干细胞治疗技术

干细胞的生物学特性

干细胞是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞群体,按其分化能力分为以下3类。

2. 1全能干细胞其具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞( embryonic stem cell, ESC) ,来源于受精卵囊胚期内细胞团组织或早期胚胎的生殖嵴细胞,此外,还可以采用体细胞克隆技术获得。ESC属于起源细胞,具有分化为内、中、外3 个胚层的所有细胞的全能性;同时表达高水平的端粒酶活性,在胚胎状态能进行无限的增殖;具有正常的核型及染色体,表达阶段特异性胚胎抗原,如人类ESC表达SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60和TRA-1-81,还表达Oct4、Fgf4、H2az、Foxd3、Nanog和Sox2 等与多能性有关的关键蛋白[ 3 ]。1998年美国的Thomson等首次在国际上建立人ESC株,促进了ESC研究的飞速发展,展示出巨大的医学应用前景。

2. 2多能干细胞这种干细胞具有分化为多种细胞、组织的潜能,但丧失发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制。。例如内皮干(祖)细胞( endothelial p rogenitor cell, EPC) , 骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC )等。

2. 3单能干细胞只能向1 种类型或密切相关的2 种类型的细胞分化。如上皮组织基底层的干细胞。

干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,又称为“万用细胞”。根据发育阶段将其分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)2种。

干细胞做为一种新型的治疗方法，临床上广泛应用各种疾病的治疗，干细胞是一种未分化完全的细胞，还没有可以产生排斥的抗原，所以只要分离，提纯达到标准，是不会出现排斥反应的。干细胞是能够通过人工诱导在身体内长成任何类型的细胞或者组织的原始活细胞。

干细胞研究的学术与技术进展

1867年，德国病理学家Cohnheim教授在研究伤口愈合时，首次提出骨髓中存在着非造血干细胞的观点，指出纤维母细胞可能来源于骨髓。1945年，科学家们将正常老鼠的骨髓移植到经过放射线照射过的老鼠身上后发现骨髓移植可以使这些老鼠恢复健康。

1950年，研究证明骨髓移植能挽救遭受致死剂量辐射的动物。

1960年，加拿大科学家詹姆士·堤尔和恩尼斯特·莫科洛克发现并命名造血干细胞。

1967年，美国华盛顿大学的多纳尔·托马斯在《新英格兰医学》杂志报告说，如果将正常人的骨髓移植到患者体内，可以治疗造血功能障碍。

1969年，多纳尔·托马斯教授完成了第一例骨髓移植，并因此而获得1990年诺贝尔医学和生理学奖。

1970年3月，第一次尝试用8份脐血治疗一位16岁的白血病患者，虽然没有发生移植物抗宿主病发应，但移植失败。后经化疗成功治愈。1974年，Friedenstein 从骨髓中分离得到间充质干细胞（MSC）

1981年，美国华盛顿大学的Martin教授建立了小鼠胚胎干细胞系。

1985年，Piersma证实MSC存在多向分化潜能。

1986年，中国医学科学院血液学研究所首次实行白血病患者自体干细胞移植。

1988年，法国首次对范可尼氏贫血患儿进行了脐血移植。

1990年，生物学家们成功地由灵长类如黑猩猩或猴子的胚胎分离并培养出非常原始的干细胞。

1992年，美国纽约血液中心建立了世界上第一家“生命银行”——脐血库。David Harris博士为儿子储存了首份个人脐血。

1993年，Koh证实骨骼肌成肌细胞可向心肌细胞转化。

1995年， Donald Kohn在路易斯安娜儿童医院利用基因工程在世界上首次成功利用脐血治疗重症免疫缺陷综合征。

1996年，Li 证实大鼠胚胎心肌细胞可向心肌细胞转化。

1996年，由美国心肺血液国家研究所发起建立脐血移植研究计划（COBLT）投资3 000万美元。其中包括3个脐血库和7个移植中心。1997年，NEJM发表了在1988~1996年由45个移植单位完成的143例脐血移植报告。

1998年11月，美国威斯康星大学的科学家在美国《科学》杂志报告说，成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增殖。

1998年，美国总统克林顿要求全面评估人类干细胞研究所涉及的问题。

1998年，一位巴西白血病患者的父亲将该患者妹妹的脐血保存，并成功用于移植。

1999年，美国国家生命伦理顾问委员会向克林顿总统提交了“人类干细胞研究的论理学问题”的报告。

1999年12月，干细胞研究进展被《科学》杂志评选为该年度世界十大科学进展之首，而风头正劲的人类基因组研究只好屈居第二位。

2 干细胞治疗的临床应用

干细胞治疗是将健康的干细胞移植到患者或自己的体内,以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。干细胞治疗是从根本上治疗疾病,目前在临床的应用主要有。

2.1 干细胞治疗心血管疾病

自体骨髓干细胞通过导管移植于患者心肌梗死的体内,梗死范围明显缩小,心脏指数和心排除量明显上升,治疗效果明显。其机制可能为干细胞所分化的心肌细胞再生和神经血管化。以色列工学院最近宣布,科学

家首次从胚胎干细胞中培养出人类心脏组织,并且有新生心脏组织的电特性和机械性。

2.2 干细胞治疗与神经系统疾病

瑞典神经学家Bjorklund及其同事应用从流产胎儿脑中分离的神经组织细胞,移植人患者的脑中来治疗帕金森症。人骨髓间充质干细胞移植到损伤周围皮质区,能明显改善该区域的感觉运动功能,而且移植的间充质干细胞能向神经元前体细胞或神经元样细胞进行分化。

2.3 造血干细胞治疗与血液病

由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞,而且干细胞又具有极强的造血功能,因而受到越来越多医生的重视和加以应用。

2.3 造血干细胞治疗与血液病

由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞,而且干细胞又具有极强的造血功能,因而受到越来越多医生的重视和加以应用。

2.4 干细胞治疗与肝病

研究表明,当肝脏严重受损时,骨髓间充质干细胞可分化为肝卵原细胞,从而以肝源性干细胞的增殖作为主要修复手段,替代坏死的组织,还可以刺激受体组织再生,以治疗各种原因所致的肝脏损伤。此外,通过体外基因修饰肝脏干细胞,再移植给相应基因缺陷的受体肝脏,使其分化为具有正常功能的肝细胞,可以用于改善肝脏代谢疾病。

2.5 干细胞治疗与肾病

Baloven等用骨髓干细胞培育出了肾脏组织,实验表明通过移植间充质干细胞可以修复受损肾脏, 并可分化为肾小管上皮细胞,从而恢复肾脏的组织结构和功能。间充质干细胞分化为肾小管上皮细胞的潜能, 在肾衰竭的治疗中将体现出十分重要的价值。

2.6 干细胞治疗与糖尿病

Ramiya及其同事将胰岛干细胞体外诱导后分化成成胰岛素的β细胞,移植后发现接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好,而对照的小鼠死与糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。

2.7 干细胞治疗与骨关节疾病

将骨髓间充质干细胞与支架材料复合之后移植到创伤部位,可以用于修复骨缺损。Connolly等报使用人骨髓间质干细胞治疗胫骨骨折后的骨不连,发现能加快骨形成的速度,而且通过植入物可向成骨和软骨转化。

3 干细胞治疗存在的问题