诱导多潜能干细胞(iPSCs)的临床应用进展

诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)自2006年被Yamanaka研究小组发现后,由于其与胚胎干细胞相似的分化潜能,且不涉及伦理问题,在临床研究等方面具有广阔的研究前景并迅速成为当前研究的热点.利用该技术能获得疾病特异的诱导多潜能干细胞,避免了移植中的免疫排斥问题,同时也可将其诱导分化为各种细胞类型并用于疾病模型的研究.本综述主要探讨iPS细胞的疾病模型和细胞治疗的研究进展,并就其存在的问题及应用前景进行浅析.     

胚胎干细胞及其在神经系统疾病中的应用

胚胎干细胞是由桑椹胚、内细胞团或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后分离筛选出的具有发育全能（或多能）性的细胞。它可在体外无限增殖,并且经诱导后可定向分化为多种细胞类型。因此它可作为细胞替代疗法中的种子细胞来源,为许多疑难疾患的治疗提供崭新的思路和良好的前景。近年来,随着社会的老龄化,神经系统退化性疾病在人类疾病谱中占越来重要的地位,将胚胎干细胞用于此类疾病的治疗,在动物实验中已取得初步成效。此外,胚胎干细胞变可用于治疗脊髓损伤等。本文将就近年来有关胚胎干细胞的分离及鉴定、胚胎干细胞的自我更新、定向分化及其在神经系统疾病中的应用等方面的研究进展作一综述。     

胚胎干细胞的研究与利用

小鼠胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ,ＥＳ ｃｅｌｌ）由小鼠囊胚期内细胞团（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ ｍａｓｓ）分离得到,具有在体外保持不分我限增殖能力;在胎鼠或成鼠体内胚胎干细胞可以分化形成各种细胞类型;在合适的增减条件下,胚胎干细胞可以定向诱经形成多种细胞类型。人们利用胚胎干细胞建立了多种细胞、组织的体外分化模型,发现并确定了一系列新的生物海性因子,并用于研究哺乳动物早期发育中细     

干细胞:科技领域的热点

1998年,威斯康星大学的汤姆森(J.Thomson)和约翰·霍普金斯大学的吉尔哈特(J.Gearheart)实验室分别报告[1,2],他们成功地从人类胚胎和胎儿的生殖细胞中获得了能在体外不断增殖、具有很强分化潜力的人类胚胎干细胞系和人种系干细胞系.之后,干细胞研究被迅猛推向高潮.美国<科学>周刊将其列为1999年最重要的科技进展,2001年年底又将其置于2002年值得关注的六大热门科技领域之首.无疑,人类胚胎干细胞系的建立迎来了现代生物学的一个新世纪,其巨大的医学应用潜力正给人类带来一场医学革命.     

科学上的竞争让全人类受益

岁末年初,美日两个研究小组几乎同时宣布成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的干细胞——“iPS细胞”,它也被通俗地称为“皮肤干细胞”。它的诞生仿佛给沉寂一时的国际干细胞研究打入了一剂强心剂。     

2-细胞小鼠胚胎电融合后的体外发育

细胞融合是研究细胞调节机理和多倍体对发育作用的技术。研究多倍体胚胎常用的手段是采用灭活的仙苔病毒(ISV)融合法、聚乙二醇(PEG)诱导融合法、细胞松弛素B(CB)介导法和电融合(EF)法。国外学者采用这4种方法均获得小鼠、大鼠和兔融合胚胎,分别研究了融合胚胎在体内或体外的发育。目前国内对小鼠多倍体胚胎研究的报道很少。黄少华等报道的小鼠电融合胚胎在体外培养时分裂率很低,未能从核型证明融合胚胎为四倍体,因为只有个别分裂胚胎在体外发育到8-细胞阶段。本实验采用电融合法研究2-细胞小鼠胚胎融合后的体外分裂及发育,并利用细胞遗传学方法分析融合后胚胎体外发育而成的附植前胚胎的染色体分裂相和分裂球数目,证明胚胎的多倍性及分裂率;通过与正常1-细胞和2-细胞小鼠胚胎体外发育结果进行比较,揭示电融合胚胎在体外分裂与发育的规律,为进一步研究多倍体胚胎发育机制提供参考。     

胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制

分离于着床前胚胎内细胞团的胚胎干细胞是多潜能性细胞, 在胚泡注射后能产生3个胚层的所有细胞和组织类型. 在合适的培养条件下, 胚胎干细胞保持其多潜能性, 即维持其多向发育潜能及在不分化状态下的对称性细胞分裂能力. 胚胎干细胞的多潜能性是其得以广泛应用的基础. 胚胎干细胞可作为基因敲除或转基因动物的供体细胞、哺乳动物发育的体外模型和再生医学中进行细胞治疗的细胞库. 要实现这些目的, 必须建立化学成分明确的培养体系并在体外长期培养过程中保持胚胎干细胞的多潜能性, 同时应能够对其进行定向诱导分化. 因此, 理解和阐明胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制是首要前提. 本文概述了该方面研究的最新进展, 包括LIF/STAT3, BMPs/Smads, canonical Wnt, TGFβ/activin/nodal, PI3K和FGF等信号通路以及oct4, nanog等多潜能性维持相关基因, 并对小鼠和人ES细胞多潜能性维持系统的调控机制及其差异进行了探讨. 进一步阐明这些信号通路和基因之间的相互作用以及胚胎干细胞多潜能性维持系统的调控机制将是未来胚胎干细胞研究领域的主要目标.     

人体器官的再生

不久前,科学家成功分离人体胚胎干细胞的新闻轰动了世界。胚胎干细胞是在构成人体的细胞中具有特殊分化功能的细胞,如果分离胚胎干细胞成为可能,那么种种人体脏器的再生就不再是梦想。我们     

以胚胎干细胞为核供体能促进异种重构胚的体外发育

体细胞在异种成熟的去核卵母细胞中能够去分化和重编程,并能发育到囊胚,甚至能全程发育正常出生。为了评价胚胎干细胞作为供核细胞在异种动物克隆中的意义,以小鼠胚胎干细胞（ES）为核供体,兔成熟的去核卵母细胞为受体构建异种重构胚,分析其在体外的发育能力,并以小鼠胚胎成纤维细胞和成年小鼠外耳皮肤的成纤维细胞为对照。通过核移植的方法分别把3种细胞移入成熟的兔去核卵母细胞透明带下,经电融合和激活后,在体外培养,胚胎干细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚在体外发育到囊胚的比例为16.1％,明显高于用成年小鼠外耳皮肤成纤维细胞（0％～3.1％,P<0.05）和小鼠胚胎成纤维细胞（2.1％～3.7％,P<0.05）所构建的异种重构胚的体外囊胚发育率.重构囊胚细胞经染色体分析,证实其染色体来源于小鼠胚胎干细胞。以上结果显示,用胚胎干细胞作为供核细胞,比体细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚更容易进行重编程,并且胚胎干细胞指导异种克隆胚胎正常发育的能力强于体细胞。     

细胞重编程改写细胞命运：细胞的返老还童——2012年诺贝尔生理学或医学奖简介

科学家们对细胞重编程的研究已经持续了数十年。所谓细胞重编程是指“已分化的特定细胞可以被重新编程为多功能的干细胞”。1962年,约翰·戈登（John Gurdon）在他的实验室里证明,已分化的动物体细胞在蛙卵中可以被重编程,从而具有发育成完整个体的能力,证明了细胞的分化是可逆的。2006年,山中伸弥（Shinya Yamanaka）将戈登的这一成果推进了一大步,实现了细胞在体外的重编程,诱导出了具有多能性的细胞（即诱导性多能干细胞,induced pluripotent stem cell,iPS细胞）,证明了细胞命运是有选择性地打开或关闭某些基因的结果。与胚胎干细胞相比,iPS细胞的优势在于它避开了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约,使干细胞研究能被所有人接受。同时,由于这些细胞来自于病人自身,在临床应用时有希望避免免疫系统对外来组织的排斥。iPS技术的创立开创了一个全新的研究领域。     

基因抑制蛋白质揭示干细胞奥秘

科学家已经采取措施来揭示“干细胞性质”的奥秘:将对是什么促使胚胎干细胞(ES)能无休止地复制并保持其演变成为任何种类人体细胞的潜能作出解释。近期《细胞》和《自然》杂志上发表的论文称,保持干细胞特性的关键因素是称为多冠状聚合蛋白质的分子。美国麻省理工学院(MIT)和剑桥怀特黑德生物医学研究所的研究小组报道,这些蛋白质和其他蛋白质协同作用以抑制大部分调节基因(调节基因的蛋白质启动起关键作用的发育基因),使胚胎干细胞保持处于未分化状态。已知多冠状聚合蛋白质在诸如果蝇和人等不同生物体的发育上,都具有关键性的抑制基因的…     

胚胎干细胞自我更新相关信号转导途径及信号分子

胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES cells)是从囊胚期内细胞团(inner cell mass, ICM)分离得到的, 在体外具有无限或较长期的自我更新能力, 并能在特定的诱导条件下分化成各种组织特异性细胞. 鉴于此种特性, ES细胞在临床上具有极其广阔的应用前景. 但是要将ES细胞成功的应用于临床, 必须解决的首要问题是胚胎干细胞是如何实现自我更新及定向分化的. 某些小鼠的ES(mES)细胞可以在LIF等外源性细胞因子的作用下在体外维持自我更新. 研究表明, LIF维持自我更新的能力是通过LIF-LIFR-JAK-STAT3途径实现的, 其中STAT3在该途径中起关键作用. Oct-3/4也是维持ES细胞多能性的重要分子之一, 它与其辅助分子Sox2, Rox-1共同参与调节胚胎的正常发育. Nanog是最近发现的一个同源盒转录因子, 被认为在ES细胞的全能性维持中起关键作用. 此外, BMP, Wnt, ERK途径也在这一过程中起重要作用. 本文中我们对近年来发现的有助于胚胎干细胞自我更新的相关信号转导通路做了概括综述, 主要有LIF-STAT3途径、Oct-3/4和Nanog信号分子. 虽然它们之间是通过怎样的模式相互影响和协调起作用还不是十分清楚, 但为我们以后的研究指明了方向.     

科学家培育出首批公用高纯度人类胚胎干细胞

英国伦敦大学研究人员培育出没有受动物原料污染的纯度极高的人类胚胎干细胞,并已交付给英国干细胞库,有需求者可直接从库中取用。胚胎干细胞是指胚胎中一些具有发育成各种组织和器官能力的细胞,在医学上具有巨大的应用前景。过去培育人类胚胎干细胞时往往还要用到一些源于动物的材料,比如源于猪的酶和源于牛的血清等。这样得到的胚胎     

自然信息

精子细胞有望替代胚胎干细胞迄今为止,已有3个国家的科学家宣布,成功地从成体小鼠的睾丸中提取到带有胚胎干细胞特性的细胞。最早是日本京都大学的一位小鼠胚胎干细胞专家T.希诺哈拉(T.Shinohara)于2004年宣布,从小鼠睾丸内分离出了可重新进入程序化的细胞。其次是美国加利福尼亚州,Pri meGen生物技术公司的副总经理弗朗西斯科·席尔瓦(Francisco Sil-va),在一次科学会议上透露,在对22个小鼠睾丸样品的研究中,得到了可重新进入程序化的胚胎样细胞。他同时声明,将很快公布实验成果。在2006年3月4日出版的《自然》上,德国乔治·奥古斯特大…     

胚胎干细胞,来自生之初的关怀

干细胞对于大多数人来说还是一个陌生的名词,从婴儿脐带血中提取干细胞治病更是闻所未闻。干细胞是尚未分化的细胞,它们能发育成为血液、肌肉、神经、心脏等不同器官,其中胚胎干细胞的分化潜力最强。成年动物体内也存在一些干细胞,如果能够分离培育干细胞并控制其发育方向,就可能制造各种健康的细胞、组织甚至器官用于移植手术,从根本上治疗多种目前不能治愈的疾病,如糖尿病、脊髓损伤、脑退化等。此外,干细胞还有增强人体免疫力、改变人类生存状态、延长人的寿命等潜能。     

体外诱导脑膜来源的iPS 细胞形成神经样的细胞

单层贴壁的培养方法能够在无血清的情况下将胚胎干细胞(ES 细胞)诱导分化形成神经 样的细胞. 重编程小鼠脑膜细胞产生的多能干细胞(iPS 细胞) C5, 也可以运用诱导ES 细胞神经 发生的方法来诱导神经特异性标志基因Sox1, Sox3, Pax6, Nestin 和Tuj1 的表达; 与之相反, 随 着分化的进行, ES 细胞特异性的标志基因Oct4 和Nanog 的表达量迅速降低. 通过细胞免疫荧 光技术, 可以检测到大量Pax6 和Nestin 阳性的神经前体细胞的存在, 并且随着时间的推移, 这 些前体细胞能够分化形成3 类中枢神经系统的细胞, 分别是神经元、星形胶质细胞和少突胶质 细胞. 体外诱导iPS 细胞形成的个体特异性细胞可以作为研究遗传类疾病机制的工具, 并且可 用来治疗机能紊乱和年老的神经组织. 此外, 脑膜细胞由于高表达胚性调控因子Sox2, 更容易 被逆分化形成iPS 细胞, 为此将更加胜任于临床治疗应用.     

体外定向诱导胚胎干细胞为造血细胞

采用分阶段诱导小鼠和人胚胎细胞分化的培养体系,用流式细胞仪,免疫组织化学及Ｗｒｉｇｈｔ染色鉴定细胞,探索体外定向诱导小鼠及人的胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ,ＥＳ）为造血细胞的方法,为胚胎干细胞来源的造血细胞应用于临床,以及研究造血细胞发育机制奠定基础。     

“既然从事这项研究,自然就有一份担当”——2012年诺奖得主山中伸弥访谈录

今年9月,山中伸弥在京都大学展示了将成熟皮肤细胞转变成类似于人类胚胎干细胞技术:通过注射遗传物质,细胞可逆向发育。这项技术在为特定患者进行干细胞疗法开启一扇大门的同时,有望帮助他们修复受损的器官或抵御疾病,如帕金森氏症或糖尿病等,尤其在实施这项技术时将不再伤及人类胚胎。《新科学家》杂志为此采访了山中本人。采访中发现,他对自己的突破性研究成果感到兴奋的同时,对其伦理问题还是表现出了一丝担忧。以下是访谈内容。     

韩、美科学家用病人体细胞培育出干细胞系

韩国和美国科学家5月19日宣布，他们运用体细胞核转移技术，用病人身上的皮肤细胞克隆出早期胚胎，然后提取新的胚胎干细胞系。这使干细胞研究向实用的“治疗性克隆”前进了一大步。     

人胚胎干细胞体外诱导分化为肝脏细胞

建立诱导人胚胎干细胞分化为肝细胞的方法, 为细胞移植与生物人工肝等肝病替代治疗提供新的种子细胞来源. 将人胚胎干细胞在细菌培养皿中悬浮培养7 d, 形成囊性拟胚体, 接种至包被有Ⅰ型胶原的组织培养皿, 以含有地塞米松、胰岛素的条件培养液进行诱导, 通过光学显微镜和电子显微镜观察细胞的形态变化; 免疫细胞化学和RT­PCR检测细胞诱导前后肝细胞特异性基因的表达; 用靛青绿摄取、排泌实验、糖原染色实验及白蛋白、尿素分泌检测肝细胞的相关功能. 条件诱导液培养14 d, 细胞形态由圆形变为多角形和长梭形, 出现双核或多核, 表面有微绒毛, 胞浆内含丰富的线粒体、内质网、溶酶体及糖原颗粒等; 这些细胞表达幼稚或成熟肝细胞特异性的AFP, ALB, CK18, CK19和CYP1B1等基因, 并具有靛青绿摄取、排泌、贮存糖原和分泌白蛋白、氨基代谢生成尿素等功能. 形态、表型及功能的实验结果均证实人胚胎干细胞经上述方法培养可以向肝细胞分化.