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。     

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.     

科学家首次“造”出小鼠胚胎

正科学家一直对人类胚胎早期发育过程抱有极大兴趣,希望能借此了解早期妊娠失败的原因。英国研究人员日前在2017年3月3日出版的《科学》杂志上报告说,他们利用小鼠两种不同类型的干细胞,首次完全在体外培育出了小鼠胚胎。哺乳动物受精卵要经历多次分裂,生成大量干细胞。这些干细胞中,一部分最终形成胚胎身体的,叫作胚胎干细胞。这些胚胎干细胞集聚到一起,形成了胚胎的早期阶段——胚泡。胚泡中还存在另外两种干细     

细胞中的“超能战士”——干细胞

<正>人体干细胞自我更新和产生新组织的潜能几乎是无穷的,这些特性使得干细胞成为实验室,乃至医学应用上的重要工具。在生物学或医学研究领域,干细胞作为一种有效的治疗手段,其潜能令人难以置信。那么,干细胞是什么?它从何而来?在医学上又有哪些惊人的潜能呢?干细胞从哪里来人体大约由60万亿个细胞组成,这些细胞分属220种细胞类型,各自具有不同的功能。人体机能庞大复杂,却杂而不乱,原因就在于支撑人体的几百种细胞都源于精子和卵子的结合体——受精卵,由它再分化出人体内所有类型的细胞。从这个意义上来说,受精卵是超能的。受精卵发育成胚胎,进而发育成胎儿。而早期未分化的胚胎细胞也是干细胞家族的一员,即"胚胎干细胞"。所谓"干细胞",就是始终存在     

科学之窗

英国《自然遗传学》杂志胚胎干细胞的危机最近科学家发现:培养在实验室的胚胎干细胞可能将会导致一连串的与癌症有关的病变。这一发现引发了人们的质疑:如果无法保持这些干细胞的鲜活度,以及在使用前对可能出现的突变作一个彻底的检查,这些干细胞还能用到医疗上吗?众所周知,干细胞在未来可用来培养各种类型的细胞,用于制造或替换被疾病破坏的细胞及器官。但是,该研究报告称,目前大部分的胚胎干细胞培养腺,已经被实验室器皿中作为生长介子的动物细胞污染了。假如这些受到外来蛋白质污染的细胞移植到病人体内,将很可能引发可怕的免疫反应。更…     

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     

人猴混合胚胎首次培育成功

<正>近日,一个中美科研团队制造出世界上首个由人类细胞和猴子细胞共同组成的胚胎,但这项最新研究也引发了伦理争议。该项最新研究使用了功能更加强大的扩展多能干细胞(EPS)。研究人员将将25个人类EPS细胞插入132个与人类更"接近"的食蟹猴的胚胎内,并在培养皿中培育20天。结果表明,13天后,     

干细胞引领生物医学革命

干细胞是一类具有自我增殖能力和多向分化潜能的细胞。以胚胎干细胞和诱导多能干细胞为核心的干细胞技术的跨越式发展正引领着一场新的生物医学革命。文章主要介绍干细胞技术的发展及其在细胞治疗、疾病模型、药物筛选和人造器官等领域的研究进展与挑战。尽管干细胞基础研究取得了巨大进步,但是干细胞技术的临床转化和产业化仍然面临诸多挑战。如何更好地利用干细胞和交叉学科新技术为人类服务还有很多事情等着我们去做。     

笹井芳树(1962-2014)

<正>9月3日,《自然》杂志在日本干细胞生物学家笹井芳树自杀辞世近一个月时发表讣文,纪念这位干细胞领域的先驱。本文作者阿图罗·阿尔瓦雷茨-比拉(Arturo Alvarez-Buylla),加州大学旧金山分校的神经外科教授,他曾在2008年至2014年与笹井芳树有过合作。他称笹井为解密胚胎信号的干细胞生物学家。一个受精卵——单细胞是如何生成无数的特化细胞,再组装成三维组织和功能器官的?这一基础性的谜题让一代又一代的胚胎学家为之着迷。利用创造性的培养条件,以及对于支配组织发育的一     

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。     

明胶铺底培养人胚胎干细胞的初步研究

基质胶是人胚胎干细胞的无饲养层培养体系中常规使用的包被材料, 但其价格昂贵同时不方便使用. 本文研究了明胶作为替代包被材料的可能性. 结果表明, 明胶能够维持经胰蛋白酶消化的人胚胎干细胞的未分化状态. 生长在明胶上的胚胎干细胞表达多能性标志物, 具有畸胎瘤形成能力同时维持正常核型. 对在明胶上培养了10代的人胚胎干细胞进行检测, 结果显示这些细胞仍然表达高水平的Oct4. 同时, 与基质胶上生长的人胚胎干细胞相比, 明胶上生长的人胚胎干细胞能够形成相似大小和数量的碱性磷酸酶阳性集落(P>0.05), 同时生长在两种包被材料上的人胚胎干细胞含有相似比例的SSEA-4阳性细胞(95.1% vs 94.3%. P >0.05). 这个基于明胶的培养方法可能会帮助我们低成本地对人胚胎干细胞进行大规模扩增     

干细胞的研究进展

1998年, Thomson和Gearhart实验室先后建立了源于人类胚胎的干细胞; 1999年, 研究人员又发现即使是成熟的干细胞也可以被分化为不同类型的细胞. 干细胞的研究进展给医学应用领域带来了新的希望, 同时也促使人们重新思考传统的细胞发育概念. 正是由于干细胞的研究获得了突破性进展, 使得有关干细胞的研究被Science评为1999年度十大科学进展之首[1]. 本文从研究概况、一般特性、进化发育、干细胞的研究现状以及应用前景几方面介绍干细胞的研究进展. 1 研究概况 从80年代初期至今, 已经有多种哺乳动物, 包括非人灵长类动物的胚胎干细胞系(emb…     

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     

干细胞研究新动向英国政府支持人类胚胎应用研究

英国政府在今年８月中旬闯入了伦理道德“雷区”,批准了一份要求扩大人类胚胎研究的报告。该报告不仅建议深化人类胚胎研究以开发利用其干革命干细胞（可作为种子最终培育出医用人体组织的原始细胞）,而且也为克隆人类胚胎的研究（此活动已引起激烈争论）开了绿灯。实施这些建议的有关法规将于今年秋天提交议会进行表决。 英国政府的这些新法规若能获通过,可能会比美国国立卫生研究院即将出台的准则容许范围要大一些。约翰·霍普金斯大学医学院的干细胞研究专家约翰·吉尔哈特（Ｊｏｈｎ　Ｇｅａｒｈａｒｔ）说,加拿大、德国和日本最近…     

iPS研究急待“涅槃重生”

<正>2006年,以山中伸弥教授为首的日本京都大学研究小组通过实验,成功地将小鼠的皮肤细胞——确切地说是成纤维细胞——转化成了干细胞。这是科学家首次获得诱导性多能干细胞,即iPS细胞。iPS细胞的发现有着不同寻常的意义。首先,它更新了人们的观念,从此之后人们不再认为细胞的命运不可逆转。普通体细胞不仅可以逆转为干细胞,而且还可以实现不同组织间的转分化。其次,它绕过了胚胎干细胞的伦理困境,让很多实验室都可以重复这个简单的实验,开展多能干细胞的研究。最后,iPS细胞还具有很多胚胎干细胞所不具备的优势。诸如,将患者自身的i PS细胞在体外操作后重新植入体内,会大大减少排斥反应。     

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。     

"我们没有伤害胚胎"——日本科学家山中伸弥访谈录

不久前,东京大学的山中伸弥(Shinya Yamabaka,上图)教授向世人展示,他能够将成熟的皮肤细胞转化成与人胚胎干细胞相似的细胞.     

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     

开禁干细胞研究会带来什么？

3月9日,对美国的干细胞研究科学家及相关的药物公司是一个历史性时刻,这个国家执行了近8年的对胚胎干细胞研究的禁令将被废除。有意思地是,宣布解禁的地点正是2年前美国总统布什重申对胚胎干细胞研究限制的同一个枝形灯装饰的白宫东大厅内。奥巴马总统在仪式上宣布“将取消禁止联邦政府资助胚胎干细胞研究的限制,大力支持致力于这一研究的科学家。”这一决定以及随后颁布的美国总统行政命令,逆转了自2001年8月9日以来布什政府对胚胎干细胞研究限制的政策。