什么是干细胞

 干细胞，一种未分化的细胞，可以分裂产生一些继续作为干细胞的后代细胞和一些注定要分化（变得特化）的细胞。干细胞是构成动植物组织和器官的 分化细胞的持续来源。干细胞有两种主要类型：胚胎干细胞和成体干细胞，也称为组织干细胞干细胞。

干细胞的作用和功效

干细胞的种类

胚胎干细胞

  胚胎干细胞（通常称为 ES 细胞）是源自处于发育非常早期的哺乳动物胚胎内细胞团的干细胞，当时它由分裂细胞（囊胚）的空心球体组成。来自人类胚胎和某些其他哺乳动物物种胚胎的胚胎干细胞可以在组织培养中生长。

小鼠胚胎干细胞

  研究较多的胚胎干细胞是小鼠胚胎干细胞，于1981年被发现。这种类型的干细胞可以在存在的情况下无限期培养白血病抑制因子 (LIF)，一种糖蛋白细胞因子。如果将培养的小鼠胚胎干细胞注射到囊胚阶段的早期小鼠胚胎中，它们将整合 到胚胎中并产生可分化为随后发育的大部分或所有组织类型的细胞。这种重新填充小鼠胚胎的能力是胚胎干细胞的关键定义特征，正因为如此，它们被认为是多能性——也就是说，能够产生成体生物体的任何细胞类型。如果胚胎干细胞在没有 LIF 的情况下继续培养，它们将分化成“胚状体”，这有点类似于卵圆柱阶段的早期小鼠胚胎，胚胎干细胞位于内胚层的外层 。如果将胚胎干细胞移植到成年小鼠体内，它们将发展成一种称为畸胎瘤，其中包含多种分化的组织类型。

   小鼠胚胎干细胞被广泛用于培育转基因小鼠。这是通过将新基因引入组织培养的胚胎干细胞，选择所需的特定遗传变异，然后将转基因细胞插入小鼠胚胎来完成的。所结果的 ”“嵌合”小鼠部分由宿主细胞组成，部分由供体胚胎干细胞组成。只要一些嵌合小鼠具有源自胚胎干细胞的生殖细胞（精子或卵子），就有可能培育出与胚胎干细胞具有相同遗传结构的小鼠品系，从而整合在体外进行的 基因改造。这种方法已被用于产生数千种新的小鼠基因系。在许多这样的遗传系中，为了研究它们的生物学功能，个别基因已被消融；在其他情况下，引入的基因具有与在各种人类遗传病中发现的突变相同的突变。

人胚胎干细胞

  在小鼠胚胎干细胞方面的丰富经验使科学家能够从早期人类胚胎中培育出人类胚胎干细胞，并于 1998 年创建了人干细胞系。人胚胎干细胞在许多方面与小鼠胚胎干细胞相似，但它们不需要 LIF 进行维护。人类胚胎干细胞在体外形成多种分化组织，当移植到免疫抑制的小鼠体内时，它们会形成畸胎瘤。尚不清楚这些细胞是否可以在人类胚胎的所有组织中定植，但据推测从它们的其他特性来看，它们确实是多能细胞，因此它们被认为是细胞治疗的分化细胞的可能来源——用健康细胞替代有缺陷的细胞类型。大量细胞，例如 多巴胺分泌神经元，用于帕金森的研究和分泌胰岛素的胰腺β细胞可用于 糖尿病研究，可以从用于细胞移植的胚胎干细胞中产生。用于此目的的细胞以前只能从供应非常有限的来源获得，例如从人器官捐献者的尸体中获得的胰腺 β 细胞。

   人类胚胎干细胞的使用引起了伦理问题，因为囊胚期胚胎在获得干细胞的过程中被破坏。获得干细胞的胚胎是通过 体外受精产生的，将植入前人类胚胎视为人类的人普遍认为这种工作在道德上不被认可。其他人接受它是因为他们认为胚泡只是细胞球，而实验室中使用的人类细胞以前没有被赋予任何特殊的道德或法律地位。此外，众所周知，内细胞团中没有一个细胞注定要成为胚胎本身的一部分——所有细胞都将其部分或全部细胞后代贡献给 胎盘, 也没有被赋予任何特殊的法律地位。

  2009年美-FDA批准 旨在测试基于人类胚胎干细胞的试验，但由于缺乏资金和在美生物技术公司 Geron 的业务指令发生变化，该试验于 2011 年底停止。要测试的疗法被称为GRNOPC1，由祖细胞（部分分化的细胞）组成，一旦进入体内，就会成熟为称为少突胶质细胞的神经细胞。GRNOPC1 的少突胶质细胞祖细胞来源于人胚胎干细胞。

胚胎生殖细胞

胚胎生殖 (EG) 细胞，来源于在晚期胚胎的性腺脊中发现的原始生殖细胞具有胚胎干细胞的许多特性。胚胎中的原始生殖细胞发育成干细胞，在成体中产生生殖配子。在小鼠和人类中，可以在具有适当生长因子（即 LIF 和另一种称为成纤维细胞生长因子的细胞因子）的组织培养物中培养 胚胎生殖 细胞。

成体干细胞

  成人体内的某些组织，例如皮肤表皮、小肠内壁和骨髓，会经历持续的细胞更新。它们包含无限期存在的干细胞，以及数量更多的“转运扩增细胞”，它们从干细胞中产生并分裂有限次数，直到它们 分化。干细胞存在于由其他细胞形成的小生境中，这些细胞会分泌使干细胞保持活力的物质。某些类型的组织，例如 肝组织，显示出极少的细胞分裂或仅在受伤时才进行细胞分裂。在这些组织中可能没有特殊的干细胞群，任何细胞都可以在需要时参与组织再生。

上皮干细胞

   这皮肤的表皮层含有称为角质形成细胞。只有靠近真皮的基底层包含分裂的细胞。这些细胞中有许多是干细胞，但大多数是转运扩增细胞。角质形成细胞在成熟时通过表皮缓慢向外移动，最终死亡并从皮肤表面脱落。的 上皮细胞小肠形成称为绒毛的突起，其间散布着称为隐窝的小凹坑。分裂细胞位于隐窝中，干细胞位于每个隐窝底部附近。细胞在隐窝中不断产生，迁移到绒毛上，并最终脱落到肠腔中。当它们迁移时，它们 分化成具有肠上皮细胞特征的细胞类型。

骨髓和造血干细胞

  骨髓含有称为造血干细胞的细胞，可产生血液和免疫系统的所有细胞类型。造血干细胞也少量存在于 外周血中，而大量存在于脐带血中。在骨髓中，造血干细胞锚定在骨小梁的成骨 细胞和血管上。它们产生的后代可以变成淋巴细胞、粒细胞、红细胞和某些其他细胞类型，这取决于它们直接 环境中生长因子的平衡。

   对实验动物的研究表明，移植的造血干细胞偶尔会在其他组织中定殖，移植的细胞会变成神经元、肌肉细胞或 上皮细胞。移植的造血干细胞能够定植于其他组织的程度非常小。尽管如此，正在探索使用造血干细胞移植治疗心脏病或自身免疫性疾病等疾病。对于那些反对使用胚胎干细胞的人来说，这是一个特别有吸引力的选择。

干细胞的作用和功效

骨髓移植

骨髓移植（也称为骨髓移植）是一种常用的干细胞应用。它们用于让癌症者在破坏骨髓干细胞的致命剂量 放射或化学Chemotherapy中存活下来。对于此过程，在癌症Chemotherapy之前采集自己的骨髓，然后在Chemotherapy后重新注入体内。移植的造血干细胞定殖在受损的骨髓中，并使用用功能细胞重新填充血液和免疫系统。骨髓移植也经常在个体之间进行（同种异体移植）。在这种情况下，移植的骨髓有一些 有益的抗肿瘤作用。

骨髓是间充质干细胞（有时称为骨髓基质细胞或 MSC）的来源，它们是非造血干细胞的前体，有可能分化成几种不同类型的细胞，包括形成骨骼、肌肉的细胞，和结缔组织。在细胞培养中，骨髓来源的间充质干细胞在暴露于影响细胞分化的物质时表现出多能性。利用这些多能特性在可移植组织和器官的生成中变得非常有价值。2008 年，科学家使用间充质干细胞对一段气管进行生物工程改造，将其移植到一名上呼吸道因结核病严重受损的女性体内. 干细胞取自女性的骨髓，在实验室 培养，用于组织工程。在工程化过程中，供体气管的内部和外部细胞衬里被剥离，留下结缔组织的气管“支架” 。来自接受者的干细胞随后被用于在支架内部重新定植，而同样从接受者身上分离的正常上皮细胞被用于重新定植气管外部。

神经干细胞

神经干细胞

  研究表明，体内也有干细胞大脑。在哺乳动物中，出生后很少形成新的神经元，但嗅球和海马体中的一些神经元不断形成。这些神经元来自神经干细胞，可以以以下形式在体外 培养神经球——包含干细胞及其部分后代的小细胞簇。这种类型的干细胞正在研究用于治疗帕金森病和其他形式的神经变性或 中枢神经系统创伤性损伤的细胞疗法。

体细胞核移植

多莉羊和羊的克隆

    在对动物进行实验之后，包括那些用来制造多莉羊的实验，人们对使用体细胞核移植 (SCNT) 来制造多能人类细胞进行了很多讨论。在 SCNT 中，包含大部分细胞 DNA（脱氧核糖核酸）的体细胞（完全分化的细胞，不包括生殖细胞）的细胞核被移除并转移到自身核 DNA 已被移除的未 受精卵细胞中。卵细胞在培养物中生长直至到达 囊胚 阶段。然后从卵子中取出内部细胞团，细胞在培养物中生长以形成胚胎干细胞系（源自同一亲代细胞群的细胞世代）。然后可以刺激这些细胞分化成移植所需的各种类型的细胞。由于这些细胞在基因上与原始供体相同，因此它们可用于治疗供体而不会出现免疫排斥问题。科学家于2013年成功地从SCNT人类胚胎中生成人类胚胎干细胞。

    尽管前景广阔，但由于多种原因，SCNT 衍生的胚胎干细胞的产生和使用存在争议。一是 SCNT 可能需要十几个卵子才能使一个卵子成功产生胚胎干细胞。人类卵子供不应求，并且存在许多与卵子捐赠相关的社会与法问题，将 SCNT 衍生的干细胞移植到人体中也存在未知的风险，因为未受精卵能够重新编程分化细胞的核 DNA 的机制尚不完全清楚。此外，SCNT 通常用于生产动物的克隆（例如多莉）。因此，一些团体强烈反对使用 SCNT 生成人类胚胎干细胞。

诱导多能干细胞

   由于围绕胚胎干细胞使用的伦理问题，科学家们一直在寻找重新编程成体体细胞的方法。对细胞融合的研究，其中分化的成体体细胞与胚胎干细胞一起培养，与干细胞融合并获得胚胎干细胞样特性，导致特定基因可以重新编程分化的成体细胞的想法。细胞融合的一个优点是它依赖于现有的胚胎干细胞而不是卵子。然而，融合细胞在移植到人体时会刺激免疫反应，从而导致移植排斥。因此，研究越来越集中于能够将成体细胞重新编程为 多能状态。为了在不与胚胎干细胞融合的情况下使成体细胞具有多能性，必须将诱导多能性的调节基因引入成体细胞的细胞核中。为此，成体细胞在细胞培养物中生长，并将调节基因的特定组合插入逆转录病毒（将 RNA [核糖核酸] 转化为 DNA 的病毒）中，然后将其引入培养基中。逆转录病毒将调节基因的 RNA 转运到成体细胞的细胞核中，然后在细胞核中将基因整合到细胞的 DNA 中。每 10,000 个细胞中约有 1 个具有胚胎干细胞特性。尽管机制仍不确定，但很明显某些基因 通过调节许多其他基因赋予胚胎干细胞特性。以这种方式重新编程的成体细胞被称为诱导多能干细胞 (iPS)。

  与胚胎干细胞类似，诱导多能干细胞可以被刺激分化成原则上可用于疾病特异性治疗的选定类型的细胞。

  2009年科学家成功生成 通过重新编程成人皮肤细胞来改变人眼的视网膜细胞。这一进展使对视网膜细胞胚胎发育的详细研究成为可能，并为开发眼病新疗法开辟了 道路。从重新编程的皮肤细胞产生视网膜细胞可能特别适用于治疗视网膜色素变性，其特征是视网膜进行性退化，会导致夜盲症和其他视力并发症。尽管视网膜细胞也由人类胚胎干细胞产生， 诱导多能性代表了一种争议较小的方法。科学家们还探索了将诱导性多能干细胞技术与CRT相结合的可能性.

   研究人员还能够生成用于治疗某些形式的心脏干细胞 通过去分化过程治疗心脏病，在这个过程中成熟的心脏细胞被刺激恢复为干细胞。自体心脏干细胞移植的尝试是在 2009 年，当时医生从人身上分离出心脏组织，在实验室培养组织，刺激细胞去分化，然后将心脏干细胞直接回输到患者的心脏中。 2011 年有一项类似的研究，涉及 14 名在接受心脏搭桥手术后进行心脏干细胞移植的人。干细胞移植后三个多月，他们的心脏功能出现了轻微但可检测到的改善。

    使用具有特征的特异性诱导多能干细胞和去分化细胞在CRT应用方面具有较高的价值，因为它们不太可能被免疫系统排斥。

    2021 年，多个独立工作的研究团队在体外生成了人类胚泡样结构。这些结构使用不同类型的细胞群生长，包括人类胚胎干细胞、iPS 细胞和重新编程的成人皮肤细胞。这一突破为研究人类胚胎发育和怀孕的早期阶段提供了一种新方法。

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