胚胎干细胞最新进展(胚胎干细胞的用途和应用前景)
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我国科研人员建立了一种高效诱导胚胎干细胞(ESC)向肝细胞分化的培养体系,通过表观遗传学修饰及多种诱导因子联合贯续应用,获得了更加接近于成熟肝细胞的胚胎干细胞源性肝细胞,并进一步证实所获得的胚胎干细胞源性肝细胞具有在体外合成并分泌凝血因子Ⅷ、Ⅸ的能力。这种共表达凝血因子Ⅷ、Ⅸ的胚胎干细胞源性肝细胞,或可为血友病替代疗法提供新型“种子”细胞来源。研究结果发表在最新一期《中国药理学报》上。
血友病是目前临床上最常见的先天性凝血障碍性疾病。其最主要的发病机制是由于凝血因子Ⅷ或/和Ⅸ基因的突变或缺失其临床症状的严重程度与血液循环中凝血因子Ⅷ、Ⅸ蛋白的水平密切相关。替代治疗被认为是目前的标准治疗方法,但是重组或血浆来源的凝血因子Ⅷ、Ⅸ极易在血液循环中降解,且费用非常昂贵;转基因技术基因表达效率低、维持时间短并引起免疫反应;肝细胞替代治疗供体肝细胞匮乏、培养肝细胞增殖能力差等关键问题难以有效解决。
胚胎干细胞由于其无限增殖能力和多向分化潜能,有望为细胞移植治疗各种难治性疾病提供新的细胞来源。目前诱导胚胎干细胞分化为肝细胞的研究已取得一定进展,但国际上关于胚胎干细胞源性肝细胞是否表达凝血因子的报道仍非常有限。凝血因子Ⅷ、Ⅸ由成熟肝脏细胞合成并分泌,而高效诱导胚胎干细胞分化为功能性成熟肝细胞仍是目前干细胞研究领域的一大难点。由中山大学附属孙逸仙纪念医院肝胆胰外科闵军教授、陈亚进教授以及曹君博士领导的研究小组将组蛋白去乙酰化酶抑制剂丁酸钠、骨形态发生蛋白4(BMP-4)及碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)联合作用,促使小鼠胚胎干细胞分化为内胚层细胞和肝脏前体细胞,分化后期在肝细胞生长因子(HGF)、抑瘤素M(OSM)和地塞米松(DEX)作用下,肝脏前体细胞可以进一步分化为成熟肝脏细胞,并检测证实凝血因子Ⅷ、Ⅸ在基因及蛋白水平的共表达。据介绍,之所以能够获得高纯度的共表达凝血因子Ⅷ、Ⅸ的小鼠胚胎干细胞源性肝细胞,重要原因之一为诱导分化因子丁酸钠的作用。丁酸钠是一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂,可以通过组蛋白修饰的方式使组蛋白超乙酰化,并激活一些转录因子,使其结合并激活某些基因,从而诱导细胞分化。
研究小组表示,该研究证实了共表达凝血因子Ⅷ、Ⅸ的胚胎干细胞源性肝细胞在血友病替代疗法中的潜在价值,所获得的更加接近于成熟肝细胞的功能性分化细胞将为细胞体内移植实验提供充足、安全的细胞来源,进一步为干细胞移植治疗血友病的更深入研究奠定了坚实的实验基础。
3.2国际友人对干细胞的研究
胚胎干细胞被誉为“万能细胞”,但一直以来,获取人体胚胎干细胞必须摧毁胚胎,这一点颇受非议。美国总统布什就一再阻止将联邦资金用于这类研究的法案。
科学界一直希望找到一种方法,将普通人体细胞的基因重新编排,使其具有干细胞功能,完全避免使用胚胎。如果人类细胞如此,这样的手法可能导致重大医疗突破,不仅不涉及使用胚胎引发的道德争议,而且由于细胞源自受体,所以病人接受了所培植的器官后,将不会出现排斥现象。
如果与克隆技术相结合,胚胎干细胞便可发展成遗传特征与病人完全吻合的细胞、组织或器官,以前器官移植治疗方法中经常出现的排异反应问题因此得到了彻底解决,血细胞、脑细胞、骨骼和内脏等都将可以更换,白血病、帕金森氏症、心脏病等顽疾也有望得到有效治疗与治愈。
干细胞医学新进展,有望生产个人化血液解决供给问题
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近期的科学研究新进展,科学家们已经十分接近量产血球细胞了!这个新进展将能解决血液供给不足,以及骨髓疾病患者的问题,将彻底改变需要频繁输血的疾病治疗模式。
干细胞逐渐被应用于人类医学
近年来,干细胞的相关研究逐渐扩展,除了生物科学的研究外,更尝试应用于人类医学治疗上。干细胞与体内一般细胞不同,他具有特殊的编程,可以透过自然或诱导的方式,分化成为其他细胞。主要可分为两种,一为胚胎干细胞,具有较强的分化能力,可分化成为多种不同的细胞。另一种为成体干细胞,分化能力较为受限,仅能分化成特定几种细胞,用于修复组织或是汰换掉旧的细胞。2006年时,科学家首次将小鼠的细胞,经过诱导后转变成为iPS多能性干细胞。自此之后开启干细胞领域的大量研究。而从此时开始,科学家就不断尝试利用干细胞来生产新的血液细胞,然而,这是首次这么接近将干细胞分化成为完整功能的血球细胞。
干细胞制造血球,大幅增加血液供给量
利用干细胞生产血液细胞的目标,是希望可以透过提取患者自身的细胞,将其转变为iPS多能性干细胞后,利用此干细胞不断分化产生新的血液细胞,这样患者就可以自己生产无限供给的血球,不需要倚靠其他健康人们的捐赠。另外,这样的作法也能应用在一般的血液捐赠上,可以使用一般健康捐血者的细胞并将其转变为iPS多能性干细胞,这样将能大幅增加血液供给,提供需要输血的病患使用。来自波士顿儿童医院的Rio Sugimura研究员表示,遗传性的血液疾病患者,甚至可以利用基因编辑的方式,修复遗传缺陷,并成功制造出健康的血球细胞。
利用iPS 和胚胎干细胞生产具功能血球
第一个发表相关研究的论文中,研究人员使用了iPS和胚胎干细胞,给予他们特殊的化学信号,使干细胞转化为血球前驱细胞,接着再给细胞转录因子,使其成为真正具功能的血球细胞。研究人员发现需要五种转录因子,分别为RUNX1、ERG、LCOR、HOXA5和HOXA9,来强制细胞进入正确的分化程序。波士顿儿童医院的研究负责人Gee Daley表示:「我们非常接近能够产生真正的人类血球细胞,这项工作是20多年努力的结果。」
使用成体干细胞生产血球有如直航机,免去复杂程序
第二篇研究的作法略有不同,来自纽约威尔康奈尔医学中心(Weill Cornell Medicine)的一个小组不再使用iPS多能性干细胞或胚胎干细胞,而是使用从小鼠肺壁获取的成体干细胞,培养于含有四种转录因子Fo *** 、Gfi1、Runx1和Spi1,且模拟人类血管内环境的培养皿中,此方法能够将成体干细胞直接分化为血球细胞,无需经过iPS的过程。带领团队完成研究的Shahin Rafii表示,他们的实验方法有如直航班机,可以挑过中间的复杂程序。而Daley团队的技术则是转机后才到达目的地。虽说如此,但目前结果仅止于动物实验,哪一种方法在人体中会有更好的效果暂时还不得而知。不过可以期待的是,未来人类或许可以透过简单的方式,自给自足需要的血液供给,在医疗上不再需要仰赖他人捐赠,并且可以修复遗传性的血液或骨髓疾病。
话题: 干细胞, 生医观点
谈谈胚胎干细胞研究有哪些新进展,有什么应用前景
1999年12月,Science杂志公布了当今世界科学发展的评定结果,干细胞的研究成果名列十大科学进展榜首。胚胎干细胞研究的科学价值在于其诱人的应用前景。如果最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖,将对胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响,使之有可能在以下领域发挥重要作用。
1.揭示人及动物的发育机制及影响因素
生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究,可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件,使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题,促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性,可以一种伦理上可接受的方式,提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题,因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。
2. 药学研究方面
胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型,又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统,可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用,这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞,而胚胎干细胞可以经体外定向诱导,为人类提供各种组织类型的人体细胞,这使得更多类型的细胞实验成为可能。虽不会完全取代在整个动物和人体上的实验,但会使药品研制的过程更为有效。当细胞系实验表明药品是安全的且效果良好,才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。
在候选药物对各种细胞的药理作用和毒性试验中,胚胎干细胞提供了对新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段,大大减少了药物检测所需动物的数量,降低了成本。另外,由于胚胎干细胞类似于早期胚胎的细胞,它们有可能用来揭示哪些药物干扰胎儿发育和引起出生缺陷。人胚胎干细胞还可以用于其它用途。由于这类细胞本质上可以无限量地产生人体细胞,它们对于旨在发现稀有人蛋白的研究计划理应有用。国际上许多制药公司、学者都瞄准了这一重要的研究领域。
3. 细胞替代治疗和基因治疗的载体
胚胎干细胞最诱人的前景和用途是生产组织和细胞,用于“细胞疗法”,为细胞移植提供无免疫原性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病,都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。如用神经细胞治疗神经退行性疾病(帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等),用胰岛细胞治疗糖尿病,用心肌细胞修复坏死的心肌等。
胚胎干细胞还是基因治疗最理想的靶细胞。这里的基因治疗是指用遗传改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内,达到控制和治愈疾病的目的。这种遗传改造包括纠正病人体内存在的基因突变,或使所需基因信息传递到某些特定类型细胞。
当然,干细胞技术的最理想阶段是希望在体外进行“器官克隆”以供病人移植。如果这一设想能够实现,将是人类医学中一项划时代的成就,它将使器官培养工业化,解决供体器官来源不足的问题;使器官供应专一化,提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现问题,可像更换损坏的零件一样随意更换和修理。
干细胞能够治愈哪些疾病?
您好:干细胞又被称为“万能细胞”,因为能够不断分裂,并分化成任何类型的细胞而得名。在医学上,利用干细胞的这一特性,已经广泛的应用在了各种疾病的治疗中。其中最火热研究方向是将人体的体细胞通过技术手段诱导多能干细胞(ipsCs),这不仅避免了伦理争论,应用范围也更广。
那么干细胞到底能在哪些用途上发光发热呢?5月2日,一篇发表在《NEJM》上的综述文献为了我们详细说明了干细胞在皮肤、心脏、眼睛、骨骼肌、神经组织、胰腺以及血液中的重要作用。
皮肤:大疱性表皮松解症、烧伤
改进后的干细胞治疗现在已经可以治疗一些皮肤遗传病,其中最主要的便是大疱性表皮松解症。
大疱性表皮松解症患者的皮肤在受到轻微摩擦或者碰撞后就会出现水疱和血疱,而这种情况可能发生在四肢和身体任何部分,严重时还会导致指甲脱落等症状。
细胞治疗联合自体角质形成干细胞基因替代治疗修复表皮
2017年时,著名学术期刊《Nature》就曾报道了一例利用转基因干细胞成功治疗一个年仅7岁的大疱性表皮松解症男孩的案例。男孩身上80%的皮肤都植入了经基因工程改造后的干细胞。
不仅如此,目前研究人员们也在对干细胞进行进一步的研究,希望能够改进并治疗烧伤患者的损伤皮肤。
干细胞的种类
血液:肿瘤治疗
红细胞、血小板、T细胞以及造血干细胞已经成为从多能干细胞中衍生出的最受欢迎的细胞产物。红细胞和血小板可以解决患者输血时遇到的血液数量不够的问题。而由多能干细胞衍生出的T细胞则在肿瘤治疗领域发挥着重要的作用。
由多能干细胞分化成的各类免疫细胞及红细胞、血小板
在癌症治疗领域,研究人员也希望通过干细胞衍生出的T细胞制备成CAR-T细胞疗法。干细胞转化的CAR-T虽然能够在一定程度上降低成本,但是如何避免免疫排斥反应,目前来说仍是一个非常大的挑战。
总之,对于癌症治疗,干细胞仍处于理论研究阶段,需要对人体机制以及免疫系统做进一步深入的了解和研究。
心脏:心肌梗塞、药物研发
说到心脏方面的疾病,最常见也最容易危及生命的便是心肌梗塞。由于心肌细胞的再生能力非常有限,同时,心脏作为人体最重要的器官之一,移植干细胞到心脏,具有非常大的难度和挑战性。
但是研究人员并没有放弃干细胞在心脏领域的应用,早在2015年时,就有报道称,能够将人体胚胎干细胞移植至其他心肌梗死的动物体内,并重建心肌。但是这类的研究并不是十分顺利,当移植到心肌时,将产生心律失常甚至无法正常工作的风险。
将胚胎干细胞来源的心肌细胞注射入心肌梗死的动物模型中
总之,利用胚胎干细胞以及诱导多能干细胞移植心肌细胞的技术还不够成熟,但研究人员也一直在致力增强移植细胞的功能。而目前,干细胞在心肌细胞内的主要应用仍是被用于研究心脏疾病的发病机制以及筛选心脏药物。
眼睛:年龄相关性黄斑病变
人体胚胎干细胞以及多能干细胞的无限增殖能力使得它能够治疗早期与年龄相关的黄斑病变。
在我们的眼睛中,存在着一种视网膜色素上皮细胞,而在年龄相关性的黄斑病变中,视网膜色素上皮细胞将逐渐丧失功能,并导致黄斑中的光感受器死亡,影响视力甚至最终形成失明。
修复视网膜色素上皮细胞
目前,通过利用人体胚胎干细胞分化成视网膜色素上皮细胞来恢复视力的研究已经在美国、中国、以色列、英国、韩国和日本进行了1期临床试验。
除了修复视网膜色素上皮细胞外,干细胞也在角膜和晶状体的修复中取得了显著的进展。
修复受损的角膜
2015年,已有制备的可以修复因物理因素等造成角膜和视力损坏的成人组织特异性角膜缘干细胞获得欧洲药品管理局的上市许可。
骨骼肌:肌肉萎缩
骨骼肌大约占体重的40%,然而随着年龄的增加,骨骼肌的质量和强度会逐渐下降。除此之外,遗传性的肌肉萎缩症也会使我们行动不便。针对这些,干细胞疗法就可以很好的治疗因衰老或疾病引起的肌肉萎缩。
成人肌肉干细胞具有强大的再生潜能,可以被触发自我更新,并修复损伤。但是对于成人肌肉干细胞的培养却不是那么容易,其次,由于培养的困难,导致肌肉干细胞的供应不足,限制了临床应用。
肌肉组织的修复
为了解决这种问题,研究人员采用了刺激原位组织驻留的肌肉干细胞,省去在体外进行细胞分离、扩增的过程。目前,这种方法已经在小鼠身上进行了试验。
神经组织:帕金森
在大多数哺乳动物中,大脑的大部分发育在子宫内就已经完成了,只有一小部分神经组织在儿童期和成年期持续发展。因此,由于神经元的损伤造成的疾病将导致永久性的残疾,所以如何利用多能干细胞来修复神经组织是干细胞疗法的热门研究问题。
经过数十年的研究与经验积累,我们发现利用多能干细胞衍生成的多巴胺能神经元可以治疗帕金森病。
帕金森病的神经组织修复
除此之外,使用其他干细胞治疗神经系统疾病的各项研究也都在积极开展中,其中最具有有挑战性的便是脊髓损伤,虽然神经干细胞的移植已经成功促进了神经连接和轴突的生长,但是还需要更多的数据来证明这种技术真的能够完全修复脊髓损伤。
胰腺:糖尿病
糖尿病已经成为了中老年群体的常见病症,其病因主要是胰岛β细胞的衰竭,从而导致胰岛素的相对缺乏。针对这一点,研究人员尝试使用胚胎干细胞衍生成能够产生胰岛素分泌的β细胞,目前已经开展了动物和体外试验。
一旦成功,糖尿病患者再也不需要每天多次的监测自己的血糖水平。因为由干细胞衍生的β细胞可以自动监测体内血糖水平,将其控制在一个合理的范围内。
干细胞疗法是当今医学研究最前沿也是最热门的方向之一,发展迅猛,也取得了令人兴奋的成果。虽然在应用上还存着各种各样的问题,如安全性和医学伦理等方面的问题。但是任何事物的发展都将遇到挑战和阻碍,我们仍然相信干细胞治疗将克服困难,成为可靠的治疗方式。
我国干细胞制备技术获得重要突破,该技术将会带来哪些影响?
该技术可以在治愈癌症方面做出巨大贡献。
我国干细胞制备技术获得重要突破,最重大,最有意义影响就是可以在攻克癌症方面取得进展。笔者认为:癌症是最痛苦,最耗费钱财疾病,如果能够依靠这种技术一举攻克癌症,无疑是整个医学界巨大飞跃。因为干细胞有很强分化潜力,于是科学家就尝试把溶瘤细胞注入干细胞。注入好之后,这些干细胞居然可以寻找癌细胞表面抗原,从而特异性杀灭癌细胞。这无疑是癌症治疗一个巨大飞跃,如果能推广开来,癌症治愈就像治愈感冒一样简单。笔者觉得:这项巨大发现离不开我国科研人员努力和科技创新精神。并且我国科研人员将会在此领域做出更大贡献。
除了治愈癌症外,该技术还有三个方面影响:让皮肤细胞变年轻,治愈糖尿病,或许可以断肢再生。以下详细说明这些影响:
1、该技术可以让皮肤变年轻:相关科研人员曾经把干细胞注入到人类伤口表面,结果发现伤口愈合时皮肤细胞表现出更强活性。经过分子测量显示,皮肤细胞生物钟倒转了30年。换句话说,该技术让皮肤变年轻了。
2、该技术可以治愈糖尿病:通过灵长类生物实验证明:该干细胞可以在胰脏处分化为胰岛细胞,于是受损胰岛细胞就可以通过外源干细胞注入来获得补充,于是胰岛素就可以正常分泌了。于是糖尿病就得到解决了。
3、该技术可以让断肢再生:目前,还不能确切知道此干细胞技术是否可以让断肢完全再生,但是科学家把干细胞注入到大白鼠残肢时,就发现了端面有骨芽细胞生长,周围伴随着成纤维组织和毛细血管,显示出断肢再生这一迹象。
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标签: 胚胎干细胞最新进展
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