多能干细胞分化研究的意义是什么?

2021-04-06 16:48:09 198

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干细胞作为与组织和器官的发育、再生、修复等密切相关的细胞,有着自我更新能力和分化成各种细胞的分化能力:此外,干细胞在医疗方面也是一种重要的细胞,比如,作为血细胞起源的造血干细胞(血液干细胞)的移植(骨髓移植),使得长久以来难以治愈的急性白血病的有了质的飞跃。像这样的细胞,尤其是基于干细胞的细胞移植,如果能够实际应用到相应疾病的过程中,就能在一定程度上改善难治性疾病的预后。

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也就是说,通过干细胞移植重新形成新生细胞,用以替代受损组织的细胞,进而难治性疾病,是非常值得期待的方法:这种能够修复组织结构的干细胞或者未成熟前体细胞,有很高的临床应用价值。虽然对于这点已经有了充分的认识,但实际上,除了一部分干细胞外,大多数成体干细胞并没有实现的实用化同时,将大多数干细胞或者前体细胞从组织分离出来时,对于患者来说通常伴有一定的伤害,因此并不是一件简单的事情。另外,有很多细胞可分离的数量很少,不能保证足够的剂量。因此,当务之急是开发出能够在试管内培养细胞的增殖技术,并且可以维持其机能。但是到目前为止,成功的例子还很少,仍在探索之中。

 

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另一方面,胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)等多能干细胞,具有分化成各种组织的能力(多能性),同时也是一种可以在试管中进行增殖的细胞,增殖的同时还能够维持其多能性因此有研究尝试,通过诱导ES细胞形成各种成体干细胞或者未成熟前体细胞的方法,用以解决成体干细胞供给力不足的问题。迄今为止,有成功诱导ES细胞分化而不是基因操作来生成神经干细胞或间充质干细胞等干细胞的例子。

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但是,在应用人的ES细胞时,获取患者本人的ES细胞时,需要采用未受精卵克隆技术,并且破坏人体胚胎的操作必不可少,因此存在伦理方面的问题,研究并非易事。在这种情况下,我们开发出了一种技术,能够诱导小鼠或者人体的体细胞生成一种拥有与ES细胞分化能力极其相似能力的诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS细胞)七如果这项技术得到应用的话,就可以在不损害患者的体细胞的同时,得到类似于ES细胞的多能干细胞,并且也不涉及未受精卵和胚胎,不存在伦理方面的问题。因此,这种细胞作为代替ES细胞用于的细胞来源,很值得期待。如果要测定诱导iPS细胞所必需的分子,就必须进行ES细胞的研究。确定ES细胞内原始活性因子的存在之后,就可以进行原始活性因子的测定。从这项研究结果可知,根据ES细胞研究而来的成果不仅能用于ES细胞部分,还能广泛地应用于于细胞的研究之中:所有对于ES细胞研究的已知研究结果,都可以对iPS细胞的再生医疗研究起到指导作用=今后如果能够很好地运用成体干细胞、ES细胞和iPS细胞这三种细胞,就能更好地推进干细胞再生医。



多能干细胞的试管内分化研究应考虑的因素:

首先我们先讨论一下关于多能性干细胞试管内分化研究的争论之处:多能干细胞在试管内进行分化时,重要的问题就是识别和测定细胞的种类和性质。特别是在研究未成熟的胚层样细胞时,仅靠显微镜来识别其形态是很困难的:想要更清楚地观察,必须在固定的组织上进行详细的研究。依靠这种手段进行细胞分析,尤其是细胞走向的分析是不可能实现的。而且,在个体发育的研究中,一般情况下都是通过组织中细胞的位置来确定细胞的系列或种类,但在试管内ES细胞分化后的细胞就不能通过位置来确定细胞的种类。因此,需要用到与发生学研究方法不同的确定细胞的方法。

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考虑到以上几点,在思考什么样的方法比较合适时,有较高利用价值的就是在确定血细胞时用到的使细胞表面特异的标记可视化的方法=但遗憾的是,对于干细胞早期分化过程中出现的胚层样细胞的表面特异标记的可视化技术的开发较晚,而且可以利用的标记也很有限:这也是妨碍多能干细胞分化研究的一个重要的因素另一方面,为了开发建立有效诱导目标细胞的方法,也常常进行只关注是否出现目标细胞的研究。但是,在试管内进行分化时,有各种各样因素的存在,这些因素通过各种方式影响着目标细胞的分化在这种状态下,即使确定了诱导条件,也很难提高这个条件的稳定性和再现性。因此,有很顺利进行的情况,也有完全不出现目标细胞的情况:解决这个问题的方法就是构造一个能监视分化过程的系统匚也就是说,在明确目标细胞分化路径的前提下,能够正确地把握在这个过程中某个中间阶段的细胞诱导状态:用这种方法可以监视分化过程中的关键诱导状态。

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总结以上几点,对于合适的诱导条件,重要的是在明确目标细胞分化路径的同时,能够识别和监视中间阶段的细胞表面标记匚ES细胞分化诱导形成的胚层细胞作为从多能干细胞中早出现的细胞群,在明确其分化路径的同时,它的可视化以及诱导条件的确立十分重要。

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