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胚胎干細(xì)胞 概念 發(fā)展史 ES的形態(tài)學(xué)及 生物學(xué)特征 應(yīng)用前景 （一）定義 （二）發(fā)展史 自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠ES細(xì)胞，中國外研究人員已在倉鼠、大鼠、兔、豬、牛、綿羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲長尾猴以及人類都分離獲得了ES細(xì)胞，而且已經(jīng)證明小鼠ES細(xì)胞可以分化為心肌細(xì)胞、造血細(xì)胞、卵黃囊細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、胰島細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞等。人類ES細(xì)胞也可以分化為滋養(yǎng)層細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、造血細(xì)胞、心肌細(xì)胞等。ES細(xì)胞不僅可以作為體外研究細(xì)胞分化和發(fā)育調(diào)控機(jī)制的模型，而且還可以作為一種載體，將通過同源重組產(chǎn)生的基因組的定點(diǎn)突變導(dǎo)入個體，更重要的是，ES細(xì)胞將會給人類移植醫(yī)學(xué)帶來一場革命。 發(fā)展史 進(jìn)一步說，胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞（EC細(xì)胞）的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。 發(fā)展史 許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對象展開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末，兩個研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞，保持了ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理學(xué)方面的原因，有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，因此要求展開人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。 （三）ES形態(tài)學(xué)特征 ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，結(jié)構(gòu)簡單。體外培養(yǎng)時，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細(xì)胞呈淡黃色。細(xì)胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細(xì)胞彼此界限不清，細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀。小鼠ES細(xì)胞的直徑7μm～18μm，豬、牛、羊ES細(xì)胞的顏色較深，直徑12μm～18μm。 胚胎干細(xì)胞生物學(xué)特性 ES細(xì)胞較一般細(xì)胞除具特定的細(xì)胞形態(tài)、生 長特性，特定的細(xì)胞表面抗原和酶，正常的二倍體核型外，具有以下幾個特性： 全能性 無限擴(kuò)增 可操作性 （1）全能性 ES細(xì)胞具有發(fā)育的全能性。ES細(xì)胞具有能發(fā)育為構(gòu)成機(jī)體的不同細(xì)胞類型中的任何一種的潛力。在體外ES細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化出包括三個胚層在內(nèi)的所有分化細(xì)胞；若將ES細(xì)胞注射到SCID小鼠或同源動物體內(nèi)，可分化產(chǎn)生出由三個胚層細(xì)胞組織構(gòu)成的畸胎瘤。ES細(xì)胞具有種系傳遞功能。ES細(xì)胞能與另一正常胚胎嵌合，獲得包括生殖系在內(nèi)的嵌合體個體。全能性<多能性=是ES細(xì)胞具可塑性的基礎(chǔ)，這正是ES細(xì)胞的美妙之處，也是ES細(xì)胞優(yōu)于成年組織干細(xì)胞之點(diǎn)。有人認(rèn)為ES細(xì)胞具多能性而不具全能性，原因在于ES細(xì)胞不能發(fā)育成胎盤，僅ES細(xì)胞不能形成完整的胚胎或個體�？傊�，全能性<多能性=是ES細(xì)胞的核心。 ES細(xì)胞的分化 ES細(xì)胞的全能性指ES細(xì)胞在解除分化抑制的條件下能參與包括生殖腺在內(nèi)的各種組織的發(fā)育潛力，即ES細(xì)胞具有發(fā)育成完整動物體的能力，可以為細(xì)胞的遺傳操作和細(xì)胞分化研究提供豐富的試驗材料。ES細(xì)胞發(fā)育全能性的標(biāo)志是ES細(xì)胞表面表達(dá)時相專一性胚胎抗原（Stagespecificembryonicant，SSEA），而且可以檢查到OTC4基因的表達(dá)，這兩種蛋白是發(fā)育全能性的標(biāo)志。ES細(xì)胞中AKP及端粒酶活性較高，可用于ES細(xì)胞分化與否的鑒定。ES細(xì)胞的多能性是指ES細(xì)胞具有發(fā)育成多種組織的能力，參與部分組織的形成。將ES細(xì)胞培養(yǎng)在不含分化抑制物的培養(yǎng)基上，可以形成類胚體。將ES細(xì)胞在特定培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，可以定向分化成特定組織，如ES細(xì)胞在含有白血病抑制因子（LIF）和維生素A酸（RA）的培養(yǎng)基上，可以分化形成全壁內(nèi)胚層，將ES細(xì)胞與胚胎細(xì)胞共培養(yǎng)或?qū)�ES細(xì)胞注入囊胚腔中，ES細(xì)胞就會參與多種組織的發(fā)育。 （2）無限擴(kuò)增 理論上，ES細(xì)胞具無限擴(kuò)增的特性。體外無限擴(kuò)增的特性是ES細(xì)胞研究和應(yīng)用的一個前提和關(guān)鍵。早期胚胎細(xì)胞具全能性，但其數(shù)量很少，相對說其實際應(yīng)用意義沒有ES細(xì)胞大ES細(xì)胞在體外適宜條件下，能在未分化態(tài)下無限增殖，為ES細(xì)胞研究和應(yīng)用提供了無限的細(xì)胞來源。 （3）可操作性 在體外，可以對ES細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作選擇，如導(dǎo)入異源基因、報告基因或標(biāo)志基因，誘導(dǎo)某個基因突變，基因打靶或?qū)�入額外的原有基因使之過度表達(dá)<增加功能=等。理論上ES細(xì)胞經(jīng)遺傳操作選擇后一般仍能保持其擴(kuò)增和發(fā)育的全能性或多能性，因此可經(jīng)遺傳操作選擇制備轉(zhuǎn)基因個體或基因有缺失、突變或過量表達(dá)的雜合或純合個體進(jìn)行各種基因功能分析。 （四）應(yīng)用前景 生產(chǎn)克隆動物 生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物 用于器官組織移植 治療人類胚胎干細(xì)胞群 揭示人及動物的發(fā)育機(jī)制及影響因素 藥學(xué)研究方面 （1）生產(chǎn)克隆動物 ES細(xì)胞從理論上講可以無限傳代和增殖而不失去其正常的二倍體基因型和表現(xiàn)型，以其作為核供體進(jìn)行核移植后，在短期內(nèi)可獲得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同的個體，ES細(xì)胞與胚胎進(jìn)行嵌合克隆動物，可解決哺乳動物遠(yuǎn)緣雜交的困難問題，生產(chǎn)珍貴的動物新種。亦可使用該項技術(shù)進(jìn)行異種動物克隆，對于保護(hù)珍稀野生動物有著重要意義。 （2）生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物 用ES細(xì)胞生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物，可打破物種的界限，突破親緣關(guān)系的限制，加快動物群體遺傳變異程度，可以進(jìn)行定向變異和育種。利用同源重組技術(shù)對ES細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作，通過細(xì)胞核移植生產(chǎn)遺傳修飾性動物，有可能創(chuàng)造新的物種；利用ES細(xì)胞技術(shù)，可在細(xì)胞水平上對胚胎進(jìn)行早期選擇，這樣可以提高選樣的準(zhǔn)確性，縮短育種時間。 ES細(xì)胞生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物的理想技術(shù)路線 ES細(xì)胞+目的基因 轉(zhuǎn)基因ES細(xì)胞+囊胚 轉(zhuǎn)基因嵌合胚胎 轉(zhuǎn)基因ES細(xì)胞核移植 轉(zhuǎn)基因動物 基因動物細(xì)胞核移植 克隆轉(zhuǎn)基因動物 高效益的轉(zhuǎn)基因動物或畜產(chǎn)品 高效益的生物活性蛋白 （動物制藥廠） （3）用于器官組織移植 作為一種被稱之為“種子細(xì)胞”的ES細(xì)胞，為臨床的組織器官移植提供大量材料。人ES細(xì)胞經(jīng)過免疫排斥基因剔除后，再定向誘導(dǎo)終末器官以避免不同個體間的移植排斥。這樣就可能解決一直困擾著免疫學(xué)界及醫(yī)學(xué)界的同種異型個體間的移植排斥難題。 （3）治療人類胚胎干細(xì)胞群 細(xì)胞治療是指用遺傳工程改造過的人體細(xì)胞直接移植或輸入病人體內(nèi)，達(dá)到治愈和控制疾病的目的。ES細(xì)胞經(jīng)遺傳操作后仍能穩(wěn)定地在體外增殖傳代。以ES細(xì)胞為載體，經(jīng)體外定向改造，使基因的整合數(shù)目、位點(diǎn)、表達(dá)程度和插入基因的穩(wěn)定性及篩選工作等都在細(xì)胞水平上進(jìn)行，容易獲得穩(wěn)定、滿意的轉(zhuǎn)基因ES細(xì)胞系，為克服基因治療中導(dǎo)入基因的整合和表達(dá)難以控制，以及用作基因操作的細(xì)胞在體外不易穩(wěn)定地被轉(zhuǎn)染和增殖傳代開辟了新的途徑。 （4）揭示人及動物的發(fā)育機(jī)制及影響因素 生命最大的奧秘便是人是如何從一個細(xì)胞發(fā)展為復(fù)雜得不可思議的生物體的。人胚胎細(xì)胞系的建立及人胚胎干細(xì)胞研究，可以幫助我們理解人類發(fā)育過程中的復(fù)雜事件，使人深刻認(rèn)識數(shù)十年來困擾著胚胎學(xué)家的一些基本問題，促進(jìn)對人胚胎發(fā)育細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)研究。人胚胎干細(xì)胞的體外可操作性，可以一種倫理上可接受的方式，提供在細(xì)胞和分子水平上研究人體發(fā)育過程中極早期事件的方法。這種研究不會引起與胎兒實驗相關(guān)聯(lián)的倫理問題，因為僅靠自身胚胎干細(xì)胞是無法形成胚胎的。 （5）藥學(xué)研究方面 胚胎干細(xì)胞系可分化為多種細(xì)胞類型，又是能在培養(yǎng)基中不斷自我更新的細(xì)胞來源。它發(fā)展為胚體后的生物系統(tǒng)，可模擬體內(nèi)細(xì)胞與組織間復(fù)雜的相互作用，這在藥物研究領(lǐng)域具有廣泛的用途。胚胎干細(xì)胞有望在短期內(nèi)就能體現(xiàn)的優(yōu)勢在于藥物篩選中。目前用于藥物篩選的細(xì)胞都來源于動物或癌細(xì)胞這樣非正常的人體細(xì)胞，而胚胎干細(xì)胞可以經(jīng)體外定向誘導(dǎo)，為人類提供各種組織類型的人體細(xì)胞，這使得更多類型的細(xì)胞實驗成為可能。雖不會完全取代在整個動物和人體上的實驗，但會使藥品研制的過程更為有效。 源于胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞可能用于治療的疾病 神經(jīng)細(xì)胞：中風(fēng)、帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥、脊髓損傷、多系統(tǒng)硬化癥 心肌細(xì)胞：心臟病、充血性心臟病 胰島細(xì)胞： 糖尿病 軟骨細(xì)胞： 骨關(guān)節(jié)炎 血細(xì)胞：免疫性缺陷、癌癥、先天性血液病、白血病 肝細(xì)胞:肝炎、肝硬變 皮膚細(xì)胞：燒傷、創(chuàng)傷 骨細(xì)胞：骨質(zhì)疏松癥 視細(xì)胞：視網(wǎng)膜退化癥 骨骼肌細(xì)胞：肌營養(yǎng)不良 小組成員：張歡，楊闊。rK4紅軟基地

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