胚胎干细胞的应用ppt（胚胎干细胞的应用有什么限制因素）

在本次分享中，我们将会谈论胚胎干细胞的应用ppt的相关知识，并且还会解释胚胎干细胞的应用ppt。

胚胎干细胞的应用前景 都有哪些

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。

胚胎干细胞是什么？有什么用？

胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESCs，简称ES、EK或ESC细胞。）胚胎干细胞是早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。

胚胎干细胞的功能：胚胎干细胞具有多能性（Pluripotency），特点是可以通过细胞分化(Cellular differentiation)成多种组织（所有组织，包括生殖系细胞）的能力。

所有细胞都携带生物体的全套遗传信息，但已分化的细胞，比如血液、骨骼和神经细胞等都只调用与自身功能相关的那部分DNA代码，其余代码会挂上甲基团，基因表达被抑制。甲基化程度越低，基因组就越开放，细胞分化潜力越大。

扩展资料： 

胚胎干细胞的应用前景：

1、生产克隆动物

ES细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不失去其正常的二倍体基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后，在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体，ES细胞与胚胎进行嵌合克隆动物，可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题，生产珍贵的动物新种。

使用该项技术进行异种动物克隆，对于保护珍稀野生动物有着重要意义。

2、转基因动物

用ES细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种。

3、器官组织移植

作为一种被称之为“种子细胞”的ES细胞，为临床的组织器官移植提供大量材料。人ES细胞经过免疫排斥基因剔除后，再定向诱导终末器官以避免不同个体间的移植排斥。

4、用于细胞治疗

细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到治愈和控制疾病的目的。ES细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。

参考资料来源：百度百科-胚胎干细胞

胚胎干细胞的来源及应用

胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，可用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。胚胎干细胞通过诱导分化可产生新的组织细胞，用于治疗人类的组织损伤和某些顽症。还可通过胚胎干细胞的体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。

什么是干细胞？有哪些用途和特征

胚胎干细胞(Embrtibuc stem cell)的发育等级较高，是多能干细胞（Pluripotent stem cell），而成体干细胞的发育等级较低，是单能干细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。

在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。

然而，这个观点目前受到了挑战。

最新的研究表明，组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。

干细胞具有自我更新能力（Self-renewing），能够产生高度分化的功能细胞。干细胞按照生存阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞 。

·1.1 胚胎干细胞

胚胎干细胞（Embryonic Stem cell， ES细胞）。

胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功。

进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。

目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养出人类ES细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的全能性。这样就使科学家利用人类ES细胞治疗各种疾病成为可能。然而，人类ES 细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大争议，出于社会伦理学方面的原因，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，因此要求展开人类ES细胞研究的呼声也一浪高似一浪。

·1.2 成体干细胞

成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。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，以往认为不能再生的神经组织仍然包含神经干细胞,说明成体干细胞普遍存在，问题是如何寻找和分离各种组织特异性干细胞。成体干细胞经常位于特定的微环境中。微环境中的间质细胞能够产生一系列生长因子或配体，与干细胞相互作用，控制干细胞的更新和分化。

·1.3 造血干细胞

造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。今年年初，协和医大血液学研究所的庞文新又在肌肉组织中发现了具有造血潜能的干细胞。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。

在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在20世纪五十年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病。到八十年代末，外周血干细胞移植（PBSCT）技术逐渐推广开来，绝大多数为自体外周血干细胞移植（APBSCT），在提高治疗有效率和缩短疗程方面优于常规治疗，且效果令人满意。与两者相比，脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制，对HLA配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。

在今年初，东北地区首例脐血干细胞移植成功，又为中国造血干细胞移植技术注入新的活力。随着脐血干细胞移植技术的不断完善，它可能会代替目前APBSCT的地位，为全世界更多的血液病及恶性肿瘤的患者带来福音

·1.4 神经干细胞

神经干细胞关于神经干细胞研究起步较晚，由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究的争议尚未平息，神经干细胞的研究仍处于初级阶段。理论上讲，任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应，如：给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞，可治愈部分患者症状。除此之外，神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面，对判断药物有效性、毒性有一定的作用。 实际上，到目前为止，人们对干细胞的了解仍存在许多盲区。2000年年初美国研究人员无意中发现在胰腺中存有干细胞；加拿大研究人员在人、鼠、牛的视网膜中发现了始终处于“休眠状态的干细胞” ；有些科学家证实骨髓干细胞可发育成肝细胞，脑干细胞可发育成血细胞。

随着干细胞研究领域向深度和广度不断扩展，人们对干细胞的了解也将更加全面。21世纪是生命科学的时代，也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代，干细胞的应用将有广阔前景。

·1.5肌肉干细胞(muscle stem cell)

可发育分化为成肌细胞(myoblasts)，后者可互相融合成为多核的肌纤维，形成骨骼肌最基本的结构。

[编辑本段]2.【基础应用】

干细胞的调控是指给出适当的因子条件，对干细胞的增值和分化进行调控，使之向指定的方向发展。

·2.1 内源性调控

干细胞自身有许多调控因子可对外界信号起反应从而调节其增殖和分化，包括调节细胞不对称分裂的蛋白，控制基因表达的核因子等。另外，干细胞在终末分化之前所进行的分裂次数也受到细胞内调控因子的制约。

（1）细胞内蛋白对干细胞分裂的调控

干细胞分裂可能产生新的干细胞或分化的功能细胞。这种分化的不对称是由于细胞本身成分的不均等分配和周围环境的作用造成的。细胞的结构蛋白，特别是细胞骨架成分对细胞的发育非常重要。如在果蝇卵巢中，调控干细胞不对称分裂的是一种称为收缩体的细胞器，包含有许多调节蛋白，如膜收缩蛋白和细胞周期素A。收缩体与纺锤体的结合决定了干细胞分裂的部位，从而把维持干细胞性状所必需的成分保留在子代干细胞中。

（2）转录因子的调控

在脊椎动物中，转录因子对干细胞分化的调节非常重要。比如在胚胎干细胞的发生中，转录因子Oct4是必需的。Oct4是一种哺乳动物早期胚胎细胞表达的转录因子，它诱导表达的靶基因产物是FGF-4等生长因子，能够通过生长因子的旁分泌作用调节干细胞以及周围滋养层的进一步分化。Oct4缺失突变的胚胎只能发育到囊胚期，其内部细胞不能发育成内层细胞团 [1]。另外白血病抑制因子（LIF）对培养的小鼠ES细胞的自我更新有促进作用，而对人的成体干细胞无作用，说明不同种属间的转录调控是不完全一致的。又如Tcf/Lef转录因子家族对上皮干细胞的分化非常重要。Tcf/Lef是Wnt信号通路的中间介质，当与β-Catenin形成转录复合物后，促使角质细胞转化为多能状态并分化为毛囊。

·2.2 外源性调控

除内源性调控外，干细胞的分化还可受到其周围组织及细胞外基质等外源性因素的影响。

（1）分泌因子

间质细胞能够分泌许多因子，维持干细胞的增殖，分化和存活。有两类因子在不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用，它们是TGFβ家族和Wnt信号通路。比如TGF家族中至少有两个成员能够调节神经嵴干细胞的分化。最近研究发现，胶质细胞衍生的神经营养因子（GDNF）不仅能够促进多种神经元的存活和分化，还对精原细胞的再生和分化有决定作用。GDNF缺失的小鼠表现为干细胞数量的减少，而GDNF的过度表达导致未分化的精原细胞的累积[3]。Wnts的作用机制是通过阻止β-Catenin分解从而激活Tcf/Lef介导的转录，促进干细胞的分化。比如在线虫卵裂球的分裂中，邻近细胞诱导的Wnt信号通路能够控制纺锤体的起始和内胚层的分化。

（2）膜蛋白介导的细胞间的相互作用

有些信号是通过细胞-细胞的直接接触起作用的。β-Catenin就是一种介导细胞粘附连接的结构成分。除此之外，穿膜蛋白Notch及其配体Delta或Jagged也对干细胞分化有重要影响。在果蝇的感觉器官前体细胞，脊椎动物的胚胎及成年组织包括视网膜神经上皮、骨骼肌和血液系统中，Notch信号都起着非常重要的作用。当Notch与其配体结合时，干细胞进行非分化性增殖；当Notch活性被抑制时，干细胞进入分化程序，发育为功能细胞[4]。

（3）整合素（Integrin）与细胞外基质

整合素家族是介导干细胞与细胞外基质粘附的最主要的分子。整合素与其配体的相互作用为干细胞的非分化增殖提供了适当的微环境。比如当β1整合素丧失功能时，上皮干细胞逃脱了微环境的制约，分化成角质细胞。此外细胞外基质通过调节β1整合素的表达和激活，从而影响干细胞的分布和分化方向。

·2.3 干细胞的可塑性

越来越多的证据表明，当成体干细胞被移植入受体中，它们表现出很强的可塑性。通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。而在某些情况下干细胞的分化并不遵循这种规律。1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞系。这种现象被称为干细胞的横向分化（trans-differentiation）[5]。关于横向分化的调控机制目前还不清楚。大多数观点认为干细胞的分化与微环境密切相关。可能的机制是，干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行分化的细胞的影响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。

克隆猪、克隆羊，其技术的机制原理和干细胞是一致的。

[编辑本段]3.【种类划分】

干细胞按能力可以分为以下四类：

1.全能干细胞

由卵和精细胞的融合产生受精卵。而受精卵在形成胚胎过程中四细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。

2.万能干细胞

是全能干细胞的后裔，无法发育成一个个体，但具有可以发育成多种组织的能力的细胞。

3.多能干细胞

只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞（例如血细胞，包括红血细胞、白血细胞和血小板）。

4.专一性干细胞

只能产生一种细胞类型；但是，具有自更新属性，将其与非干细胞区分开。

[编辑本段]4.【研究情况】

·干细胞研究的历史情况

干细胞的研究被认为开始于1960年代，在加拿大科学家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤尔的研究之后。

1959年，美国首次报道了通过体外受精（IVF）动物。

60年代，几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明其来源于胚胎生殖细胞（embryonic germ cells, EG细胞）,此工作确立了胚胎癌细胞（embryonic carcinoma cells, EC细胞）是一种干细胞。

1968年，Edwards 和Bavister 在体外获得了第一个人卵子。

70年代，EC细胞注入小鼠胚泡产生杂合小鼠。培养的SC细胞作为胚胎发育的模型，虽然其染色体的数目属于异常。

1978年，第一个试管婴儿，Louise Brown 在英国诞生。

1981年，Evan, Kaufman 和Martin从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞。他们建立了小鼠ES细胞体外培养条件。由这些细胞产生的细胞系有正常的二倍型，像原生殖细胞一样产生三个胚层的衍生物。将ES细胞注入上鼠，能诱导形成畸胎瘤。

1984—1988年，Anderews 等人从人睾丸畸胎瘤细胞系Tera-2中产生出多能的、可鉴定的（克隆化的）细胞，称之为胚胎癌细胞（embryonic carcinoma cells, EC细胞）。克隆的人EC细胞在视黄酸的作用下分化形成神经元样细胞和其他类型的细胞。

1989年，Pera 等分离了一个人EC细胞系，此细胞系能产生出三个胚层的组织。这些细胞是非整倍体的（比正常细胞染色体多或少），他们在体外的分化潜能是有限的。

1994年，通过体外授精和病人捐献的人胚泡处于2-原核期。胚泡内细胞群在培养中得以保存其周边有滋养层细胞聚集 ，ES样细胞位于中央。

1998年美国有两个小组分别培养出了人的多能( pluripotent )干细胞： James A. Thomson在 Wisconsin大学领导的研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取 inner cell mass细胞，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 marker 和酶活性，证实他们就是全能干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15－20干细胞用于培养。 John D. Gearhart在 Johns Hopkins大学领导的另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后5－9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有全能干细胞的特征。

2000年，由Pera、 Trounson 和 Bongso 领导的新加坡和澳大利亚科学家从治疗不育症的夫妇捐赠的胚泡内细胞群中分离得到人ES细胞，这些细胞体外增殖，保持正常的核型，自发分化形成来源于三个胚层的体细胞系。将其注入免疫缺陷小鼠错开内产生畸胎瘤。

2003，建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法，为人胚胎干细胞研究提供了新的途径。

2004年，Massachusetts Advanced Cell Technology 报道克隆小鼠的干细胞可以通过形成细小血管的心肌细胞修复心衰小鼠的心肌损伤。这种克隆细胞比来源于骨髓的成体干细胞修复作用更快、更有效，可以取代40%的瘢痕组织和恢复心肌功能。这是首次显示克隆干细胞在活体动物体内修复受损组织。

·干细胞研究的意义

分化后的细胞，往往由于高度分化而完全丧失了再分化的能力，这样的细胞最终将衰老和死亡。然而，动物体在发育的过程中，体内却始终保留了一部分未分化的细胞，这就是干细胞。干细胞又叫做起源细胞、万用细胞，是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。可以这样说，动物体就是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新，从而保证动物体持续生长发育的。

干细胞根据其分化潜能的大小，可以分为两类：全能干细胞和组织干细胞。前者可以分化、发育成完整的动物个体，后者则是一种或多种组织器官的起源细胞。人的胚胎干细胞可以发育成完整的人，所以属于全能干细胞。

动物胚胎干细胞的应用

l 生产克隆动物

1.1 利用ES细胞生产克隆动物的优势 近年来的研究表明。动物早期胚胎细胞、动物胚胎内细胞团细胞，动物ES细胞和动物原始生殖细胞均具有全能性和多能性。动物早期胚胎细胞数最少，在体外培养易分化。动物原始生殖细胞具有和ES细胞相似的特性，在体外诱导分化可形成多种组织，但PGCs细胞数量有限，限制了其应用。动物ES细胞具有全能性和多能性，并可以在体外增殖、冷冻，因而是克隆动物的理想材料。

1.2 利用ES细胞生产克隆动物的意义

1.2.1 大幅度提高良种家畜的繁殖效率:ES细胞与胚胎嵌合和ES细胞核移植技术可使一头良种家畜在短期内生产较多的具有遗传同质型的动物。这不但可以充分发挥良种动物的生产潜力，而且可以加速动物良种化进程。

1.2.2 抢救濒危动物，保存稀有动物遗传资源:利用ES细胞克隆动物技术，一方面在短期内可以繁殖大量的濒危动物，迅速扩大濒危动物的群体数最;另一方面可以用冷冻的全能性细胞作供体进行细胞核移植克隆稀有动物。

1.2.3 创造新物种:用异种动物细胞核移植和异种动物胚胎嵌合的方法可获得具有新性状的克隆动物或异种动物的嵌合体，这样有可能克服种间繁殖障碍，创造出新物种，获得用传统交配方法无法获得的新性状。

1.2.4 为实验生物学提供新材料:利用细胞核移植技术可以同时克隆遗传基础完全相同的生物个体。这些生物个体可用于遗传参数的估测，饲料营养价值的评定以及环境与动物关系的研究等领域。

2 生产转基因动物

2.1 生产转基因动物的程序和方法 利用ES细胞生产转基因动物的方法有：

(1)胚胎嵌合法:将一定数量的转基因ES细胞注射入囊胚或将转基因ES细胞和裸胚共同培养，生产转基因嵌合胚，将转基因嵌合胚移植给同期发情的受体母畜，使其妊娠，生产携有外源基因的嵌合体动物；

(2)细胞核移植法:以转基因ES细胞作供体进行细胞核移植，生产转基因胚胎，将转基因胚胎移植给受体母畜，生产转基因动物。

2.2 生产转基因动物的意义 与传统育种方法相比较，用ES细胞生产转基因动物的优势是：

(1)打破了物种的界限，突破了亲缘关系的限制，加快了动物群体遗传变异程度。

(2)可以进行定向变异和育种。利用同源重组技术对ES细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性动物。有可能创造新的物种；

(3)利用ES细胞技术，可在细胞水平对胚胎进行早期选择。这样可以提高选择的准确性，缩短育种时间。

利用阴细胞生产转基因动物，具有重要的作用，表现在：

2.2.1 促进动物生长，提高畜产品产量:目前，已将大鼠、牛、绵羊及人的GH基因先后导人小鼠基因组，得到的转基因小鼠在快速生长期(5～11周龄)生长速度为对照组的4倍。转bGH基因猪的研究结果表明，转基因猪日增重增加，饲料转化率大幅度提高。

2.2.2 生产药用蛋白:可以从转基因动物血浆和乳汁中获取外派药用蛋白质。从转基因动物血浆中提取重组蛋自质的优点是可以反复采血而不需要杀死动物，缺点是采血量受到限制和一些具有生物活性的重组蛋白质分泌进血浆对动物健康有一定的影响。动物乳腺摄取、合成、分泌蛋白质的能力很强，并且能对重组蛋白质进行加工(包括β-羟基化，糖基化，γ-羟基化等)，同时能将重组蛋白质折叠成有功能的构象。因此，转基因动物乳腺成为公认的生产重组蛋白质的理想器官。

2.2.3 动物抗病育种:通过克隆特定病毒基因组中的某些编码片段，对其进行一定修饰后转人家畜基因组，如果转基因在宿主基因组中能够表达，那么畜禽对该病毒的感染应具有一定的抵抗能力。Yamashita等将克隆的小鼠Mx基因有意义链和反意义链插入禽反转录病毒载体中，并以之转染鸡胚胎成纤维细胞(CEF)。结果表明，插入有意义链反转录病毒载体转染的(CEF)对人流感病毒、禽流感病毒的感染具有抵抗作用。

3 生产用于人类器官移植的动物器官

3.1 使人类ES细胞与猪等动物的胚胎嵌合，通过人、猪嵌合体动物为人类提供可移植器官。这样，可以克服异种动物器官移植所出现的免疫排斥反应。

3.2 定向诱导人类ES细胞分化，形成供移植的人体器。利用体细胞核移植技术在体外生产人的克隆胚胎，当克隆胚胎发育至袋胚时，分离并体外培养人胚胎ICM，获取ES细胞。然后在体外定向诱导分化ES细胞，生产包括人肌肉、神经和造血细胞的细胞组织[5]。已有在体外定问分化诱导ES细胞产生造血细胞，神经细胞和心肌组织并将其移植给成年小鼠的报道。体外受精胚胎及体细胞核移植胚胎为人类ES细胞的分离与克隆提供了实验材料。从原始生殖细胞克隆人类ES细胞的成功为利用该项技术生产人体器宵开辟了新途径。Pittenger等已从人间充质细胞分离人的多能性细胞。这些都推动了以人类ES细胞为材料生产人体器官研究的进展。

3.3 将人的基因导入猪等动物ES细胞，生产禽人基因猪.利用转基因猪为人类提供器官移植的材料。

4 研究真核细胞基因表达与调控一种方法是将外派基因导人ES细胞，研究基因在细胞分化和胚胎发育中的作用。另一种方法是利用基因定位整合技术使ES细胞特定位点的基因突变，缺失或失去功能，研究缺乏特定基因的生物细胞分化及胚胎发育状况，从而确定特定基因在生物发育过程中的作用，具体表现在：

4.1 利用转基因技术研究动物内分泌功能的关系例如，利用基因定位技术破坏胚细胞相关基因，可以制备甲状腺、肾上腺、卵巢、胰腺功能紊乱的小鼠模型，来研究高血压和繁殖功能与下丘脑一垂体分泌激素调节的关系。携带有metallothionein启动子和人或大鼠生长激素基因的小鼠，由于人或大鼠生长激素基因的过度表达，使该小鼠比正常小鼠大得多。

4.2 利用基因定位技术可以研究肿瘤的形成过程转基因小鼠可用于研究肿瘤的形成过程。近交小鼠肿瘤发生过程的特异性表明，肿瘤的发生具有遗传性。转基因小鼠肿瘤的形成，为进一步了解从细胞增生到肿瘤形成的过程提供了材料。

4.3 利用基因定位技术研究激素与控制生物发育基因的关系 利用细胞遗传操作技术增加或删去控制发育的有关基因，制备基因缺失型或基因定型小鼠，观测这种小鼠的表现以及对有关激素作用的反应。ES细胞遗传操作技术为从细胞到个体水平系统研究激素和基因对动物生长发育的调控机制提供了工具。

4.4 寻找与生长发育有关的基因 诱捕载体(Entrapment)与ES细胞相结合形成的一种新技术，可以识别在动物发育过程中表达的任何基因及其活动。例如，已知在生物发育过程中具有重要作用的某种蛋白质的结构，利用RT-PCR技术可以合成其相应的cDNA，通过分子杂交技术就可确定该基因在染色体中的位置。利用ES细胞遗传操作技术，可以有目的的探索同源异型盒家族基因的时空表达格局及其与细胞分化和胚胎发育的关系。

5 建立人类遗传病研究的动物模型 Piedrahita等以PJPB和PNMC109为载体(含有抗新霉素G418基因和aPLOE基因序列)，利用间源重组技术定位操作ES细胞的阿卟脂蛋白(apolipoprotein)E基因，制备aPloE基因缺失型ES细胞，将这种ES细胞导入囊胚腔，形成了嵌合胚胎。雌雄突变小鼠交配，生产了携带有ApLoE基因突变的小鼠[13]。这种APDE基因突变性小鼠为科学家研究阿卟脂蛋白缺乏症及其临床治疗方法提供了动物模型。

6 研究ES细胞在胚胎发育过程中的功能Hirofumi等将β-半乳糖苷酶基因导入ES细胞，将转染β-gal基因的ES细胞与早期胚胎嵌合，通过检测β-gal基因的表达来研究ES细胞在细胞分化、胚胎发育及参与各种组织形成过程中的作用。

7 研究基因表达及其产物的生理作用 ES细胞遗传操作技术也可用来研究蛋白质或酶的生理功能。Cozzi等用同源重组技术破坏ES细胞编码金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)的基因，产生金属蛋白酶基因缺失型ES细胞。其特性与同质细胞相似，比普通ES细胞更具有侵袭力。

8 研究同源重组序列长度与外源基因整台效率的关系 Heinte等将Rb基因片段与neo,hyg和HPRT标记基因相连接插入载体的BglⅡ位点，转染ES细胞，外源基因的整合率高达78%[16]。利用同源重组技术定位操作基因组，同源重组序列不可过小，否则会使操作的精确性降低。Thomas等设计了一种载体，使突变序列位于同源重组靶基因位点两侧数千个碱基之外。利用这种替换DNA序列载体，对小鼠ES细胞Hprt位点进行精细遗传操作，制备HPRT突变性细胞株，若同源重组序列DNA长度小于从1kd，重组的准确性降低。Hasty等研究表明，以插入载体和置换载体为工具，利用同源重组使压细胞特定位点发生突变，定点突变的效率与载体同源基因序列的长度有关，当同源序列在1.3～6.7kb之间逐渐增加时，定点突变的效率也随之增加。若同源重组碱基序列大于临界长度(6～8kb)，定位突变的效率就会下降。

9 研究细胞分化的机制利用ES细胞体外培养技术，可不受干扰地对单一的影响胚胎细胞分化的因子进行系统研究。ES细胞在细胞分化研究中的主要作用是：

9.1 研究饲养层抑制ES细胞分化的生理机制 深入研究ES细胞分化抑制的机制，对于阐明细胞分化调节的生理机制，寻求细胞分化调节的途径，具有非常重要的作用。如果人们能利用ES细胞弄清细胞分化的机制，就能从基因转录、翻译等水平对细胞进行操作，定向改变细胞分化的方向。

9.2 研究ES细胞的定向分化 培养的ES细胞在去除分化抑制因素或添加诱导分化因子后就会发生定向分化，形成某种类型组织细胞。Thomas研究发现，体外培养的ES细胞能自行向内脏卵黄囊、血岛及心肌细胞定向分化。Smith等实验证明胚细胞在不含分化抑制物的培养基中能分化形成中胚层;当ES细胞在禽DIA和维生素A酸的培养基中，则分化形成体壁内胚层。

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