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胚胎干细胞的应用

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2014/12/19 9:33:35

胚胎干细胞的应用

胚胎干细胞具有发育的性,但于发育成组织、器官,在体外是不能诱导出个体的。但早期囊胚如果分开是可以发育成一个个体的,就是同卵双胞胎的来历。

胚胎干细胞是具有性的,这可以肯定。目前的技术只能做到体外诱导组织器官,以供人造器官移植。这时的细胞好像已经有了一点迁移。在此引用一下百科...:

胚胎干细胞具有多能性(Pluripotency),特点是可以通过细胞分化(Cellular differentiation)成多种组织(所有组织,包括生殖系细胞)的能力,但无法独自发育成一个个体(利用四倍体融合技术可以得到*由所用ES细胞发育而来的个体)。它可以发育成为外胚层、中胚层及内胚层三种胚层的细胞组织。

造血干细胞(hemopoieticstemcellHSC)是存在于造血组织中的一群原始造血细胞,它不是组织固定细胞,可存在于造血组织及血液中。造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵黄囊,妊娠5个月后,骨髓开始造血,出生后骨髓成为干细胞的主要来源。在造血组织中,所占比例甚少。现代医学中,造血干细胞在骨髓移植和疾病治疗方面有重要作用。

干细胞是一种嗜碱性独核细胞,其大小约为8μm,呈圆形,胞核为圆形或肾形,胞核较大,具有2个核仁,染色质细质而分散,胞浆呈浅蓝色不带颗粒,在形态上与小淋巴细胞极其相似,但淋巴细胞体积较小,染色质浓染,核仁不明显且有细胞器。

造血干细胞( Stem cell SC)是指骨髓中的干细胞,它具有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细胞,zui终生成各种血细胞成分,包括红细胞、白细胞和血小板,它们也可以分化成各种其他细胞。造血干细胞包括三级分化水平,即多能干细胞(pleuripotent stemcell),定向干细胞(Committedstem cell)及成熟的子代细胞。造血干细胞的两个重要特征是,可分化成所有类型的血细胞和高度的自我更新或自我复制能力。

造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的zui有效方法。与骨髓移植和外周血干细胞移植相比,造血干细胞移植的长处在于无来源的限制,对HLA配型要求不高,不易受病毒或肿瘤的污染。并且捐献造血干细胞对捐献者的身体并无很大伤害。

 

造血干细胞 - 形成过程

哺乳动物的造血zui早发生在卵黄囊,随后转移到胎肝,胚胎发育中期以后以及出生后,骨髓成为主要的造血场所,并为细胞发育的中枢免疫器官。造血干细胞是存在于造血组织中的一群原始造血细胞,它不是组织固定细胞,可存在于造血组织及血液中。造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵黄囊,第4周开始转移至胚肝,妊娠5个月后,骨髓开始造血,出生后骨髓成为干细胞的主要来源。早期的造血干细胞是多能造血干细胞(pluripotent hematopoietic stem cell),具有自我更新和分化两种重要的潜能,多能造血干细胞zui初分化为共同淋巴样祖细胞和共同髓样祖细胞等。在造血组织中,所占比例甚少,如在小鼠骨髓中105核细胞中的有10个,在脾中105有核细胞中只有0.2个。

造血干细胞 - 表面标志

由于造血组织中造血干细胞在形态学方面无法与其它单核细胞区别,而且数量极少,这为造血干细胞的分离纯化并对其功能分析和分化的研究造成极大困难。由于单克隆抗体技术的进步,流式细胞仪(FACS)的应用,以及对小鼠和人造血干细胞表面标志的研究,取得了很大进展,为造血细胞的分离纯化及鉴定创造了条件。

Thy-1与丝裂原(wheatgermagglutininWGA

Visseer等发现小鼠骨髓中造血干细胞对WGA有高亲和性。利用这一特性,应用FACS自骨髓中分离造血干细胞应及核系Mac-1等谱系抗原与WGA反应性相结合,即可自骨髓中Lin-/WGA 细胞群中分离造血干细胞,也获得良好结果。

也有学者发现正常小鼠骨髓细胞中,也能表达低密度Thy-1抗原(Thy-11)。Lin-WGA 细胞群中,分离造血干细胞,可用于对造血细胞的功能分析。

干细胞抗原(stemcellantigen-1Sca-1

有学者制备一种抗原前T细胞杂交瘤的单克隆抗体,用这种单抗检出的抗原分子称为干细胞抗原-1Sca-1)。从骨髓的Thy-1IoLin-Sca-1 细胞群中,可分离纯人造血干细胞。

原癌基因(c-kit

造血干细胞与c-kit基因密切相关。C-kit可编码一种穿膜酪氨酸激酶受体分子。应用单克隆抗体证明此分子可存在于造血干细胞膜上,证明它的配体分子是造血干细胞因子(stemcellfactorSCF)。它是信号传导分子,对造血干细胞的分化具有重要作用。小鼠多能干细胞表面分子标志可视为Thy-1IoWGA c-kit Lin-

c-kit分子可高频率表达于多能干细胞表面,但骨髓中c-kit 细胞可分化为各种血细胞,而胸腺中c-kit细胞可分化为淋巴细胞,不能分化为髓系细胞,所以胸腺内c-kit 细胞,可能是淋巴样干细胞。

CD34

对人体造血干细胞表面标志的研究,是用单克隆抗体CD34证明的。CD34单克隆抗体检测的抗原即为CD34分子。自人骨髓细胞中应用FACS可分离纯化CD34 细胞群,如与造血因子共同体外培养可获得含有各种血细胞的混合集落,所以CD34 细胞为骨髓中造血干细胞,CD34抗原可视为骨髓造血细胞标志之一。

造血干细胞 - 分化

造血干细胞可分化为多能干细胞和单能干细胞。

多能干细胞

多能干细胞是由TillMcCulloch,应用脾集落形成细胞定量法,首先在小鼠体内证明的。给经射线照射的小鼠输入同系鼠骨髓细胞,在10-14天后在脾内形成可见的结节,它是由单一骨髓细胞发育分化而成的细胞集落,称之为脾集落形成单位(colonyformingunit-spleenCFU-S)。集落数与输入的细胞数成正比,它可分化发育为红细胞、粒细胞及巨核细胞。CFU-S长期以来用体内集落法进行检测。

JohnsonMetcalf等应用鼠胎肝细胞体外培养法,证明具有CFU-S性质的干细胞可在体外培养成功,在研究干细胞方法学上取得重大改进。

Haral等用小鼠骨髓细胞在甲基纤维素中加入红细胞生成素(erythropoietinEPO)及脾细胞培养上清,进行体外培养,可形成含有红细胞、巨核细胞以及巨噬细胞的集落(称为混合集落形成单位CFU-Mix)。小林登等在用人骨髓细胞亦报告CFU-Mix培养成功。即由多能干细胞可进一步分化为定向髓系多能干细胞及淋巴系干细胞。

单能干细胞

单能干细胞是一类具有向特定细胞系分化能力的干细胞,也称为祖细胞(progenitor)。如进行体内移植不能形成脾集落,但在一定造血因子的存在下,可在体外培养并形成细胞集落,称为体外培养集落形成单位(colonyformingunit-cultureCFU-C),因此它与多能干细胞不同,它可包括分化为红细胞的红系干细胞,可分化为粒细胞和单核细胞的粒、单核细胞干细胞系及血小板的巨核干细胞系。

1.红系干细胞应用骨髓细胞加甲基纤维素在大量EPO存在下,进行体外培养可产生大型红细胞集落,可含有1000个以上的细胞,形成如爆发火花样的集落,称此干细胞为爆式红细胞集落形成细胞(burstunit-erythoidBFU-E)。

2.粒细胞-单核细胞系干细胞此系细胞在功能上与BFU-ECFU-E属同级干细胞。应用软琼脂法将骨髓细胞进行体外培养,在集落刺激因子(CFS)存在下,可产生粒细胞和单核细胞集落,称此集落形成细胞为体外培养集落形成细胞(colonyformingunti-cultureCFU-C)。将CFU-C进行体内移植不能产生脾集落,所以CFU-D不具有CFU-S的特性,仅具有前驱细胞和前驱单核细胞的特征。

3.巨核干细胞系亦称巨核细胞集落形成细胞(colonyformingunti-megakaryocyteCFU-M),Metcalf及其分泌的细胞因子和细胞外基质(extra-cellularmatrixECM)组成,因此对造血干细胞发育分化过程的体外研究,有很大局限性,它不一定能真实反映体内情况,分析实验结果时,必须注意这种局限性。

造血干细胞 - 与淋巴细胞的关系

由于用脾集落法未能证明淋巴细胞的发生, 所以造血干细胞与淋巴细胞在发生学的关系,直到Wu等建立了放射诱导染色体标记技术后才逐步得到阐明。

Wu等用照射诱导小鼠骨髓干细胞染色体发生一定程度的畸变,做为标记,但又不影响其细胞分裂。将这种细胞输入另一照射小鼠体内后,可以重建其造血和免疫功能。

由于它们具有特殊的畸形染色体,因此在照射宿主体内,任何二种细胞只要它们有共同的标记染体,应表明它们是来自同一干细胞。由于在照射诱导条件下,骨髓细胞中分化程度不同的干细胞,可以产生不同类型的染色体畸变,所以通过核型分析就能检查不同细胞的共同前体细胞。

造血干细胞与淋巴细胞都是从供体骨髓中的多能干细胞分化而来,无论是髓系干细胞和淋巴细胞,都是来自共同的造血干细胞。 

造血干细胞 - 主要作用 

造血干细胞是血液成分之一,是生成各种血细胞的zui起始细胞,又称造血多能干细胞,存在于骨髓、胚胎肝、外周血及脐带血中。它既具有高度自我更新能力,又具有进一步分化各系统祖细胞的能力。近代输血就利用这两种能力,对受血者用放射或大剂量化学药物使其免疫系统受抑再输入献血者的造血干细胞,让它在受血者骨髓内定居下来,分化增殖,这即是造血干细胞移植。造血干细胞移植包括骨髓移植(BMT),胎肝造血细胞移植,外周血干细胞(PBSC)移植及脐带血造血细胞移植。   

BMT是临床zui常用的造血干细胞移植。临床分为同基因BMTSBMT)、异基因BMTALLO-BMT)及自身BMTABMT)三种类型。前两种主要用于肿瘤性血液病,遗传性血液病及某些代谢性疾病,而自身BMT多用于白血病和实体瘤患者。脐血可用于同基因或异基因移植,也可用于自身造血重建,凡符合BMT适应症的病均可用脐带血移植代替。

人胎肝造血细胞临床应用方式有两种,一种为胎肝细胞输注(FLCI),另一种是胎肝移植(FLT)。胎肝细胞用于临床由于取材方便,输注安全,不发生严重的移植物抗宿主病,故显示一定的前景。外周血肝细胞移植的临床应用报道有治疗急性白血病、慢性粒细胞性白血病及恶性肿瘤。与骨髓、胚胎肝的造血干细胞移植相比,外周血肝细胞移植的优点是造血及免疫功能重建早;放射线的敏感性低,受体内植入率高;自身外周血残存肿瘤细胞比骨髓少;采集方便、不需骨髓穿刺,易被接受。 由于移植免疫学的进展,人类造血干细胞移植已进入一个新的发展阶段,它已成为细胞工程学中的一个重要组成部分。

 

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