膽管上皮細胞[4]、血管內皮細胞[5]、不同類型的皮膚細胞[6]、神經樣[7]細胞,還具有免疫調節、炎癥趨化等特性,使其在肝臟疾病、血管外科、燒傷整形外科及神經損傷等疾病治療中發揮越來越重要的作用。干細胞注射液從實驗室制備到運送至病房回輸給患者具有一定時空距離,特別是隨著異地移植病例的增多,如何有效地保存干細胞注射液,對于細胞移植的臨床應用非常重要。目前相關研究更多集中于將干細胞冷凍于-80℃或液氮等進行長期保存的探討[8-9],有關短時保存條件對干細胞生存和生長影響的研究不多。本實驗探討了幾種臨床常用注射液在不同溫度下短時保存干細胞對細胞存活和增殖能力等狀況的影響。形態學觀察顯示,培養的細胞呈均一長梭形,輻射狀生長;流式細胞術檢測細胞表型顯示CD34表達陰性,CD29、CD105表達陽性;成脂誘導后出現大量脂滴,成骨誘導后出現鈣結節,表明該細胞確為hBMSCs。
干細胞范文6
培育心肌細胞
2013年5月,美國米塔利波夫研究小組經校內倫理委員會審批后,在國內接受了9名23~31歲女性提供的126個卵子。研究小組將其中122個卵子去除細胞核,然后植入他人皮膚細胞的細胞核,采用化學和電擊方法刺激卵子開始分裂產生ESC。結果有21個卵子發育到了囊胚的階段。研究人員接著取該組織的一部分進行培養,其中有6個成為了ESC,這6個中又有4個是由同一名女子提供的卵細胞制成的,它們似乎具有某種容易成為ESC的特質。此外,研究人員也培養了部分ESC,使其分化成心肌,并確認了有脈動。由于ESC全能分化性強,基因變異小,再加上可以利用患者自己體細胞的細胞核來制作,因而排異性小,未來可用于治療心臟病、阿爾茨海默病、糖尿病等多種疾病。
培育微型肝臟
日本橫濱市立大學與美國西奈山醫學院合作,利用人類iPSC培育出微小肝芽,然后移植到小鼠體內,結果這些肝芽成功生長成微型人類肝臟或稱為“迷你肝臟”。為了驗證微小肝臟是否有生理功能,研究人員給小鼠注射了抗炎藥酮洛芬和治療高血壓的藥物異哇胍,結果小鼠的血液中產生了通常來自人類肝臟的代謝產物而非小鼠肝臟的代謝產物,這說明微小肝臟發揮了作用。同時研究人員給兩組小鼠都注射白喉毒素,結果移植微小肝臟組小鼠有近1/3存活超過40天,而未植入微小肝臟的對照組小鼠10天內全部死亡。此外,研究還發現,iPSC生成的微小肝臟能夠分泌肝臟的特異性蛋白,清除血液中的毒素,并且產生人類特異性代謝物。iPSC也成的微小肝臟很快能與附近的血管融合,從而獲得受體血液系統的支持。這是器官移植最重要的一步。
培育血管
用人類ESC培育的血管主要可以用于治療心血管病和糖尿病導致的血管損害。美國麻省總醫院利用來自健康成人以及Ⅰ型糖尿病患者的ESC,在小鼠大腦外表面或皮膚下生成了血管,隨后把這些內皮細胞與間充質前體細胞(可生成必要的結構細胞)一起移植到小鼠大腦的表面。在兩周內,移植細胞形成了血液灌注的血管網絡,它們與鄰近的天然血管一樣發揮功能,并持續長達9個月。此外,研究人員用同樣的方法在小鼠皮膚下移植內皮細胞與間充質前體細胞,結果也生成了功能性的血管。但皮膚下需要的移植細胞量更多,約為大腦移植的5倍以上,并且生成的血管壽命更短。