干细胞在临床医学中的应用

干细胞在医学中的应用

摘要：干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞（pluripotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。

关键字：胰岛干细胞、神经组织细胞、皮肤干细胞、干细胞、脐血干细胞、成人干细胞、骨髓干细胞、胚胎干细胞

前言：干细胞即为起源细胞。简单来讲，它是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。

胚胎干细胞（Embryonic stem cell）的发育等级较高，是全能干细胞（Totipotent stem cell），而成体干细胞的发育等级较低，是多能干细胞或单能干细胞。据文献报导干细胞是一类具有自我更新和分化潜能并保持未分化状态的细胞。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体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。而成体组

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复制的能力（Self-renewing），能够产生高度分化的功能细胞。

1、干细胞的定义与分类

干细胞即起源细胞，是指尚未发育成熟的细胞，它具有多分化潜能和自我复制的功能。在特定条件下，可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官。医学界期望能够用干细胞来修复那些坏损组织或器官，因此称其为“万能细胞”。干细胞技术作为一种新兴的医疗技术，正逐渐展现出其诱人魅力，市场应用前景非常广阔。

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。

2、干细胞在医学上的应用

干细胞研究的重大突破在于：１９９８年，美国威斯康星大学的科学家成功地在体外培养和扩增了人体胚胎干细胞，为利用干细胞治疗疾病提供了细胞来源；１９９９年，美国科学家发现小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。随后科学家证实并发现，人类成体干细胞具有可塑性，为干细胞的临床应用拓展了更为广阔的空间。

１９９９年，美国《科学》杂志推举干细胞为２１世纪最重要的十项研究领域之一，且位居第一，领先于家喻户晓的“人类基因组测序”。２０００年，干细胞再度入选《科学》评选的十大科技成就。２００１年年底《科学》又将其置于２００２年值得关注的六大热门科技领域之首。

通过干细胞研究，人们相信，绝大多数疾病，包括神经性疾病、糖尿病、慢性心脏疾病、肾脏病、肝脏疾病、癌症和艾滋病等，都可望借助干细胞技术得到康复。同时利用干细胞及其产物细胞，还可以结合基因治疗、组织工程及药物开发等进行医疗或研究应用。

干细胞应用于临床治疗，最大的挑战在于稳定的细胞来源、足够的移植细胞量，以及能维持细胞活性的保存技术。目前干细胞的分离、纯化与收集技术，可说是取得治疗材料的关键，而生物体外细胞工程与选殖、细胞株的增生培养，以

及治疗产品的制造，也都是此一治疗所需的重要相关技术。英国的胚胎干细胞库的建立将为提供干细胞来源做出贡献。

虽然目前干细胞产业仍处在萌芽阶段，但其应用前景十分广阔，蕴藏着巨大商机。皮肤组织修复目前在组织工程中发展最快速，其相关产品为第一个取得美国食品和药物管理局的批准并上市，人工皮肤可用来治疗皮肤溃疡、烧烫伤、手术及美容等，目前所取的细胞来源有来自新生儿的包皮、或者病人本身的毛囊，上市产品如AdvancedTissueSciences公司的Dermagraft-TC、Organogenesis公司的Apligraf及瑞士公司ModexTherapeutics的EpiDexTM等。

骨髓移植手术可说是干细胞应用的一种，骨髓接受者先经化学及放射线治疗后，再移植捐赠的骨髓，其中所含的干细胞，将会分裂分化，再重新组成骨髓内的各种血液细胞，达到治疗的目的。

硬骨再生的研发目前也非常炽热，主要分三个技术层：合成移植物、脱矿骨基质（demineralizedbonematrix；可用来做骨组织工程所需的三度空间支架）、及促进骨生成的蛋白质（bonemorphogenicproteins）。

日本医学系佐佐木克典教授领导的研究小组，最近利用从美国威斯康星大学进口的人体胚胎干细胞，经过一年多的努力，用１００个人体胚胎干细胞成功制成了８个能在培养皿中搏动的心肌细胞，其成功率高于美国研究小组。这在日本国内还是第一次。日本庆应大学医学系冈野荣之教授领导的研究小组，最近用老鼠胚胎干细胞生成因早老性痴呆症而丧失的脑神经细胞获得成功。据称，如果能使这种细胞增殖，并提高其记忆机能，早老性痴呆症则有望治愈。

干细胞的用途非常广泛，涉及到医学的多个领域。目前，科学家已经能够在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命就可以得到明显的延长。美国《科学》杂志于1999年将干细胞研究列为世界十大科学成就的第一，排在人类基因组测序和克隆技术之前。

新加坡国立大学医院和中央医院通过脐带血干细胞移植手术，根治了一名因家族遗传而患上严重的地中海贫血症的男童，这是世界上第一例移植非亲属的脐带血干细胞而使患者痊愈的手术。医生们认为，脐带血干细胞移植手术并不复杂，就像给患者输血一样。由于脐带血自身固有的特性，使得用脐带血干细胞进行移