干细胞技术及发展

干细胞技术及发展

摘要：干细胞技术是生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术，其已成为世界高新技术的新亮点，势将导致一场医学和生物学革命。本文主要介绍干细胞及干细胞的相关技术与发展方向。

关键词：干细胞干细胞技术发展方向

1 概述

干细胞技术，又称为再生医疗技术，是指通过对于干细胞进行分离、体外培养、定向诱导、甚至基因修饰等过程，在体外繁育出全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗。

干细胞技术最显著的作用就是：能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。由此人们可以用自身或他人的干细胞和干细胞衍生组织、器官替代病变或衰老的组织、器官，并可以广泛涉及用于治疗传统医学方法难以医治的多种顽症，诸如白血病、早老性痴呆、帕金森氏病、糖尿病、中风和脊柱损伤等一系列目前尚不能治愈的疾病。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且其较很多传统治疗方法具有无可比拟的优点。

2 干细胞技术

干细胞有诱人的临床应用前景，因此干细胞技术的研究开发自然成为当今世界生物医药领域的一个热点研究方向。干细胞技术涉及许多方面，包括干细胞的鉴别、分离纯化、分裂增殖、诱导分化、冷冻保存、解冻使用等。还包括干细胞培养液、干细胞再生医学生物材料、干细胞产品保存包装材料等相关技术。以下着重简述来自不同发育阶段和不同组织的干细胞的相关技术。

2.1 干细胞

在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了祢补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞即干细胞。一旦生理需要，这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。

2.1.1干细胞的特点

（1）干细胞本身不是处于分化途径的终端。

（2）干细胞能无限的增殖分裂。

（3）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。

（4）干细胞通过两种方式生长，一种是对称分裂--形成两个相同的干细胞，另一种是非对称分裂。可以说，干细胞是具多潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。

2.1.2 干细胞的分类

人体干细胞按分化潜能的大小可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型。

全能干细胞是具有形成完整个体的分化潜能的干细胞。如胚胎干细胞（简称ES细胞），具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型，进一步形成机体的所有组织、器官。

另一类是多能性干细胞，这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制，骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。

多能干细胞经过进一步分化，成为专能干细胞，专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，比如造血干细胞，则分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。

2.2胚胎干细胞技术

胚胎干细胞具有分化成人体全部类型细胞的能力，所以称为全能干细胞。目前世界上人类胚胎干细胞系已有数百株，各国科学家们正在共同努力，对这些细胞系进行系统性的比较鉴定研究，以期制定规范化的国际性胚胎干细胞标准。胚胎干细胞建系建库的目的主要用于研究人体发育的生理病理机制，当然，科学家也期待在不久的将来能在临床上应用胚胎干细胞治疗疾病。然而，由于胚胎干细胞具有成瘤性和分化难控性等安全性问题，胚胎干细胞应用于疾病的治疗这一良好愿望的实现尚需时日。

2.3体细胞核移植技术

体细胞核移植是指取出卵细胞的细胞核，之后把从一个体细胞分离出来的细胞核移植入已脱细胞核的卵细胞中，然后这个卵细胞在一定的刺激下发育分裂成囊胚，再从囊胚的内层细胞团中分离获得胚胎干细胞的技术。著名的“多利羊”就是苏格兰科学家利用这种技术获得的世界第一例克隆动物，应用同样的技术还克隆出了鼠、牛、狗、猪、猫等动物，所以这项技术也被称为生殖性克隆。理论上，采用体细胞核移植技术可以获得携带任意一个病人全部遗传信息的干细胞用于治疗疾病，因此此项技术又被称为治疗性克隆。

2.4诱导多能干细胞

2006年日本京都大学山中伸弥领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能干细胞（IPS）的研究。他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的IPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。随后，他们进一步通过改进筛选技术得到了更接近于胚胎干细胞的多能干

细胞，把这些细胞注入小鼠囊胚中再植入体内后可孕育出活的遗传混杂型仔鼠，甚至产出完全由IPS细胞发育而成的仔鼠。

IPS技术无疑是最近两年干细胞研究所取得的最为突出的成果，因此入选《科学》杂志年度十大科技突破，并名列榜首。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，IPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用IPS技术可以用病人自己的体细胞制备专用的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。然而，IPS的研究还只是刚刚起步，有许多技术难题还有待解决。例如，现在的IPS技术主要采用病毒载体引入细胞因子，这些病毒随机插进基因组后存在着激活致癌基因或抑制抑癌基因的可能性，因此存在较大的致瘤风险，显然不可能应用于临床。当前和今后一段时间的研究将继续优化方法，如使用质粒载体、融合蛋白、小分子等替代病毒载体。

2.5组织多能干细胞技术

组织干细胞又称体干细胞或成体干细胞，位于人体组织器官之中。现在除了从骨髓和血液中分离组织干细胞，还从人的胎盘、脐带、肌肉、大脑、皮肤、脂肪、滑膜等多种组织中获取各种干细胞。组织干细胞是已经进入临床应用的干细胞。造血干细胞是造血组织的多能干细胞。目前，利用造血干细胞治疗缺血性血管疾病已经在临床上广泛开展，不但用于治疗下肢缺血，而且开始用于心脑血管病的治疗，进一步的研究正在不断深入。

3干细胞的发展

干细胞将给人类带来了福音。白血病、再生障碍性贫血等绝症有克星；深度烧伤的病人也有“脸”见人；人类的角膜、心脏瓣膜将由“脏器再生工厂”来生产。

目前，无法用药物治愈的人体组织病创，主要依靠移植人工脏器和异体器官移植互为补充。而器官移植面临的最大难题就是供体的匮乏，即使移植成功，由于不是患者自身的器官，排异反应常常出现，病人必须不断服用具有毒副作用的免疫抑制剂，即便如此，存活率仍旧不高。但是利用干细胞技术，人体脏器再生将不是梦。

二十世纪是生命科学发展最为迅猛的时代，它已成为自然科学中最为引人注目的领域。在1999年末的年度世界十大科学成果评选中，“干细胞研究的新发现”荣登了十大科学成果之首。干细胞研究具有不可估量的医学价值，将促使科学家们重新认识细胞生长、分化的基本生命原理。

干细胞技术的迅猛发展，给人类健康带来了希望。但干细胞技术普遍用于临床，仍有很长的路要走。充分利用和发挥我国的干细胞资源优势和临床研究优势，坚持自主创新，坚持科学前沿和社会需求两手抓、两手都要硬的原则，才有可能使我国在世界干细胞技术的竞争中能保持优势。