胚胎干細(xì)胞 - 早期胚胎或原始性腺中分離的細(xì)胞
胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell,ESCs,簡稱ES或EK細(xì)胞。)胚胎干細(xì)胞是早期胚胎(原腸胚期之前)或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞,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(nèi)環(huán)境,ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。胚胎干細(xì)胞研究在美國一直是一個(gè)頗具爭議的領(lǐng)域,支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥,是一種挽救生命的慈善行為,是科學(xué)進(jìn)步的表現(xiàn)。而反對(duì)者則認(rèn)為,進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎,而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式。由胚胎來源的原始(未分化)細(xì)胞,它們具有分化成為眾多特異細(xì)胞類型的潛質(zhì)。

簡介
胚胎干細(xì)胞(embryonic?stem?cells,ESCs)是指當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(Inner?Cell?Mass)的細(xì)胞,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(nèi)環(huán)境,ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。
胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性,能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官,包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到20世紀(jì)五十年代,由于畸胎瘤干細(xì)胞(EC細(xì)胞)的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。?
形態(tài)學(xué)特征
ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu),細(xì)胞核大,有一個(gè)或幾個(gè)核仁,胞核中多為常染色質(zhì),胞質(zhì)胞漿少,結(jié)構(gòu)簡單。體外培養(yǎng)時(shí),細(xì)胞排列緊密,呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色,ES細(xì)胞呈棕紅色,而周圍的成纖維細(xì)胞呈淡黃色。細(xì)胞克隆和周圍存在明顯界限,形成的克隆細(xì)胞彼此界限不清,細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣,多數(shù)呈島狀或巢狀。小鼠ES細(xì)胞的直徑7μm~18μm,豬、牛、羊ES細(xì)胞的顏色較深,直徑12μm~18μm。
特性
①胚胎干細(xì)胞具有多向分化潛能和發(fā)育的全能性,可長期增殖培養(yǎng)并保持高度未分化狀態(tài)。
②可在體外培養(yǎng)條件下建立穩(wěn)定的細(xì)胞系,并保持穩(wěn)定的二倍體核型,在體外長時(shí)間培養(yǎng)、誘導(dǎo)分化后,仍能分化形成3種胚胎生殖層。
③胚胎干細(xì)胞具有種系傳遞功能。若將其與受者囊胚混合后,可形成嵌合體或嵌合動(dòng)物,結(jié)合基因工程技術(shù),可以克隆出大量優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)基因生物。
④胚胎干細(xì)胞在體外可以進(jìn)行遺傳及改造操作,包括基因重組、誘導(dǎo)基因突變、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物等方面。
來源
胚胎干細(xì)胞的來源一般有5方面:①囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞;②胚胎生殖嵴處的胚胎生殖細(xì)胞;③終止妊娠的胎兒組織中分離出多能干細(xì)胞;④在體外用體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得胚胎干細(xì)胞;⑤從惡性胚胎腫瘤或畸胎瘤細(xì)胞獲得。
體外培養(yǎng)
在胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)過程中,用于分離和培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)系統(tǒng)必須能夠促進(jìn)胚胎干細(xì)胞增殖并保持胚胎干細(xì)胞處于未分化狀態(tài)。胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)方法包括有飼養(yǎng)層培養(yǎng)法和無飼養(yǎng)層培養(yǎng)法,大多數(shù)胚胎干細(xì)胞都是飼養(yǎng)層依賴的。常用的飼養(yǎng)層細(xì)胞有鼠胚成纖維細(xì)胞和STO細(xì)胞株,這兩種飼養(yǎng)層在貼壁能力和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)增殖上無顯著的差異,但在促進(jìn)胚胎干細(xì)胞集落的形成和生長方面,鼠胚成纖維細(xì)胞明顯優(yōu)于STO細(xì)胞系。有研究人員用小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(SNL)、兔胚胎成纖維細(xì)胞(REF)、兔腎臟成纖維細(xì)胞(RRF)作為飼養(yǎng)層飼養(yǎng)小鼠胚胎干細(xì)胞和兔囊胚,結(jié)果兔胚胎成纖維細(xì)胞能維持小鼠胚胎干細(xì)胞的未分化狀態(tài)及促進(jìn)兔囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)聚集生長,可以作為胚胎干細(xì)胞的飼養(yǎng)層細(xì)胞。同時(shí)在胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)液中加入一些細(xì)胞因子,如白血病抑制因子(LIF),可使胚胎干細(xì)胞在未分化的狀態(tài)下長期培養(yǎng),若將白血病抑制因子基因轉(zhuǎn)入胚胎干細(xì)胞,可使其不依賴于外源性白血病抑制因子,并可保持胚胎干細(xì)胞的多向分化潛能。
應(yīng)用
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作為生產(chǎn)克隆動(dòng)物的高效材料
胚胎干細(xì)胞可以無限傳代和增殖而不失去其基因型和表現(xiàn)型,以其作為核供體進(jìn)行核移植后在短期內(nèi)可獲得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同的個(gè)體。
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生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的高效載體
利用胚胎干細(xì)胞作載體使外源基因的整合篩選等工作能在細(xì)胞水平上進(jìn)行,使操作簡便可靠。從鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)ES細(xì)胞,培養(yǎng)后作為轉(zhuǎn)基因受體。轉(zhuǎn)基因后經(jīng)培養(yǎng)鑒定,選取陽性ES細(xì)胞,并重新注入代理母親囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中,發(fā)育后獲得嵌合體,經(jīng)雜交篩選可獲得轉(zhuǎn)基因純種種。
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發(fā)育生物學(xué)研究的理想體外模型
通過比較胚胎干細(xì)胞不同發(fā)育階段基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá),可確定胚胎發(fā)育及細(xì)胞分化的分子機(jī)制,并發(fā)現(xiàn)新基因。
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新型藥物的發(fā)現(xiàn)篩選
利用胚胎干細(xì)胞體外分化的細(xì)胞組織檢驗(yàn)篩選新藥,可大大減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及人群數(shù)量,加快了組織工程(histological?engineering)的發(fā)展。
研究進(jìn)展
自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠ES細(xì)胞,國內(nèi)外研究人員已在倉鼠、大鼠、兔、豬、牛、綿羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲長尾猴以及人類都分離獲得了ES細(xì)胞,而且已經(jīng)證明小鼠ES細(xì)胞可以分化為心肌細(xì)胞、造血細(xì)胞、卵黃囊細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、胰島細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞等。人類ES細(xì)胞也可以分化為滋養(yǎng)層細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、造血細(xì)胞、心肌細(xì)胞等。ES細(xì)胞不僅可以作為體外研究細(xì)胞分化和發(fā)育調(diào)控機(jī)制的模型,而且還可以作為一種載體,將通過同源重組產(chǎn)生的基因組的定點(diǎn)突變導(dǎo)入個(gè)體,更重要的是,ES細(xì)胞將會(huì)給人類移植醫(yī)學(xué)帶來一場(chǎng)革命。?
目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對(duì)象展開的,如:德美醫(yī)學(xué)小組在2009年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后,密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù),使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動(dòng)能力。
據(jù)日本共同社2013年5月16日?qǐng)?bào)道,美國俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)研究員立花真仁等的研究小組15日在美國科學(xué)期刊《細(xì)胞》(Cell)網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表文章,宣布已使用“體細(xì)胞克隆技術(shù)”,向女性提供的卵細(xì)胞內(nèi)植入他人皮膚細(xì)胞的細(xì)胞核,首次成功制作了能夠分化成各種組織的胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)。
研究與爭議
胚胎干細(xì)胞研究在美國一直是一個(gè)頗具爭議的領(lǐng)域,支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥,是一種挽救生命的慈善行為,是科學(xué)進(jìn)步的表現(xiàn)。而反對(duì)者則認(rèn)為,進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎,而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式。
因此,如果支持進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就等于是慫恿他人“扼殺生命”,是不道德的,違反倫理的。
布什堅(jiān)決反對(duì)
美國參議院在2006年7月17日就增加政府對(duì)胚胎干細(xì)胞研究經(jīng)費(fèi)撥款的議案進(jìn)行了辯論。新法案要求,增加聯(lián)邦政府用于干細(xì)胞研究的經(jīng)費(fèi),用于對(duì)那些將被遺棄的、處于冷凍狀態(tài)的臨床胚胎進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究。當(dāng)天進(jìn)行的辯論可謂相當(dāng)激烈,正反雙方都帶著強(qiáng)烈的感情色彩討論這一議案的利弊。不過,從現(xiàn)在的情形看來,參議院通過此項(xiàng)法案的難度不大。
但讓很多人頭痛的是總統(tǒng)布什的態(tài)度。布什此前已經(jīng)表示,如果這項(xiàng)議案在參議院獲得通過,他將不惜動(dòng)用總統(tǒng)否決權(quán)來阻撓議案付諸實(shí)施。17日,白宮再次發(fā)表了類似聲明,稱“他(總統(tǒng))將對(duì)議案行使否決權(quán)”。
科學(xué)家過去研究胚胎干細(xì)胞,都必須在胚胎上“大動(dòng)手腳”,有人認(rèn)為這樣做就犧牲了胚胎,即間接犧牲了一個(gè)未來的小生命,所以惹來了很多倫理上的反對(duì)和斥責(zé)。白宮的聲明說:“這項(xiàng)議案將強(qiáng)迫美國的納稅人為人類胚胎干細(xì)胞研究提供經(jīng)濟(jì)支持,而我們不應(yīng)使用公眾的錢來支持摧毀生命的行為。”
當(dāng)然,布什也有很多同盟軍,他們也都認(rèn)為,胚胎是一個(gè)未來的生命,不能因?yàn)檫M(jìn)行科學(xué)研究而扼殺生命。再者說,對(duì)胚胎干細(xì)胞的研究現(xiàn)在還只是停留在最初階段,距離臨床試驗(yàn)還有很長一段路要走,更不用說用于治療疾病了?!拔覀儾荒軆H僅因?yàn)橛械呐咛ゲ荒馨l(fā)育成生命就殘忍地在它們上面做試驗(yàn)?!惫埠忘h參議員吉姆·伯恩寧說?!坝姓l知道在這一研究領(lǐng)域取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展之前需要破壞多少胚胎呢?”
支持者據(jù)理力爭
支持者,特別是一些溫和派的共和黨人認(rèn)為,美國人民需要擴(kuò)大干細(xì)胞研究。他們指出,根據(jù)自愿的原則,利用一些廢棄的胚胎擴(kuò)大干細(xì)胞研究是為美國人所做的正確的事情。干細(xì)胞研究被認(rèn)為是找到老年性癡呆癥、帕金森癥等神經(jīng)和大腦疾病新療法的希望。
前美國第一夫人南?!だ锔褪且晃环e極推動(dòng)此議案形成的熱心人士。她的丈夫、前總統(tǒng)里根2004年死于阿爾茨海默氏癡呆癥,而如果干細(xì)胞研究取得突破,這種疾病以后就有望治愈?!八廊辉跒榇耸露教幈疾?。”民主黨參議員埃德華德·肯尼迪說?!拔覀兌贾溃怯捎谒呐?,這項(xiàng)議案才有今天,也才有可能取得一個(gè)理想的結(jié)果?!?/p>
參議院司法委員會(huì)主席斯佩克特本人是一位癌癥患者,而癌癥也是一種可以依賴干細(xì)胞研究獲得治療的疾病,因此,他也是此議案的擁躉之一。他還把這項(xiàng)議案的反對(duì)者比喻作阻撓科學(xué)車輪前進(jìn)的阻力,稱他們是“愚蠢的,不理智的,絕對(duì)荒謬的?!?/p>
而參議院多數(shù)黨領(lǐng)袖弗里斯特也持有這種觀點(diǎn)。他說:“我們將團(tuán)結(jié)起來,使得科學(xué)在倫理道德的界限之內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)?!?/p>
2006年7月19日,美國總統(tǒng)布什上任5年來首次動(dòng)用總統(tǒng)否決權(quán),否決了參議院一項(xiàng)旨在資助胚胎干細(xì)胞研究的提案,此舉引起了社會(huì)各界的廣泛爭論和關(guān)注。與此相對(duì)的是,7月24日,歐盟25國負(fù)責(zé)科研的部長在布魯塞爾開會(huì)決定,將繼續(xù)資助歐盟科研人員有限度地開展人類干細(xì)胞研究。道德層面的爭議已經(jīng)成為制約干細(xì)胞研究的瓶頸,科學(xué)與倫理再次成為對(duì)立的兩方。
研究獲法律支持
美國一家聯(lián)邦上訴法院2011年4月29日作出裁決,允許美國聯(lián)邦政府繼續(xù)資助人類胚胎干細(xì)胞研究。這是美國人類胚胎干細(xì)胞研究支持者取得的一個(gè)重要階段性勝利。
哥倫比亞特區(qū)巡回上訴法院當(dāng)天在裁決書中宣布,撤銷美國一地方法院法官去年發(fā)布的人類胚胎干細(xì)胞研究臨時(shí)禁令。判決書還認(rèn)為,聯(lián)邦資金資助人類胚胎干細(xì)胞研究似乎并不違反美國相關(guān)法律。
去年8月23日,哥倫比亞特區(qū)地方法院法官羅伊斯·蘭伯思針對(duì)兩位美國干細(xì)胞研究人員提起的訴訟發(fā)布臨時(shí)禁令,以違反法律等為由禁止聯(lián)邦資金資助人類胚胎干細(xì)胞研究。蘭伯思認(rèn)為,國會(huì)曾經(jīng)通過的一份修正案?“明確禁止”用聯(lián)邦資金資助所有需要破壞人類胚胎的研究,而所有人類胚胎干細(xì)胞研究都會(huì)包含破壞胚胎的步驟,因此美國國家衛(wèi)生研究院頒布的人類胚胎干細(xì)胞研究規(guī)范違反了該修正案。
但哥倫比亞特區(qū)巡回上訴法院在最新裁決中指出,上述修正案存在“模糊”之處,美國國家衛(wèi)生研究院有理由認(rèn)為,該修正案雖然禁止從胚胎中提取干細(xì)胞的破壞性行為,但并未禁止聯(lián)邦資金資助那些僅使用人類胚胎干細(xì)胞的研究項(xiàng)目。上訴法院據(jù)此宣布蘭伯思去年發(fā)布的臨時(shí)禁令無效。
美國白宮一名發(fā)言人當(dāng)天表示,上訴法院的裁決對(duì)美國科學(xué)家和全世界的患者來說是一個(gè)“勝利”,患者們將會(huì)從干細(xì)胞研究所帶來的醫(yī)學(xué)突破中受益。
人類胚胎干細(xì)胞研究在美國頗受爭議。2001年,美國前任總統(tǒng)布什規(guī)定聯(lián)邦資金僅準(zhǔn)許用于資助已經(jīng)存在的胚胎干細(xì)胞研究。現(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬2009年通過行政命令解除了上述限制,美國國家衛(wèi)生研究院隨之于當(dāng)年出臺(tái)胚胎干細(xì)胞研究規(guī)范。
爭議正式結(jié)束
美國聯(lián)邦最高法院今天駁回了要求禁止美國政府資助人類胚胎干細(xì)胞(human?embryonic?stem?cells,簡稱hESCs)相關(guān)研究的訴訟。這一決定結(jié)束了一場(chǎng)長期圍繞人類胚胎干細(xì)胞研究的法律斗爭。三年多來,該斗爭已經(jīng)使得人類胚胎干細(xì)胞研究蒙上了一層陰影。胚胎干細(xì)胞領(lǐng)域的研究者這次理應(yīng)歡呼了。
研究新方向
由于胚胎干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上存在著免疫排斥以及倫理窘境等壁壘,科學(xué)家正在嘗試其他途徑代替胚胎干細(xì)胞??茖W(xué)家試圖通過細(xì)胞重編程的方法讓病人的體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞供自身使用,主要的幾個(gè)分支包括細(xì)胞核移植,患者體細(xì)胞與供體胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞融合,以及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。其中誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在近五年內(nèi)新興并迅速得到學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。
