§ 心隨意轉 §

「幹細胞」(Stem cell) 的「幹」字譯自英文單詞 (Stem),意思是「樹」, 「幹」和「起源」,幹細胞即是形成人體各種組織器官的「起源」細胞、「種子」細胞和「主幹」細胞。

「幹細胞」是在19世紀的生物學文獻中出現。

1896年,E.B.Wilson 在論述細胞生物學的文獻中第一次使用這個名詞,當時人們認為幹細胞只是能夠產生子代細胞的一種較原始的細胞。

1961年Till 和McCulloch首先描述造血幹細胞的特性在於去有多向分化潛能和自我更新(self-renewing)能力。

多向分化潛能和自我更新能力上是目前公認的幹細胞的基本特徵。

美國華盛頓大學的湯瑪斯發表報告稱,如果將正常人的骨髓移植到病人體內,可以治療造血功能障礙,自此開始了幹細胞臨床應用的研究。

已對症療法、支持療法和營養療法為基本原理設計的心肌梗塞,幹細胞技術是人類長保青春健康的新希望。

幹細胞不僅是生物進化和發育的基本單位,也是組織和器官生長的基本單位,更是創傷和衰老時機體再生和修復的基本單位,幹細胞的再生修復機制是生物界的基本規律!

利用幹細胞具有向所有器官核細胞分化轉變的潛在能力,再生性和再造性的修復各種壞死性、損傷性、代謝性和退化性病變,用以恢復病損的、退化的組織器官結構和功能的一系列臨床「幹細胞移植治療技術」和「再生保健技術」被稱為再生醫學(Regenerative Medicine)。

「幹細胞移植治療技術」和「再生保健技術」已經廣泛應用於臨床,這一新技術較傳統方法而言,

有兩大突出優點:
一.根治性
二.安全性:
無毒性治療,治療造血功能低下和帕金森病等等,這些臨床應用都收到了良好的效果。
均未發現明顯的後遺症或其他毒副作用。
總體來說,應用自身幹細胞移植,可以避免產生免疫排斥反應。
自體幹細胞技術的發展可以使任何人都將能用上自己的幹細胞和幹細胞衍生的新組織器官,來替代病變或衰老的組織器官,從而避免異體移植可能帶來的免疫排異反應。

1999年美國《科學》雜誌評選1999年度世界十大科學突破,位居第一的就是1999年12月美國科學家發表的小鼠肌肉幹細胞「橫向文化」研究成果,備受矚目的「人類基因組測序圖」屈居第二。

2000年《科學》雜誌評出2000年十大科學成就,複製和幹細胞研究進展再次被評為2000年世界十大科學成就之五。

2005年5月,日本把幹細胞技術視作在生命科學和生物技術領域超過歐美國家的絕好機遇。

俄羅斯前總統候選人、製藥大亨、億萬富翁弗拉基米爾.布倫采夫親身體驗到了幹細胞平復皺紋、去掉脂肪團和治療皮膚鬆弛的功效,便投資兩百萬美元建立了一個私人實驗室,55億美元的俄羅斯第三大富豪,我鋁業公司總裁里帕斯卡也向莫斯科國立大學生物化學物理研究所投資120萬美元,用於找尋長生物老的途徑。

在泰國,父母給孩子過生日的方式原來是給孩子建一個銀行儲蓄帳戶,現在一些泰國人選擇用另一種銀行來確保孩子未來的希望,就是在孩子出生時,從孩子的臍帶血中提取幹細胞並冷凍儲存,以備孩子將來生病時的不時之需。

中國人也開始在這樣做,2003年,中國第一個盈利性臍帶血幹細胞字體庫在上海成立,上海的產婦花上5600元檢查處理費和每年600元的保存費用。

中國研究現狀

有一種觀點認為,中醫學的奠基之作《黃帝內經》中闡述的經絡系統就是幹細胞系。

幹細胞系是組織器官的本源,《黃帝內經》稱此本源為「決生死」、「處百病」、「調虛實」的「靈樞」。
關於人體經絡系統的形態,李時珍在《奇經八脈考》中說:「內景隧道,唯返觀者察之。」經絡隧道呈不連續的管形結構,粗細因段而異,其橫斷面呈圓形,橢圓形,不規則管形等結構。經絡隧道內流動著液晶態的物質,發出不同的色彩。

經絡通道上富集著液晶物質,具有良好的導熱性、

導電性(低阻抗)和光導性,傳遞著熱、電、光、生物大分子、生物小分子等生物信息流。

給予適當刺激,可以激活機體的自我修復能力,雙向調節疾病狀態,提高機體免疫功能等等。
關於「經絡幹細胞」也是我下一步的研究工作重點。

2001年,我國青年創傷外科專家傅小兵率先在國際權威醫學雜誌《柳葉刀》上報告了人體表皮細胞存在逆分化現象,即表皮細胞可逆分化轉變為表皮幹細胞,這一重要發現為揭示人體衰老的奧秘以及大面積創燒傷後皮膚組織由解剖修復轉變為功能修復。

2001年,世界上第一個人胚胎研究領域的成果----「人胚胎幹細胞分泌素」(簡稱「人胚胎素」)被稱為人體生命的「保鮮劑」,將全面應用於腫瘤,愛滋病,自身免疫性疾病等的治療,同時在美容保健領域也將大有作為。
人胚胎幹細胞分泌素備證實的功效有:刺激骨髓造血。
刺激紅細胞增生,可用於再生障礙性貧血的治療:刺激白細胞再生,可以改善腦組織代謝功能,加快腦血管意外後遺症的恢復;清除人體累積的自由基,使人體機能長期保持在最旺盛的青年時代。

追求旺盛性能力和更高生活品味及內涵的男女士;
追求清醒的記憶力,敏捷的思維和健康晚年生活的老年人;
有高血壓、高血脂症、動脈硬化、心臟不適、體重超重、腦中風和糖尿病等高危險族群;

有手術後或放療化療後,血液即免疫功能低,身體虛弱的人群。
用特殊蛋白作為誘導因子,試圖尋找將人的體細胞直接轉化成幹細胞的方式,就能在再生醫學治療中實現「缺什麼補什麼」。
比如成年人掉了牙齒後,用這種轉化方式,就能再生出新牙。

幹細胞的分化:
能為人類醫治疾病和修復組織器官帶來新的啟示。

人體的生長發育實際上是細胞不斷分化,新的細胞不斷代替老化。
細胞分化可以分為時間上的分化和空間上的分化。
時間上的分化是指一個細胞在不同的發育階段有不同的形態結構,生化特徵和生理功能,如骨髓內血細胞的發生過程。
空間上的分化是指同一種細胞的子代細胞所處的環境位置不同,如外胚層來源的細胞可發育成表皮細胞,神經細胞等。
細胞分化在我們一生中從不間斷。

人體在生長發育過程中會自動保留了一部分未分化的原始細胞,這些未分化的原始細胞就被稱之為幹細胞,一旦有生理需求,幹細胞就可按照發育途徑通過分裂而產生新的分化細胞。

幹細胞的分化有四個特點:
1.幹細胞本身不是處於分化途經的終端
2.幹細胞能無限的增殖分裂
3.幹細胞可連續分裂幾代
4.幹細胞通過兩種方式分裂,一種是對稱分裂另一種是非對稱分裂

「細胞週期」在1953年率先提出的,它是細胞學說中的核心概念。
細胞通常是生長與分裂交替進行,包括有絲分裂期(M)和分裂間期(G1、S、G2),分裂間期(G1、S、G2)又被稱為細胞生長期。
在這裡,還有必要對「基因」這個概念進行詳細解釋。
相信大多數讀者都經常聽說「基因」這個概念,但「基因」這個概念在生命科學中的內涵到底是指什麼,許多人並不知道,即使知道一點也說不清楚。

在生命科學中, 「基因」是一個關鍵性的概念,基因存在於人體細胞核中。
在人體細胞核中有我們人類的遺傳物質,它們通常都以染色體的形式存在。
染色體上編碼特定遺傳信息的一段DNA(去氧核糖核酸)序列就是基因,它是具有遺傳效應的最小功能片段。
基因是生命的密碼,記錄和傳遞遮著生物體的遺傳信息,人的長相、身高、體重、膚色、性格、健康等都是基因在起作用,基因有時又被稱為「遺傳微粒」。

染色體中的基因實際上就是DNA大分子中的一個片段。
1967年,遺傳密碼全部被破解,基因從而在DNA分子水平上得到新的概念。
幹細胞在一定條件下進行有絲分裂,可產生與母細胞完全相同的子細胞,該過程叫幹細胞自我更新。
在特定條件下,幹細胞可以在體外無止境進行複製更新,穩定傳代。

一般細胞只能複製與自身同種的細胞,而幹細胞的複製功能卻是多能的。
當它進行分裂時,它可以分化為人體兩百多種不同細胞中的任一種,只要給它合適的條件或合適的信號,幹細胞還可以分化增殖成多種組織器官。
如把血液幹細胞放到腦組織中,血液幹細胞有可能分化成神經細胞,如果將分離出的神經幹細胞移植到骨髓裏,它還能分化成血液細胞,這種現象被稱為幹細胞的「可塑性」。
幹細胞的分化需要內因和外因決定。內因是每個細胞內的基因控制細胞運作;外因則是細胞外微環境,包括其他細胞所釋放出的化學物質或是與其他細胞的接觸。

幹細胞需要一定的信號來促使其分化,如果一個病人被注入其他人的胚胎,自體幹細胞倒是可以解決這個問題。
在幹細胞分化的過程當中,細胞內衣些特定的基因開始表達,幹細胞分化為神經細胞,神經細胞具有薄的纖維狀的保護膜,負責發出和接收電化學信號,其促使該神經細胞和其他的神經細胞進行傳導。
在實驗室中,幹細胞可被人為地操縱,使其向某一種類型的細胞分化,如心肌細胞,脂肪細胞,肝細胞或胰腺細胞等等。

幹細胞是自我複製還是分化成為功能細胞,主要由於細胞本身的狀態和微環境因素所決定。
幹細胞本身的狀態,包括調節細胞週期的各種週期素(Cyclin)和週期素依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)、基因轉錄因子、影響細胞不對稱分裂的細胞質因子。
微環境因素,包括幹細胞與周圍細胞,幹細胞與外基質以及幹細胞與各種可溶性因子的相互作用。
促進幹細胞更新的三種主要細胞外因子是名為Wn、FGF和BMP的蛋白質。
它們共同調節幹細胞的局部組織微環境。硫酸乙醯肝素可能是介道細胞內外促使幹細胞更新信號的細胞表面元件。

利用幹細胞表面受體標誌來鑑別幹細胞有兩種方法:
利用螢光素的化學特性和受體的獨特的結構相組合的方法來鑑別幹細胞群。
如通過鑑別幹細胞中特異性的基因和轉錄因子,用PCR技術來鑑別具有活化的和導致細胞具有特性的基因的表達。

此外,幹細胞在治療白血病、癌症、心臟病、帕金森氏綜合症、神經官能症、更年期綜合症、糖尿病、阻止失明皮膚燒傷和老年性痴呆症等人類許多頑症方面都有不可替代的重大作用。
如帕金森氏綜合症患者注要是神經細胞在功能上出現繁亂,如能給患者注入健康的神經細胞,就會有治療效應。
如果能從胚胎中鑑別和提取到能生成黑色素細胞的幹細胞,就可以用這樣的幹細胞很容易地分化培養出大量黑色素細胞以治療白癜風。

在細胞治療基礎上,科學家還在設想用一種能生物降解的聚合體搭建一個器官模型,然後將胚胎幹細胞或者成體幹細胞種入聚合體,器官的具體增長係數也會被載入其中,以控制器官的發育。
然後將聚合體連同表面的組織一起植入病人體內。隨著幹細胞的生長,聚合體逐步分解,而在病人體內也會長出新生的完整健康的器官。

總之,幹細胞的臨床應用可以總結為以下五個方面:

1.可以直接採用幹細胞移植,再生組織和再生器官。
2.用幹細胞攜帶治療基因,經過誘導分化為成體細胞,用於治療遺傳性疾病
3.利用字體幹細胞間的相互轉化特性,用於自體組織和器官的修復,可以避免異體移植的免疫排斥反應
4.將幹細胞作為種子細胞,與可降解支架材料聯合培養,在體外構建有生命的種植體,修復組織缺損或替代器官的一部分功能,治療難治性疾病
5.建立幹細胞庫,用於將來自體病損組織或器官的修復,也可配形後,用於同種異體組織或器官的修復

幹細胞的分類

全能幹細胞:

它具有形成完整個體的分化潛能。人類的全能幹細胞可以分化成人體的各種細胞,這些分化出的細胞構成人體的各種組織和器官,最後發育成一個完整的人。

多能幹細胞:

這種幹細胞具有分化出多種細胞組織的潛能,但卻失去了發育成完整個體的能力,發育潛能受到一定的限制,骨髓多能造血幹細胞是典型的例子,它可分化出至少12種血細胞,但不能分化出造血系統以外的其他細胞

單能幹細胞:

也稱專能或偏能幹細胞。這類幹細胞是發育等級最低的幹細胞,只能向一種類型或密切相關的兩種類型的細胞分化,如眼睛的角膜綠幹細胞可自我複製,但只能分化為角膜上皮細胞,上皮組織基底層的幹細胞,肌肉中的成肌細胞也是單能幹細胞。

除了根據分化潛能將幹細胞分為全能幹細胞,多能幹細胞和單能幹細胞外,還可以根據其組織發生的名稱進行分類。其中包括胚胎幹細胞,造血幹細胞,骨髓間充質幹細胞,神經幹細胞,肌肉幹細胞,脂肪間充質幹細胞,成骨幹細胞,內胚層幹細胞,視網膜幹細胞和胰腺幹細胞等。 胚胎幹細胞是具有發育全能性的細胞,可以定向分化為幾乎所有種類的細胞,甚至形成複雜的組織和器官,由此在藥物開發,細胞治療和組織器官替代治療中發揮著重要作用,並成為組織器官移植的新資源。

＊聚合酶鏈反應(Polymerase Chain Reaction,PCR)是20世紀80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術。

它具有特異,敏感,產率高,快速,簡便,重複性好,易自動化等突出優點;能在一個試管內將所要研究的目的基因或某一DNA片段於數小時內擴增至10萬乃至百萬倍,使肉眼能直接觀察和判斷;可從一跟毛髮,一滴血,甚至一個細胞中擴增出足量的DNA供分析研究和檢測鑑定。過去幾天幾星期才能做到的事情,用PCR幾小時便可完成。PCR技術是生物醫學領域中的一項革命性創舉。

成體幹細胞(Adult stem cell)是出生後遺留在機體各種組織器官內的多能幹細胞,研究者習慣於把在胎兒,兒童和成人組織中存在的多能幹細胞統稱為「成體幹細胞」。此外,科學研究證明,臍帶血中含有豐富的造血幹細胞,可用於造血幹細胞移植,如能建立臍帶血細胞庫,變「廢」為「寶」,將會使大批病人受益。目前我國已掌握了臍帶血幹細胞分離,純化,冷凍保存以及復甦的一整套技術,並在上海籌建了我國第一個臍帶血庫。

近來,視網膜幹細胞也被科學家成功喚醒。美國哈佛醫學院附屬斯格本斯眼科研究所的研究人員宣佈,兩種自然生成的化學物質谷氨酸和氨基已二酸,可以喚醒視網膜中沉睡的特性細胞,使其轉變為與幹細胞類似的祖細胞,從而生成新的視網膜細胞。這一最新成果可用於相關藥物開發,以治療視網膜受損導致的眼科疾病。

由皮膚幹細胞分化的成纖維細胞,被稱為皮膚青春細胞,它是保持肌膚年輕的根本。伴隨著人的衰老,工作的繁忙和勞累,皮膚青春細胞的生命力慢慢減弱,膠原蛋白分泌隨之減少,嬌嫩的肌膚開始變的鬆弛,乾燥,出現皺紋和光澤減退等問題。要保持皮膚的青春活力,就必須增加皮膚內膠原蛋白的含量,理想的方法是增強自體皮膚青春細胞的功能。 自體皮膚幹細胞也用在皺紋除疤痕美容技術中。自體細胞美容除皺技術採用美容者自體皮膚組織,分離出能產生自體膠原蛋白的皮膚幹細胞,運用生物組織工程技術在體外培養增殖,再回輪到受術者的皺紋,凹陷性疤痕部位,青春細胞在皮膚的母體環境中能夠繼續生長,源源不斷產生自體膠原蛋白,就會使皮膚真皮層的厚度和密度增加,填平皺紋,消除疤痕,恢復皮膚彈性和光澤。

從毛囊和脂肪所分離培養的成體幹細胞也經常運用在美容整形醫學裏。已有科學家可以由毛囊內的幹細胞培養出毛髮,這對於禿頭或擔心頭髮掉落的人是一大福音。至於脂肪來源的成體幹細胞,已經成了幫助愛美女性完善她們夢寐以求的”青春永駐,氣質年輕,曲線完美,健康活力”的絕佳材料。 脂肪組織是人類成人幹細胞豐富易得的來源之一,脂肪裏含有豐富的幹細胞,目前脂肪來源的成體幹細胞已經應用在回春,除皺,恢復亞健康,腫瘤以及其他難治性疾病等領域。
作為成體幹細胞的一種,間充質幹細胞(mesenchymal stem cells, MSC)是一群中胚層來源的,具有自我更新和多向分化潛能的多能幹細胞。

骨髓來源的間充質幹細胞

實驗證明骨髓中存在的間充質幹細胞是一種比較原始的骨髓基質細胞,在骨髓中的含量很低,它除了具有間充質幹細胞的自我更新和多向分化潛能外,在適宜的條件下可被誘導分化為各種組織細胞,如肌細胞,成骨細胞,軟骨細胞,脂肪細胞等。此外.骨髓間充質幹細胞還具有基質細胞的特性,能夠分泌各種細胞因子,支持造血功能。

胎盤來源的間充質幹細胞

從羊水分離間充質幹細胞的設想很早就被提出,後來學者陸續從孕中期羊水,羊膜及孕末期的羊水,羊膜,胚胎小葉,底蛻膜和壁蛻膜培養出間充質幹細胞,從人成熟胎盤的羊膜及絨毛膜分離出間充質幹細胞樣細胞,且RT-PCR分析胎盤來源的間充質幹細胞表達中胚層,外胚層和內胚層的相關基因,另外其幹細胞標誌及造血/內皮細胞相關基因的表達也與骨髓間充質幹細胞相似。

脂肪組織來源的間充質幹細胞

Dicker等從皮下脂肪分離出間充質幹細胞,且與骨髓來源的間充質幹細胞相比無明顯的差異,兩者均表達STRO-1和CD44,但脂肪來源的間充質幹細胞的成骨作用和成軟骨作用,軟骨髓來源的間充質幹細胞有一定的差異性。

血管來源的間充質幹細胞

目前對於血管來源的間充質幹細胞研究並不多,但從血管的發育過程可以看出,其中間細胞代了了具有至少可分化為平滑肌系潛能的血管居留間充質幹細胞。

大多數血管是從一個內皮管開始發育的,然後經血管平滑肌細胞包裹而成,而血管平滑肌細胞是從一個未分化的血管周圍間充質幹細胞發育而來的。血管周圍間充質幹細胞具有骨髓來源的間充質幹細胞的許多特性,諸如α-平滑肌肌動蛋白,血小板源生長因子受體介導的生長刺激和通過典型的平滑肌通路的分化潛能。

構成人體的基本組織可歸納為四大類:上皮組織,結締組織,肌組織,神經組織。(其中,狹義結締組織指固有結締組織,包括疏鬆結締組織,緻密結締組織,脂肪組織和網狀組織;廣義的結締組織還包括流動的血液和淋巴.堅硬的軟骨組織和骨組織,肌組織等。結締組織廣泛分佈於機體各器官中,具有支持,連接,充填,營養,保護,修復和防禦等功能)結締組織是四大基本組織中結構和功能最為多樣的組織,由細胞核細胞間質組成。

細胞間質廣泛分佈在人體各部位,在人體內約占體重的23%。在多細胞的個體中,間質成分是不斷更新的,在生命歷程中,隨著細胞的衰老,間質的更新變慢,並且逐漸老化而影響細胞的代謝活動。 

細胞間質包含纖維和基質兩種成分。纖維分三種,即膠原纖維,彈性纖維和網狀纖維。膠原纖維是間質中纖維的主要成分,在電子顯微鏡下觀察,可見它是由更細的膠原微纖維集合組成。人類到30~50歲時,膠原蛋白吸水膨脹能力會下降;50~70歲時,下降趨勢會更明顯。有研究認為,女性的皮膚之所以比男性老的快,是因為她們比男性需要消耗更多的膠原蛋白。彈性纖維是結締組織中另一種主要纖維,是彈性較大的纖維,只存在於機體伸展與收縮力的作用下富於彈性的組織中。基質是由粘蛋白和水形成的膠體,充填於纖維之間,是細胞外的微環境。

大部分MSC在特定誘導條件下可分化為多種細胞。以前發現MSC分化出的細胞類型有肌細胞,骨細胞,軟骨細胞,纖維細胞,肝細胞,肌腱細胞,上皮細胞,血細胞,基質細胞,神經細胞等等,最近的研究還發現:MSC在一定條件下還可以轉化為胰島細胞,腎小管細胞等。 目前常用的分離間充質幹細胞的方法有貼壁法,密度梯度離心法,流式細胞儀分離法和免疫磁珠法等。

第一部分:準備工作
1.主要儀器設備~
超淨工作臺、CO2培養箱、顯微鏡、離心機、培養板(6孔、96孔)、10ml/75cm^2培養瓶、電子天平、流式細胞儀、酶摽儀、純水系統、液氮罐、低溫冰箱。

2.培養用液的配製
一.a-MEM細胞培養基
二.胎牛血清
三.PBS
四.胰酶
五.淋巴細胞分離液
六.人骨髓標本獲取與處理

第二部分:間充質幹細胞分離與培養
分離方法~
1.將骨髓液與淋巴細胞分離液混合
2.離心
3.輕輕將MSC層吸出
培養方法:
原代培養24h細胞貼壁,48h洗掉懸浮細胞,全部換液。
轉化培養(根據細胞生長狀況進行換液,平衡PH,細胞生長約95%時進行傳代)一.吸出培養液,加入sm1PBS,輕輕晃動,棄PBS
目前的脂肪間充質幹細胞提取方法主要採用傳統的”貼壁,培養,傳代”法和密度梯度離心法,更容易造成DNA雙旋鏈上的基因排序繁亂或突變,從而引發癌症或被機體的免疫系統拒絕,有鑑於此,我在2002年獨創了「成體脂肪間充質幹細胞電泳法」體取技術,在體取方法,時間以及幹細胞分化功能上打破了傳統提取工藝複雜,耗時長,分化效率低和分化結果不可靠的缺點,可以短時間內一次性獲取足量分化活躍的間充質幹細胞,在體外誘導,體內分化,從而避免了傳統提取法的弊端。

原文來自於: http://goo.gl/IKdMUC