細胞工程論文胚胎干細胞

1、細胞工程課程論文目:胚胎干細胞在生物醫(yī)學方面的研究及用t=r.號:20100412310035名:級:周文斌2010 級業(yè):牛物工程（1）班指導教師:完成日期:2013 年11月28日成 績:胚胎干細胞在生物醫(yī)學方面的研究及應用摘要：干細胞，在醫(yī)學中被稱為“萬用細胞”，是一類具有自我更新和分化潛能的細胞，在生命的生長與發(fā)育中其起主干作用的原始細胞。 本文即以干細胞為 基礎，從胚胎干細胞概念出發(fā)，介紹胚胎干細胞的生物學特性， 對近年來國內外 胚胎干細胞的研究歷程做出梳理與總結，并對其研究成果、應用前景及存在問題 作出概述。關鍵詞：干細胞；胚胎干細胞；生物學特性；研究歷程及成果；應用前景；存在 問

2、題、干細胞干細胞(stem cells, SC)是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。根據干細胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。根據干細胞的發(fā)育潛能分為三類：全能干細胞(tot ip ote ntstemcell,TSC)、多能干細胞(Pluripotentstem cell )和單能干細胞(unipotent stemcell )。干細胞是一種未充分分化，尚不成熟的細胞，具有再生各種組織器官和 人體的潛在功能，醫(yī)學界稱為“萬用細胞”。、胚胎干細胞(ESQ胚胎干細胞(embryonic stem cell ，ESC是從著床前胚胎內細胞團或原始生殖

3、細胞經體外分化抑制培養(yǎng)分離的一種全能性細胞0它具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內環(huán)境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。1981年，埃文斯(Eva ns)和考夫曼(Kaufman) 從小鼠胚囊內細胞團建立了未分化的小鼠胚胎干細胞2,3 0 1998年，湯姆森(Thomson在體外受精5天的人囊胚中成功分離出hES細胞,體外培養(yǎng)維持不 分化狀態(tài)均傳代30代以上,建立了人的胚胎干細胞系開創(chuàng)了胚胎干細胞的新紀一 47元 。三、生物學特性1、形態(tài)學特征ES 細胞具有與早期胚胎細胞相似的形態(tài)結構，細胞核大，有一個或幾個核 仁，胞核中多為常染色質，胞質胞漿少，

4、結構簡單。體外培養(yǎng)時，細胞排列緊密, 呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色，ES細胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細胞呈 淡黃色5。2、全能性或多能性ES細胞全能性或多能性的基礎是其具有的高度的分化潛能。細胞分化終究歸結為在胚胎發(fā)育過程中基因組中的特定基因按一定順序相繼活化和表達 以,細胞全能性的實質是細胞基因組中決定蛋白質編碼的所有基因按一定順序表達。細胞全能性或多能性與細胞分化狀態(tài)的相對穩(wěn)定性密切相關。細胞分化具有 相對的穩(wěn)定性，但在一定條件下，細胞分化又是可逆的。低等生物細胞和高等動 物的早期胚胎細胞具有全能性，但用成年綿羊的乳腺細胞和胎兒成纖維細胞為 供體進行核移植生出了綿羊羔，這表明：不但未分化

5、的胚胎細胞具有全能性，已也具有全能性。分化的體細胞在特定條件下經過脫分化(Dediffere nt iatio n)已分化的細胞具有全能性的前提條件是這種細胞在體外誘導進入休眠狀態(tài)。細胞有系統(tǒng)地表達的全能性是細胞核基因在不斷變化的胞質環(huán)境的作用下有次序、 結果,在分化的細胞內存在有可逆性修飾的遺傳物質。但并非所有的體細胞均具 有全能性,例如紅細胞，在成熟時失去細胞核，喪失了可逆性分化的遺傳物質。四、研究歷程及成果1、60年代，幾個近親種系的小鼠睪丸畸胎瘤的研究表明其來源于胚胎生殖細胞(embryonic germ cells, EG 細胞)，此工作確立了胚胎癌細胞(embryoniccarci

6、 noma cells, EC 細胞)是一種干細胞 。2、1981年，Evan, Kaufman和Martin從小鼠胚泡內細胞群分離出小鼠 ES細胞。他們建立了小鼠ES細胞體外培養(yǎng)條件。由這些細胞產生的細胞系有正常的二倍型，像原生殖細胞一樣產生三個胚層的衍生物。將ES細胞注入上鼠，能誘導形成畸胎瘤2,3。3、1992年，兩組科學家直接從受精后812天的鼠胚中成功分離出mE住田胞【7,811994年，通過體外授精和病人捐獻的人胚泡處于 2-原核期。胚泡內細胞群在培養(yǎng)中得以保存其周邊有滋養(yǎng)層細胞聚集，ES樣細胞位于中央。4、1998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人的多能(pluripotent )干

7、細胞：JamesA. Thomson在 Wisconsin大學領導的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取innercell mass細胞，建立細胞株。經測試這些細胞株的細胞表面marker和酶活性,證實他們就是全能干細胞。用這種方法，每個胚胎可取得15-20干細胞用于培養(yǎng)。John D. Gearhart 在Johns Hopkins大學領導的另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了干細胞株。他們的方法是：從受精后5- 9周人工流產的胚胎中提取生殖母細胞(primordial germ cell )干細胞的特征。由此培養(yǎng)的細胞株，證實

8、具有全能5、2000年，由Pera、Trounson和Bongso領導的新加坡和澳大利亞科學家從治療不育癥的夫婦捐贈的胚泡內細胞群中分離得到人ES細胞，這些細胞體外增殖，保持正常的核型，自發(fā)分化形成來源于三個胚層的體細胞系。 將其注入免疫 缺陷小鼠錯開內產生畸胎瘤。6 2002年重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所完成了中國首例囊胚胎培養(yǎng)技術。該技術不僅大提高了試管嬰兒的妊娠成功率，還有效地降低多胞胎發(fā)生率。美國 哈佛大學醫(yī)學院正與重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所合作， 人工共同研究干細 胞的分化，為“克隆”人體器官創(chuàng)造條件。7、2003,建立了人類皮膚細胞與兔子卵細胞種間融合的方法，為人胚胎干細胞研

9、究提供了新的途徑。8、2008年1月美國加利福尼亞州從事干細胞研究的 Stemagen公司采用克隆多 利的技術來建立人體晶胚，首次宣布由人體細胞成功克隆人體胚胎， 雖然這些比 針頭還要小的晶胚細胞只存活了 5天時間，它們卻被視為治療阿爾茨海默癥、帕金森氏癥等疾病的一個里程碑.9、2009年2月2日山東省干細胞工程技術研究中心宣布首次成功克隆人類囊胚,此研究選擇了健康卵細胞志愿捐獻者12人，經過促排卵共獲得135枚卵細胞，其 中77枚卵細胞進行了預實驗，58枚卵細胞用于實驗，最終成功獲取囊胚 5枚。其中4枚囊胚的供體細胞來源于正常人皮膚纖維細胞，1枚來源于帕金森患者外周血淋巴細胞。因而，揭示了在

10、構建胚胎發(fā)育過程中的部分科學和技術問題，這使治 療性克隆研究向前邁進了一大步。五、應用前景1、研究體外細胞分化的理想材料ES細胞在添加抑制因子的培養(yǎng)液中，能夠維持不分化的狀態(tài)。在培養(yǎng)液中加入分化誘導因子，如牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等化學物質時，就可以誘導ES細胞向不 同類型的組織細胞分化，這為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效的手 段。2、治療疾病用神經細胞治療神經變性疾?。ㄅ两鹕C合癥、脊髓損傷、阿爾茲海默?。渭毎委煾窝?、骨骼肌 細胞治療肌營養(yǎng)不良，胰島細胞治療糖尿病，心肌細 胞 修復壞死的心肌等12。另外，目前，ES細胞作為組織工程的種子細胞，已 在體外培養(yǎng)膀胱組織、胰腺、皮膚和角膜

11、等方面取得成功11。3、畜牧業(yè)和制藥實驗研究表明，ES胞可提高基因轉移效率，因此，ES胞系對于轉基因動 物與克隆動物生產（如稀有動物）、高效率產品的生產、藥物制造等具有重要的 利用價值【9，10】04、器官移植對胚胎干細胞進行體外培養(yǎng)，經過誘導分化，形成相應的組織和器官，可以用 于組織器官的移植，使體內病變的組織器官得以修復并恢復正常功能。而且用自體的細胞進行培養(yǎng)后移植還可以避免異體移植所帶來的免疫排斥問題。目前，在動物實驗方面，用ES細胞誘導分化出的某些組織細胞已成功地治愈肝衰竭、心衰 竭、成骨不良等疑難病癥。也許在不久的將來，當我們的身體某一類細胞功能出現異常或退化時，就可以通過誘導ES細

12、胞定向分化來及時修補13 05、克隆動物胚胎干細胞在理論上具有可以無限地傳代增殖，而且不改變其基因型和表現型的特點。如果以胚胎干細胞細胞作為核供體進行核移植，可以在短時間內獲得大量基因型和表現型完全相同的個體，這在保護珍稀野生動物方面有著重要意義。還可對胚胎干細胞進行遺傳操作，通過細胞核移植生產遺傳修飾性動物，有可能創(chuàng)造新的物種。6、轉基因動物目前常用的生產轉基因動物的方法是向受精卵中注射DNA外源基因的整合、表達和篩選工作是在個體水平上進行的，不僅工作繁瑣、周期較長、成功率低 而且后代的遺傳性狀也常出現分離；而利用胚胎干細胞作為基因載體，得到基因 整合的細胞，將載體胚胎干細胞直接進行核移植或

13、者通過與胚胎嵌合獲得嵌合動物，胚胎干細胞在嵌合體中分化發(fā)育成全能性的生殖細胞，即可以得到攜有目的基因的轉基因動物。一個優(yōu)良的ES細胞系不僅可以用于各種目的基因轉化，用各 種方法將外源DNA導入細胞，而且外源基因的整合數目、位點、表達程序以及穩(wěn) 定性等都可以在細胞水平上進行加工、篩選，在很大程度上加快了動物遺傳工程 的進程。7、胚胎干細胞在哺乳動物個體發(fā)育中的應用由于ES細胞可以分化為胚胎的內胚層、中胚層和外胚層中任何一類細胞，于 是可以將帶有遺傳標記的ES細胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過組織化學染色，了 解ES細胞的分化特點，這就為研究胚胎發(fā)育過程中的細胞分化及組織和器官形 成的規(guī)律,進而研究動

14、物體器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響的因素等提供了 可能?？傊珽S細胞應用前景非常廣闊，1999年，Science將人ES細胞研究 成果評為當年世界十大科技進展之首，2000年Time周刊將其列為20世紀十 大科技成就之首，并認為ES細胞和人類基因組將同時成為新世紀最具發(fā)展和應用前景的領域14 0六、胚胎干細胞研究中存在的問題雖然作為十大科技之首，應用前景非常廣闊，但胚胎干細胞（特別是人胚胎干細胞）的研究與應用卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。主要有以下幾方面的原因:1、ES細胞在體外定向誘導難度大ES細胞在治療前必須事先在體外被誘導分化為某種特異的組織細胞，否則直 接移植有發(fā)生畸胎瘤的危險。2、免疫排斥

15、-10 -免疫排斥仍是目前異體ES細胞移植的最大障礙。盡管誘人設想提出對ES細胞的基因作某些修飾，從而創(chuàng)建適合所有個體的“萬能供者細胞”，即通用的ES系O但這種方法需要破壞和改變細胞中許多基因，安全性得不到保障12O3、人ES細胞來源匱乏(1)倫理道德因為人ES細胞需要取自胚胎，而多數人認為殺死胚胎就是毀滅生命， 侵犯人權，特別是對治療性克隆的爭議更大， 不僅要殺死胚胎，還容易犯克隆人的錯誤15O(2)成功率不高目前科學家對人ES細胞培養(yǎng)擴增時如何保持其不分化，即體外建系的最佳條件不清楚，因此人E細胞建系的成功率不高12 O值得一提的是，由于核轉移效率問題，目前的治療性克隆技術仍然不能解決 E

16、S細胞的來源問題。因為據統(tǒng)計，每個人ES系的成功誘導至少需要280個人卵細胞16。雖然人-牛等異種重構胚可解決人卵細胞的來源匱乏的問題，但這又存在嚴重的安全性與倫理學諸問題17O參考文獻:1李志勇細胞工程(第二版)M.北京：科學出版社，2010.159-160.2 Evans MJ, Kaufman MH. Establishment in culture of pluripoteialcells from mouseembryos J. Nature, 1981,292(5819): 154-56.3 Martin G. Isolati on of a pluripoten tial cel

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