細(xì)胞工程論文胚胎干細(xì)胞

1、細(xì)胞工程課程論文目:胚胎干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)方面的研究及用t=r.號(hào):20100412310035名:級(jí):周文斌2010 級(jí)業(yè):牛物工程（1）班指導(dǎo)教師:完成日期:2013 年11月28日成 績(jī):胚胎干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)方面的研究及應(yīng)用摘要：干細(xì)胞，在醫(yī)學(xué)中被稱為“萬(wàn)用細(xì)胞”，是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞，在生命的生長(zhǎng)與發(fā)育中其起主干作用的原始細(xì)胞。 本文即以干細(xì)胞為 基礎(chǔ)，從胚胎干細(xì)胞概念出發(fā)，介紹胚胎干細(xì)胞的生物學(xué)特性， 對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外 胚胎干細(xì)胞的研究歷程做出梳理與總結(jié)，并對(duì)其研究成果、應(yīng)用前景及存在問(wèn)題 作出概述。關(guān)鍵詞：干細(xì)胞；胚胎干細(xì)胞；生物學(xué)特性；研究歷程及成果；應(yīng)用前景；存在 問(wèn)

2、題、干細(xì)胞干細(xì)胞(stem cells, SC)是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類：全能干細(xì)胞(tot ip ote ntstemcell,TSC)、多能干細(xì)胞(Pluripotentstem cell )和單能干細(xì)胞(unipotent stemcell )。干細(xì)胞是一種未充分分化，尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和 人體的潛在功能，醫(yī)學(xué)界稱為“萬(wàn)用細(xì)胞”。、胚胎干細(xì)胞(ESQ胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell ，ESC是從著床前胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖

3、細(xì)胞經(jīng)體外分化抑制培養(yǎng)分離的一種全能性細(xì)胞0它具有體外培養(yǎng)無(wú)限增殖、自我更新和多向分化的特性。無(wú)論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。1981年，埃文斯(Eva ns)和考夫曼(Kaufman) 從小鼠胚囊內(nèi)細(xì)胞團(tuán)建立了未分化的小鼠胚胎干細(xì)胞2,3 0 1998年，湯姆森(Thomson在體外受精5天的人囊胚中成功分離出hES細(xì)胞,體外培養(yǎng)維持不 分化狀態(tài)均傳代30代以上,建立了人的胚胎干細(xì)胞系開(kāi)創(chuàng)了胚胎干細(xì)胞的新紀(jì)一 47元 。三、生物學(xué)特性1、形態(tài)學(xué)特征ES 細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個(gè)或幾個(gè)核 仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。體外培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞排列緊密, 呈集落狀生長(zhǎng)。用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細(xì)胞呈 淡黃色5。2、全能性或多能性ES細(xì)胞全能性或多能性的基礎(chǔ)是其具有的高度的分化潛能。細(xì)胞分化終究歸結(jié)為在胚胎發(fā)育過(guò)程中基因組中的特定基因按一定順序相繼活化和表達(dá) 以,細(xì)胞全能性的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞基因組中決定蛋白質(zhì)編碼的所有基因按一定順序表達(dá)。細(xì)胞全能性或多能性與細(xì)胞分化狀態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定性密切相關(guān)。細(xì)胞分化具有 相對(duì)的穩(wěn)定性，但在一定條件下，細(xì)胞分化又是可逆的。低等生物細(xì)胞和高等動(dòng) 物的早期胚胎細(xì)胞具有全能性，但用成年綿羊的乳腺細(xì)胞和胎兒成纖維細(xì)胞為 供體進(jìn)行核移植生出了綿羊羔，這表明：不但未分化

5、的胚胎細(xì)胞具有全能性，已也具有全能性。分化的體細(xì)胞在特定條件下經(jīng)過(guò)脫分化(Dediffere nt iatio n)已分化的細(xì)胞具有全能性的前提條件是這種細(xì)胞在體外誘導(dǎo)進(jìn)入休眠狀態(tài)。細(xì)胞有系統(tǒng)地表達(dá)的全能性是細(xì)胞核基因在不斷變化的胞質(zhì)環(huán)境的作用下有次序、 結(jié)果,在分化的細(xì)胞內(nèi)存在有可逆性修飾的遺傳物質(zhì)。但并非所有的體細(xì)胞均具 有全能性,例如紅細(xì)胞，在成熟時(shí)失去細(xì)胞核，喪失了可逆性分化的遺傳物質(zhì)。四、研究歷程及成果1、60年代，幾個(gè)近親種系的小鼠睪丸畸胎瘤的研究表明其來(lái)源于胚胎生殖細(xì)胞(embryonic germ cells, EG 細(xì)胞)，此工作確立了胚胎癌細(xì)胞(embryoniccarci

6、 noma cells, EC 細(xì)胞)是一種干細(xì)胞 。2、1981年，Evan, Kaufman和Martin從小鼠胚泡內(nèi)細(xì)胞群分離出小鼠 ES細(xì)胞。他們建立了小鼠ES細(xì)胞體外培養(yǎng)條件。由這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞系有正常的二倍型，像原生殖細(xì)胞一樣產(chǎn)生三個(gè)胚層的衍生物。將ES細(xì)胞注入上鼠，能誘導(dǎo)形成畸胎瘤2,3。3、1992年，兩組科學(xué)家直接從受精后812天的鼠胚中成功分離出mE住田胞【7,811994年，通過(guò)體外授精和病人捐獻(xiàn)的人胚泡處于 2-原核期。胚泡內(nèi)細(xì)胞群在培養(yǎng)中得以保存其周邊有滋養(yǎng)層細(xì)胞聚集，ES樣細(xì)胞位于中央。4、1998年美國(guó)有兩個(gè)小組分別培養(yǎng)出了人的多能(pluripotent )干

7、細(xì)胞：JamesA. Thomson在 Wisconsin大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取innercell mass細(xì)胞，建立細(xì)胞株。經(jīng)測(cè)試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面marker和酶活性,證實(shí)他們就是全能干細(xì)胞。用這種方法，每個(gè)胚胎可取得15-20干細(xì)胞用于培養(yǎng)。John D. Gearhart 在Johns Hopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)研究小組也從人胚胎組織中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是：從受精后5- 9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞(primordial germ cell )干細(xì)胞的特征。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實(shí)

8、具有全能5、2000年，由Pera、Trounson和Bongso領(lǐng)導(dǎo)的新加坡和澳大利亞科學(xué)家從治療不育癥的夫婦捐贈(zèng)的胚泡內(nèi)細(xì)胞群中分離得到人ES細(xì)胞，這些細(xì)胞體外增殖，保持正常的核型，自發(fā)分化形成來(lái)源于三個(gè)胚層的體細(xì)胞系。 將其注入免疫 缺陷小鼠錯(cuò)開(kāi)內(nèi)產(chǎn)生畸胎瘤。6 2002年重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所完成了中國(guó)首例囊胚胎培養(yǎng)技術(shù)。該技術(shù)不僅大提高了試管嬰兒的妊娠成功率，還有效地降低多胞胎發(fā)生率。美國(guó) 哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院正與重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所合作， 人工共同研究干細(xì) 胞的分化，為“克隆”人體器官創(chuàng)造條件。7、2003,建立了人類皮膚細(xì)胞與兔子卵細(xì)胞種間融合的方法，為人胚胎干細(xì)胞研

9、究提供了新的途徑。8、2008年1月美國(guó)加利福尼亞州從事干細(xì)胞研究的 Stemagen公司采用克隆多 利的技術(shù)來(lái)建立人體晶胚，首次宣布由人體細(xì)胞成功克隆人體胚胎， 雖然這些比 針頭還要小的晶胚細(xì)胞只存活了 5天時(shí)間，它們卻被視為治療阿爾茨海默癥、帕金森氏癥等疾病的一個(gè)里程碑.9、2009年2月2日山東省干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心宣布首次成功克隆人類囊胚,此研究選擇了健康卵細(xì)胞志愿捐獻(xiàn)者12人，經(jīng)過(guò)促排卵共獲得135枚卵細(xì)胞，其 中77枚卵細(xì)胞進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)，58枚卵細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)，最終成功獲取囊胚 5枚。其中4枚囊胚的供體細(xì)胞來(lái)源于正常人皮膚纖維細(xì)胞，1枚來(lái)源于帕金森患者外周血淋巴細(xì)胞。因而，揭示了在

10、構(gòu)建胚胎發(fā)育過(guò)程中的部分科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，這使治 療性克隆研究向前邁進(jìn)了一大步。五、應(yīng)用前景1、研究體外細(xì)胞分化的理想材料ES細(xì)胞在添加抑制因子的培養(yǎng)液中，能夠維持不分化的狀態(tài)。在培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，如牛黃酸、丁酰環(huán)腺苷酸等化學(xué)物質(zhì)時(shí)，就可以誘導(dǎo)ES細(xì)胞向不 同類型的組織細(xì)胞分化，這為揭示細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡的機(jī)理提供了有效的手 段。2、治療疾病用神經(jīng)細(xì)胞治療神經(jīng)變性疾病（帕金森綜合癥、脊髓損傷、阿爾茲海默?。渭?xì)胞治療肝炎、骨骼肌 細(xì)胞治療肌營(yíng)養(yǎng)不良，胰島細(xì)胞治療糖尿病，心肌細(xì) 胞 修復(fù)壞死的心肌等12。另外，目前，ES細(xì)胞作為組織工程的種子細(xì)胞，已 在體外培養(yǎng)膀胱組織、胰腺、皮膚和角膜

11、等方面取得成功11。3、畜牧業(yè)和制藥實(shí)驗(yàn)研究表明，ES胞可提高基因轉(zhuǎn)移效率，因此，ES胞系對(duì)于轉(zhuǎn)基因動(dòng) 物與克隆動(dòng)物生產(chǎn)（如稀有動(dòng)物）、高效率產(chǎn)品的生產(chǎn)、藥物制造等具有重要的 利用價(jià)值【9，10】04、器官移植對(duì)胚胎干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化，形成相應(yīng)的組織和器官，可以用 于組織器官的移植，使體內(nèi)病變的組織器官得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能。而且用自體的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)后移植還可以避免異體移植所帶來(lái)的免疫排斥問(wèn)題。目前，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，用ES細(xì)胞誘導(dǎo)分化出的某些組織細(xì)胞已成功地治愈肝衰竭、心衰 竭、成骨不良等疑難病癥。也許在不久的將來(lái)，當(dāng)我們的身體某一類細(xì)胞功能出現(xiàn)異?；蛲嘶瘯r(shí)，就可以通過(guò)誘導(dǎo)ES細(xì)

12、胞定向分化來(lái)及時(shí)修補(bǔ)13 05、克隆動(dòng)物胚胎干細(xì)胞在理論上具有可以無(wú)限地傳代增殖，而且不改變其基因型和表現(xiàn)型的特點(diǎn)。如果以胚胎干細(xì)胞細(xì)胞作為核供體進(jìn)行核移植，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同的個(gè)體，這在保護(hù)珍稀野生動(dòng)物方面有著重要意義。還可對(duì)胚胎干細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作，通過(guò)細(xì)胞核移植生產(chǎn)遺傳修飾性動(dòng)物，有可能創(chuàng)造新的物種。6、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物目前常用的生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法是向受精卵中注射DNA外源基因的整合、表達(dá)和篩選工作是在個(gè)體水平上進(jìn)行的，不僅工作繁瑣、周期較長(zhǎng)、成功率低 而且后代的遺傳性狀也常出現(xiàn)分離；而利用胚胎干細(xì)胞作為基因載體，得到基因 整合的細(xì)胞，將載體胚胎干細(xì)胞直接進(jìn)行核移植或

13、者通過(guò)與胚胎嵌合獲得嵌合動(dòng)物，胚胎干細(xì)胞在嵌合體中分化發(fā)育成全能性的生殖細(xì)胞，即可以得到攜有目的基因的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。一個(gè)優(yōu)良的ES細(xì)胞系不僅可以用于各種目的基因轉(zhuǎn)化，用各 種方法將外源DNA導(dǎo)入細(xì)胞，而且外源基因的整合數(shù)目、位點(diǎn)、表達(dá)程序以及穩(wěn) 定性等都可以在細(xì)胞水平上進(jìn)行加工、篩選，在很大程度上加快了動(dòng)物遺傳工程 的進(jìn)程。7、胚胎干細(xì)胞在哺乳動(dòng)物個(gè)體發(fā)育中的應(yīng)用由于ES細(xì)胞可以分化為胚胎的內(nèi)胚層、中胚層和外胚層中任何一類細(xì)胞，于 是可以將帶有遺傳標(biāo)記的ES細(xì)胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過(guò)組織化學(xué)染色，了 解ES細(xì)胞的分化特點(diǎn)，這就為研究胚胎發(fā)育過(guò)程中的細(xì)胞分化及組織和器官形 成的規(guī)律,進(jìn)而研究動(dòng)

14、物體器官形成的時(shí)間、發(fā)育過(guò)程以及影響的因素等提供了 可能?？傊珽S細(xì)胞應(yīng)用前景非常廣闊，1999年，Science將人ES細(xì)胞研究 成果評(píng)為當(dāng)年世界十大科技進(jìn)展之首，2000年Time周刊將其列為20世紀(jì)十 大科技成就之首，并認(rèn)為ES細(xì)胞和人類基因組將同時(shí)成為新世紀(jì)最具發(fā)展和應(yīng)用前景的領(lǐng)域14 0六、胚胎干細(xì)胞研究中存在的問(wèn)題雖然作為十大科技之首，應(yīng)用前景非常廣闊，但胚胎干細(xì)胞（特別是人胚胎干細(xì)胞）的研究與應(yīng)用卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。主要有以下幾方面的原因:1、ES細(xì)胞在體外定向誘導(dǎo)難度大ES細(xì)胞在治療前必須事先在體外被誘導(dǎo)分化為某種特異的組織細(xì)胞，否則直 接移植有發(fā)生畸胎瘤的危險(xiǎn)。2、免疫排斥

15、-10 -免疫排斥仍是目前異體ES細(xì)胞移植的最大障礙。盡管誘人設(shè)想提出對(duì)ES細(xì)胞的基因作某些修飾，從而創(chuàng)建適合所有個(gè)體的“萬(wàn)能供者細(xì)胞”，即通用的ES系O但這種方法需要破壞和改變細(xì)胞中許多基因，安全性得不到保障12O3、人ES細(xì)胞來(lái)源匱乏(1)倫理道德因?yàn)槿薊S細(xì)胞需要取自胚胎，而多數(shù)人認(rèn)為殺死胚胎就是毀滅生命， 侵犯人權(quán)，特別是對(duì)治療性克隆的爭(zhēng)議更大， 不僅要?dú)⑺琅咛ィ€容易犯克隆人的錯(cuò)誤15O(2)成功率不高目前科學(xué)家對(duì)人ES細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增時(shí)如何保持其不分化，即體外建系的最佳條件不清楚，因此人E細(xì)胞建系的成功率不高12 O值得一提的是，由于核轉(zhuǎn)移效率問(wèn)題，目前的治療性克隆技術(shù)仍然不能解決 E

16、S細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題。因?yàn)閾?jù)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)人ES系的成功誘導(dǎo)至少需要280個(gè)人卵細(xì)胞16。雖然人-牛等異種重構(gòu)胚可解決人卵細(xì)胞的來(lái)源匱乏的問(wèn)題，但這又存在嚴(yán)重的安全性與倫理學(xué)諸問(wèn)題17O參考文獻(xiàn):1李志勇細(xì)胞工程(第二版)M.北京：科學(xué)出版社，2010.159-160.2 Evans MJ, Kaufman MH. Establishment in culture of pluripoteialcells from mouseembryos J. Nature, 1981,292(5819): 154-56.3 Martin G. Isolati on of a pluripoten tial cel

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