干细胞和再生医学(一)(二)(三)

干细胞和再生医学（一）
再生现象和再生医学
在自然界中经常能看到生物的再生现象。

典型的再生生物是片蛭。

将片蛭切断后，断面能够识别头部或者尾部的位置，如果切掉的是头，头部将在该位置再生；如果切掉的是尾，尾巴将在该位置再生。

蝾螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力，青蛙与蝾螈同属两栖动物，却不具备再生的能力，但青蛙的前身蝌蚪却又显示出四肢再生的能力。

这种神奇的能力很早就吸引了人类的研究视线。

生物学家研究动物的再生，主要想了解其再生的机制，了解一个新生的片蛭细胞是否会生成一个整体，了解同是两栖动物的蝾螈、青蛙和蝌蚪的再生能力为什么不同，进而了解生命体中每一种蛋白质和DNA的功能及其与生命体整体间的合作方式。

当然，生物学家更想了解人类为什么不能再生肢体，并希望利用生物技术帮助人类把受到损伤的肢体、器官或者组织再生，形成新的有功能的部分。

这方面的研究冲动，催生形成了利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官，使其恢复自然状态的研究－－再生医学研究。

再生医学的研究需要多学科的参与，不仅涉及生命科学，同时还涉及材料科学、组织工学以及社会伦理等方面的问题，是一门崭新的生物技术与临床医学紧密结合的综合医学。

随着近年来干细胞、克隆等领域的飞速发展，再生医学应用于移植外科的重要作用和前景越来越为人类所重视。

干细胞和再生医学(二)
干细胞：再生的重要细胞
在再生医学的研究和应用中，最有价值的细胞是干细胞。

现在知道，片蛭之所以头部和尾部都能再生，就是因为它全身都存在干细胞。

干细胞向切断的部位移动，通过增殖和分化，就完成了片蛭再生的全过程。

通常，一个生命体的生成需要一个受精卵不断地分化，形成各种组织和器官，最终构建起一个完整的生命体。

在成体的不同组织和器官中，存在着具有再生能力的干细胞，即组织干细胞(成体干细胞)。

组织干细胞在组织和器官中保持着一定的数量，这些细胞在机体受到损伤时能够自动地再生出一定数量的相应细胞。

干细胞的细胞周期晚，但是细胞处于低分化状态，一生都具有增殖能力。

干细胞虽然数量很少，但在骨髓、血液、皮肤、消化道内皮组织等组织中都有存在，甚至在脑中也存在可以不断分化的多能干细胞。

除了存在于成体组织和器官中的干细胞，还有存在于胚胎中的胚胎干细胞(ES细胞)。

由于干细胞具有自我复制能力，再生性强；同时由于处于低分化状态，它还具有分化成多种细胞、组织和器官的能力，而且尤以胚胎干细胞分化潜力最强，它具有全能分化的潜力，可以分化形成各种组织和器官，因此背负着再生医学的重任，在人体组织损伤、修复中引起科学界的关注。

1997年体细胞克隆羊的降生，是生命科学一个划时代的进步，它把克隆人类变成了可能。

但无论是使用克隆人的器官或者是使用克隆的人类胚胎进行医学治疗，即现在学界所讲的治疗性克隆，目前都还处于激烈争论的阶段。

1998年汤姆生(J．Thomson)等人发表了关
于胚胎干细胞的可用性论文，指出了干细胞的再生与体细胞克隆的不同，更是掀起了干细胞研究的热潮。

干细胞要为再生医学所用，必须解决稳定的体外来源问题。

来源问题也是治疗性克隆争论的焦点之一，因为克隆器官和组织所需的干细胞如果取自胚胎，将会损毁胚胎。

体外培养的干细胞系的构建，是解决来源问题的有效途径。

有了体外培养的干细胞系，干细胞就可以源源不断地获得。

1981年，埃文斯(M．J．Evans)等人成功建立了小鼠的胚胎干细胞系。

这个ES细胞系来源于小鼠胚胎期细胞，其特点是不会癌化，在体外能够稳定地增殖，而且已经发现这个ES细胞系在体外培养后分化成了各种细胞，在体内进行移植时形成了各种畸形肿块。

把ES细胞与胎儿纤维母细胞共同培养，ES细胞的分化受到抑制。

抑制ES分化的因子是由胎儿纤维母细胞分泌的白细胞抑制因子(LIF)。

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从小鼠到人的跨越却经历了将近20年。

1998年汤姆生等人取得突破，建立了人的ES 细胞系。

他们在从人胎盘获得的140个细胞中确立了5个细胞，这些细胞能分化出3个胚叶。

把这些ES细胞移植给有免疫缺陷的小鼠，这些细胞在小鼠体内分别分化成软骨、骨、肌肉、神经、器官等含有多种不同细胞的畸形肿块。

同时还发现这些细胞调聚活性(telomerise)很高，并且带有ES细胞表面特有的蛋白质和酶。

有人把人ES细胞与小鼠胎儿的纤维母细胞共同培养，ES细胞仍能够分裂、增殖。

很多科学家试图控制小鼠ES细胞的分化方向，让他们朝着所需要的细胞或器官方向分化。

他们在培养ES细胞时不添加小鼠胎儿纤维母细胞，也不添加LIF，这样培养出来ES 细胞分化发育成与胎盘相似的胚体(embryoid body)。

另外，也看到了ES细胞向血液、内皮细胞、骨骼肌、平滑肌、心肌、神经细胞、上皮细胞等方向分化的现象。

这种控制ES细胞分化的研究机构在美国有100多个，其中包括美国国立健康研究院(NIH)。

干细胞和再生医学(三)
从基础到临床
到目前为止，大量的研究结果已经告诉人们干细胞不仅存在于骨髓之中，也存在于机体的各种组织和器官中。

利用存在于组织和器官中的干细胞治疗临床上的各种疾病的研究，已经广泛展开。

比如在体外诱导ES细胞再生成神经细胞，再把神经细胞移植给患有帕金森(Parkinson)综合征或者阿耳茨海默病(Alzheimer)的患者，以治疗或缓解这些脑部疾病；在治疗1型糖尿病的动物实验中，诱导ES细胞分化成胰岛细胞，将这些重新分化生成的胰岛细胞移植给糖尿病小鼠，达到治疗糖尿病的目的。

1999年，彼廷格(M．P．Pittinger)报道在骨髓基质中存在着间质干细胞(mesenchvmal stell cells，MSC)，其中存在着可以分化成骨、软骨和脂肪的干细胞。

将具有MSC细胞的骨髓移植给患有先天骨疾病(osteogenesis immperfecta)的患者，在体内看到了新骨的生成。

皮肤作为人体中所占面积和重量最大的器官，其重量占人体的16％，面积达1.6平方米。

皮肤就像身体的宇宙服，它能防止外界细菌侵入，保持体内水分和调节体内温度。

如果这个宇宙服破了(烧伤、烫伤后的皮肤损伤)，就会发生细菌侵入和水分失衡，严重者出现感染、脏器衰竭等并发症。

皮肤缺损后的治疗方法是进行皮肤移植，一般使用患者自身皮肤移植。

但当遇到大面积皮肤损伤时，患者自身的皮肤往往不够移植所用，此时再生皮肤移植可以达
到救命之目的。

日本学者矢永博子在救治一个10岁的烫伤儿童时，采用了患儿表皮进行表皮细胞体外培养。

当表皮细胞增殖、分化达到一定厚度时，将其移人特殊的培养瓶内，最终获得了与人体皮肤结构相似的再生表皮组织。

将这样的组织移植给Ⅱ度烫伤80％的患儿，4个月后孩子恢复了正常生活和学习。

需要强调的是，利用干细胞再生创造的组织和器官，大部分是需要材料支持的，这就是材料学和组织工学。

皮肤的再生就涉及了材料学和组织工学技术，而指关节的再生更加体现了组织工学的作用。

指关节是由软骨、骨和关节腔组织构成的，要想再生指关节必须同时再生骨、软骨和肌腱三种组织。

日本学者礁只典孝和他的同伴在2000年成功地完成了指关节的再生工程。

他们从牛的前蹄中采取骨膜。

骨膜是骨的形成表层，存在着大量可以再生的前驱细胞。

同时，他们还从牛的软骨组织和肌腱组织中分离出游离细胞，并将这三种细胞一并移人事先制作的指关节模型中去，形成细胞—模型复合体，然后把这个复合体移植到裸鼠皮下。

这个细胞—模型复合体可以从裸鼠周围组织中获得血供，细胞在模型中增殖，并朝着特定方向分化。

由于指关节模型是用多聚乳酸类物质做成的，在体内很容易分解，并很快被体内吸收。

10个月后，再生的指关节再现了正常指骨、指关节的三元结构，有新生骨组织、软骨组织和肌腱组织的再生，在细胞—指关节复合体周围有足够的血流。

指关节再生工作充分展现了组织工学、材料学在再生医学中的作用。

再生医学的研究和进展开拓了临床医学的视野，超越了目前临床医学的界限，将克服那些现在克服不了的问题。

再生医学将做为21世纪的医学而备受关注，将带动生命科学和医学的进步。