細(xì)胞與細(xì)胞工程

Cell&CellEngineeringSchoolofLifeSciences,XiamenUniversityDr.GaoliangOuyang(歐陽高亮)Dr.ShuyongLin(林舒勇)2012-2013年第2學(xué)期生命科學(xué)導(dǎo)論安排講座號(hào)題目任課教師第一講細(xì)胞與細(xì)胞工程歐陽高亮，林舒勇第二講基因與基因工程徐虹，顧穎第三講微生物與傳染性疾病陳毅歆，陳航姿，王彥海第四講營養(yǎng)與健康金利華，周克夫第五講人類遺傳學(xué)與優(yōu)生許曄，李光第六講生物多樣性與環(huán)境保護(hù)鄭文教，楊盛昌第七講生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用吳婷，程喆第八講生物倫理與社會(huì)決策張賽群，陳長平課程召集人：羅大mluo@Fertilizedeggcanbedevelopedintoembryoandusedtoisolateembryonicstemcells生命科學(xué)研究的范疇和層次核心領(lǐng)域：生物學(xué)（動(dòng)物學(xué)，植物學(xué)等），生物醫(yī)學(xué)科學(xué)（疾病相關(guān)研究）小分子-生物大分子-細(xì)胞器-細(xì)胞-組織-器官-生物個(gè)體-群落-生態(tài)系統(tǒng)Science,Dec.2012Science2012年度十大科學(xué)進(jìn)展心肌細(xì)胞肝細(xì)胞胰腺細(xì)胞……精子卵子胚胎干細(xì)胞飲食對(duì)腸道微生物組產(chǎn)生的作用，以及它們對(duì)患病風(fēng)險(xiǎn)的影響癌癥免疫學(xué)研究黑色素瘤治療方案（dabrafenib（BRAF抑制劑）和trametinib（MEK抑制劑）組合藥物）干細(xì)胞試驗(yàn)的基礎(chǔ)研究和臨床研究單細(xì)胞測序技術(shù)人類連接組項(xiàng)目(HumanConnectomeProject)計(jì)劃植物學(xué)基礎(chǔ)研究——調(diào)控植物生長的分子遺傳學(xué)機(jī)制Science和Nature2013年度生命科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)預(yù)測Nature雜志則指出今年干細(xì)胞試驗(yàn)的基礎(chǔ)研究和臨床研究也許會(huì)取得新進(jìn)展，其編輯認(rèn)為一項(xiàng)利用人類胚胎干細(xì)胞（hESC）進(jìn)行的早期臨床試驗(yàn)應(yīng)該在2013年會(huì)獲得具有里程碑意義的研究結(jié)果，這個(gè)由著名的先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，正在將源自hESC的視網(wǎng)膜細(xì)胞注入36名患有兩種形式的無法治愈的退行性失明的患者眼中。這是目前唯一一家獲得美國食品與藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)開展hESC治療試驗(yàn)的公司，并且先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司希望FDA能夠?yàn)槠溟_綠燈，從而于今年在病人中對(duì)誘導(dǎo)自成熟細(xì)胞的干細(xì)胞進(jìn)行測試。細(xì)胞工程細(xì)胞工程是運(yùn)用細(xì)胞分子生物學(xué)理論與技術(shù)，定向改造細(xì)胞乃至生物。用這種技術(shù)可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操作，達(dá)到定向改造生物的目的,是人們根據(jù)科學(xué)設(shè)計(jì)改變細(xì)胞的遺傳基礎(chǔ)，通過無菌操作，大量培養(yǎng)所需細(xì)胞，誘導(dǎo)形成組織甚至發(fā)育為完整個(gè)體的技術(shù)。迄今為止，人們已經(jīng)從基因水平、細(xì)胞器水平以及細(xì)胞水平開展了多層次的大量工作，在細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)和生物克隆等諸多領(lǐng)域取得一系列令人矚目的成果，其中代表細(xì)胞水平的細(xì)胞工程研究也顯示其巨大的應(yīng)用前景。

第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞是生命的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。單細(xì)胞生物，一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)個(gè)體，而多細(xì)胞生物則由許多細(xì)胞成一個(gè)個(gè)體。我們所看到的生物體都是由多細(xì)胞所組成。在多細(xì)胞生物體中，由形態(tài)結(jié)構(gòu)相似的細(xì)胞再組成組織，執(zhí)行著生物體中的部分功能。第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程根據(jù)細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可將生物界的細(xì)胞分為兩大類：原核細(xì)胞（prokaryotes）和真核細(xì)胞（eukaryotes）細(xì)菌、藍(lán)藻和放線菌等由原核細(xì)胞構(gòu)成的有機(jī)體稱為原核生物，幾乎所有的原核生物都由單個(gè)原核細(xì)胞構(gòu)成。由真核細(xì)胞構(gòu)成的有機(jī)體則稱為真核生物，真核細(xì)胞大多存在于多細(xì)胞生物中。單細(xì)胞生物與多細(xì)胞生物在適應(yīng)環(huán)境等方面各有千秋.（一）細(xì)胞分類一.細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)（二）細(xì)胞的大小和形態(tài)支原體（mycoplasma）巨型烏賊神經(jīng)細(xì)胞（nervecell）蕨藻（caulerpa）細(xì)胞形態(tài)的多樣性硅藻草履蟲無論各種細(xì)胞的大小和形態(tài)有多大的差異，它們都由一層具有一定生物學(xué)功能的細(xì)胞膜包裹在細(xì)胞外層。由于這層細(xì)胞膜將細(xì)胞內(nèi)部和外部環(huán)境分隔開，使細(xì)胞內(nèi)部的各種生命活動(dòng)發(fā)生在特定的環(huán)境中保障了單細(xì)胞個(gè)體的生命活動(dòng)和多細(xì)胞個(gè)體中不同功能細(xì)胞的相對(duì)獨(dú)立性，使其成為生物體的功能單位。（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，因而相對(duì)較小沒有細(xì)胞核和大多數(shù)細(xì)胞器（恒定的內(nèi)膜系統(tǒng))細(xì)菌和古細(xì)菌兩類三個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域：鞭毛或纖毛，胞外被膜和細(xì)胞質(zhì)I.原核細(xì)胞Prokaryoticcells

三大結(jié)構(gòu)體系：生物膜系統(tǒng)：質(zhì)膜、內(nèi)膜系統(tǒng)（細(xì)胞器）

遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)：染色質(zhì)(體)、核糖體、mRNA、tRNA等

細(xì)胞骨架系統(tǒng)：胞質(zhì)骨架、核骨架II.真核細(xì)胞（eukaryoticcells）chromatid具有核膜和由膜圍成的各種細(xì)胞器，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、葉綠體、溶酶體等。內(nèi)膜系統(tǒng)將細(xì)胞質(zhì)分隔成不同的區(qū)域，即所謂的區(qū)隔化(compartmentalization)。區(qū)隔化使細(xì)胞內(nèi)表面積增加了數(shù)十倍，代謝能力增強(qiáng)。第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程G0期:休眠期G1期:DNA合成前期S期:DNA合成期G2期:

DNA合成后期M期:有絲分裂期（一）細(xì)胞增殖二.細(xì)胞的功能～20h細(xì)胞分裂三種方式

(二)細(xì)胞分化多細(xì)胞生物體是由各種各樣形態(tài)和功能都不同的細(xì)胞群所組成。高等動(dòng)、植物由受精卵細(xì)胞開始的胚胎發(fā)生過程隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加而使得早期胚胎的細(xì)胞數(shù)量也增加許多。其中有些細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上逐漸發(fā)生了差異，這種細(xì)胞之間差異的發(fā)生過程就是細(xì)胞分化。個(gè)體發(fā)育的過程就是細(xì)胞分化的過程，個(gè)體的各種器官和組織都是通過細(xì)胞分化形成的。

囊胚原腸胚Examplesofnamesandtypesofcelldeath.(A–I)Electronmicroscopy;(J–L)phasecontrast.(A)NormalHeLacells;(B)treatedwithstaurosporintoinduceapoptosis;or(C)treatedwiththapsigargintoinduceautophagy(Galluzzietal,2007).(D)Apoptotic,and(E)necroptoticJurkatcells(Degterevetal,2005).(F)Paraptotic293Tcells(Sperandioetal,2000;copyright(2000)NationalAcademyofSciences,USA).(G)Necroticand(H)autophagiciBMKcells(Degenhardtetal,2006;Mathewetal,2007).(I)Ras-expressingU251glioblastomacellsshowingmacropinosomes(J.H.Overmeyer,A.Kaul,E.E.Johnson&W.A.Maltese,unpublisheddata).(J)Dictyosteliumcells,vegetative,(K)undergoingvacuolarautophagiccelldeath,and(L)undergoingnecroticcelldeath(Laporteetal,2007).

凋亡自吞噬凋亡壞死自吞噬壞死凋亡（apoptosis，程序性死亡），壞死（necrosis），自吞噬（autophagy），衰老（senescence）…

(三)細(xì)胞衰老和死亡Hayflick'sLimit:humancellsderivedfromembryonictissuescanonlydivideafinitenumberoftimes(~50)incultureFibroblastDivision20times50times細(xì)胞衰老LimitlessReplicativePotential

Humansomaticcellshaveafinitereplicativepotential,oncecellsprogressedthroughacertainnumberofdoublings,cellswillstopgrowing------aprocesstermedsenescence.LossofproliferativecapacitywithageApoptosisandnormalmorphogenesis(Mousepaw)細(xì)胞死亡控制失效的后果：該死的不死：腫瘤不該死的死了：退行性疾?。ˋD，Parkinson’sDisease）TumorsasComplexTissuesThetumormicroenvironmentisregulatednotonlybycancercellsbutalsobyendothelialcells,immunecellsandstromalelements

------HanahanD,WeinbergRA.Cell,2000.

(四)腫瘤CellcyclecheckpointTumorinvasion-metastasiscascade（腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移）CancersResultFromgeneticMutation

Alterationinthecell'sDNAsequence

Epigeneticchange:achangeinthepatternofgeneexpressionwithoutachangeintheDNAsequence

ChemicalcarcinogensIonizingradiationsViruses

Agentsthatgiverisetocancer

Many,butnotall,cancer-causingagentsdamageDNA

FungaltoxinaflatoxinB1ThemorepotentonesarerelativelyinertchemicallyandbecomedamagingonlyaftertheyhavebeenchangedtoamorereactiveformbymetabolicprocessesMetabolicactivationofacarcinogenZhouBB,etal.NatRevDrugDiscov.2009.Cancerstemcells(CSCs),alsoknownastumorinitiatingcellsortumorigeniccells,refertoasmallsubsetoftumorcellsthathavestem-likecellproperties,theabilitytoself-renew,differentiateintoheterogeneouspopulationsofcancercells,andseednewtumorsinaxenotransplantsystem.Cancerstemcell(腫瘤干細(xì)胞）第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程

體外培養(yǎng)細(xì)胞的基本類型形態(tài)：成纖維樣細(xì)胞和上皮樣細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞能否在支持物上生長，分為貼附型和懸浮型。成纖維樣細(xì)胞上皮樣細(xì)胞懸浮型細(xì)胞第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

細(xì)胞培養(yǎng)的基本設(shè)備無菌室無菌操作臺(tái)二氧化碳培養(yǎng)箱倒置顯微鏡細(xì)胞計(jì)數(shù)儀透射電子顯微鏡激光掃描共聚焦顯微鏡培養(yǎng)瓶培養(yǎng)皿培養(yǎng)板培養(yǎng)液第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程二.單克隆抗體

1975年英國科學(xué)家Milstein和Kohler將產(chǎn)生抗體的淋巴細(xì)胞同腫瘤細(xì)胞融合，成功建立了單克隆抗體技術(shù)，而獲得1984年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。每個(gè)B淋巴細(xì)胞僅專一地產(chǎn)生、分泌一種針對(duì)某種抗原決定簇的特異性抗體，而腫瘤細(xì)胞可以無限增殖，因此雜交瘤細(xì)胞可在體外培養(yǎng)或移植到體內(nèi)條件下分泌大量單克隆抗體。單克隆抗體技術(shù)的最主要優(yōu)點(diǎn)是可以用不純的抗原分子大量制備純一的單克隆抗體。單克隆抗體的應(yīng)用分子細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)研究疾病的定向治療（腫瘤免疫療法，風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等）疾病的早期診斷超過150億美元的市場第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程三.動(dòng)物克隆生物學(xué)上，克隆指的是低等生物無性繁殖產(chǎn)生遺傳信息完全一致的群體的自然存在的過程。生物技術(shù)領(lǐng)域，克隆指的是復(fù)制（拷貝）DNA片段（分子克?。?，細(xì)胞（細(xì)胞克隆，應(yīng)用于干細(xì)胞）乃至生物體（生殖克?。┑氖侄?。生殖克隆一般指創(chuàng)造遺傳特性上完全一致的多細(xì)胞個(gè)體的過程，是一種無性繁殖。人為創(chuàng)造：體細(xì)胞核移植，利用顯微外科技術(shù)，將一個(gè)體細(xì)胞核移植到一個(gè)去核的卵細(xì)胞中，再植入母體子宮，便可不經(jīng)授精而發(fā)育。胚胎分裂（胚胎孿生）自然存在：個(gè)別雌性昆蟲，甲殼類和蜥蜴成熟個(gè)體的復(fù)制克隆研究的歷史及現(xiàn)狀Hansspemann,1869-19411928年進(jìn)行了首次核移植實(shí)驗(yàn)1935年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1938年預(yù)言了克隆高級(jí)生物的可能性德國胚胎生物學(xué)家（thefatherofcloning）

HansSpemann的蠑螈核移植實(shí)驗(yàn)

1938年Spemann和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)，把發(fā)育早期的蠑螈細(xì)胞核移植到去除了細(xì)胞核的發(fā)育晚期蠑螈胚胎中，胚胎細(xì)胞可以繼續(xù)發(fā)育成為一個(gè)完整的蠑螈。1952年Briggs和King用囊胚細(xì)胞核克隆了蝌蚪RobertBriggs(1911-1983)ThomasKing

(1921-2000).紫外線照射未受精卵移核卵蝌蚪197移核卵，104個(gè)分裂發(fā)育，35各發(fā)育為胚胎，27個(gè)成為蝌蚪Thefirstclonedvertebrate囊胚細(xì)胞——分化早期的胚胎細(xì)胞1962年JohnGurdon用腸細(xì)胞（分化終末細(xì)胞）核克隆青蛙JohnGurdon(1933-)紫外線照射未受精卵移核卵蝌蚪提取腸上皮細(xì)胞核注入細(xì)胞核蝌蚪囊胚囊胚不分裂畸形胚成蛙細(xì)胞可以“重編程”克隆技術(shù)的基礎(chǔ)1979年KarlIllmensee宣布運(yùn)用核移植法成功克隆了3只小鼠，但該結(jié)果沒有得到科學(xué)界公認(rèn)1986年丹麥科學(xué)家SteenWilladsen

成功利用胚胎細(xì)胞克隆出一頭綿羊，這是首次證實(shí)的通過核移植技術(shù)克隆哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物的克隆1995年7月

蘇格蘭Roslin研究所的IanWilmut和KeithCampbell運(yùn)用早期分化的胚胎細(xì)胞克隆出了兩頭綿羊，命名為Megan和Morag,這被看作是多莉誕生的前奏1996年7月5日第一個(gè)用成年體乳腺細(xì)胞克隆產(chǎn)生的哺乳動(dòng)物——綿羊多莉（Dolly）誕生July5,1996~February14,2003多莉（Dolly）RoyalMuseuminEdinburghWilmut,A.E.Schnieke,J.McWhir,A.J.KindandK.H.Campbell.Viableoffspringderivedfromfetalandadultmammaliancells.Nature,1997,385:810–813.克隆羊多莉引發(fā)的動(dòng)物克隆熱牛，05/07/1998,日本猴，14/01/2001,美國貓，14/02/2002,美國騾，29/05/2003,美國小鼠，05/12/1999,美國駱駝，8/04/2009,阿聯(lián)酋(1)遺傳素質(zhì)完全一致的克隆動(dòng)物將更有利于開展對(duì)動(dòng)物(人)生長、發(fā)育、衰老和健康等機(jī)理的研究；(2)有利于大量培養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的家畜;(3)經(jīng)轉(zhuǎn)基因的克隆哺乳動(dòng)物，將能為人類提供源源不斷的廉價(jià)的藥品、保健品以及較易被人體接受的移植器官；(4)科學(xué)家將很快地從目前的同種克隆技術(shù)推進(jìn)到異種克隆,即借腹懷胎的新領(lǐng)域,這無疑將大大促進(jìn)對(duì)瀕臨滅種的哺乳動(dòng)物的保護(hù)工作?？寺〖夹g(shù)將對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生的重大影響（？？？）第一節(jié)細(xì)胞的特征細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)胞的生長、分化與死亡第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體動(dòng)物克隆干細(xì)胞工程Stemcellsarepowerfultoolsinbiologyandmedicine.Whatcanscientistsdowiththesecellstoexploittheirincrediblepotential?Adaptedfrom

PrinciplesofBiology

publishedby

NatureEducation.

JAMESKING-HOLMES/SCIENCEPHOTOLIBRARYAmouseembryoisheldinplaceduringnucleartransfer.Theegg'sgeneticmaterialhasbeenremovedandanadultcellnucleusisinjectedinitsplace.四.干細(xì)胞工程Pluripotent:cantransformintoanyoneofthe220celltypesinthehumanbody.

Self-renewal:onestemcellcanalsodividetoproducemillionsmorestemcells.1.WhatareStemCells?innearlyallanimals,fromtinywormstomiceandhumans.embryonicstemcellsadultstemcellsinducedpluripotentstem(iPS)cells2.TypesofStemCellsEmbyonicStemCellsVS.AdultStemCellsStemCells:FlexiblefriendsNature

483,

S22–S26Inthepastdecade,scientistshavealsolearnedtomakestemcellsfromregularmature,differentiatedcells.Thesecellsarecalledinducedpluripotentstemcellsbecausescientistsforcethemtobecomepluripotentevenaftertheyhavereachedadifferentiatedstate.

Byturninguptheexpressionofjustafewgenes,scientistscanforceaskincell,forexample,toretraceitsdevelopmentalpathwaybackwardsallthewaytoaflexiblepluripotentstate.

InducedPluripotentStemCells3.MedicalApplicationsStemcellscanteachusaboutthebiologyofpluripotentcells,howthehumanbodydevelops,andwhathappensduringdisease.Theyarealsoatoolfordevelopingsaferwaystodesignandtestnewmedications.theyarethebasisforregenerativemedicine,usingstemcellstorepairdamagedtissue.

……ThediscoveriesofGurdonandYamanakahaveshownthatspecialisedcellscanturnbackthedevelopmentalclockundercertaincircumstances.Althoughtheirgenomeundergoesmodificationsduringdevelopment,thesemodificationsarenotirreversible.Wehaveobtainedanewviewofthedevelopmentofcellsandorganisms.ResearchduringrecentyearshasshownthatiPScellscangiverisetoallthedifferentcelltypesofthebody.Thesediscoverieshavealsoprovidednewtoolsforscientistsaroundtheworldandledtoremarkableprogressinmanyareasofmedicine.iPScellscanalsobepreparedfromhumancells.Forinstance,skincellscanbeobtainedfrompatientswithvariousdiseases,reprogrammed,andexaminedinthelaboratorytodeterminehowtheydifferfromcellsofhealthyindividuals.Suchcellsconstituteinvaluabletoolsforunderstandingdiseasemechanismsandsoprovidenewopportunitiestodevelopmedicaltherapies.Fromsurprisingdiscoverytomedicaluse皮膚細(xì)胞iPS神經(jīng)細(xì)胞心肌細(xì)胞肝細(xì)胞精子、卵子Whyisatherapeuticcloningapproachimportant?Bygrowingnewbodypartsfromexistingonesfromthesamepersonwecanavoidtransplantrejectionproblems.Byusingcellsre-engineeredor“cloned”fromourselveswecanbecomeourowntransplantsource-similartobankingbloodforourselvesbeforeasurgicaloperation.PeopleintheUSaffectedbydiseasesthatmaybehelpedbystemcellresearchCondition NumberofPersonsAffectedCardiovasculardiseases 58MillionAutoimmunediseases 30MillionDiabetes 16MillionOsteoporosis 10MillionCancer 8.2MillionAlzheimer'sdisease 4MillionParkinson'sdisease 1.5MillionBurns(severe) 0.3MillionSpinalcordinjuries 0.25MillionBirthdefects 150,000(peryear)Total 128.4Million--------------------------------------------------------------------------------------DatafromthePatients'CoalitionforUrgentResearch,Washington,DC(accordingtoPerry,Ref.267).NATURE

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NEWSChina’sstem-cellrulesgounheededHealthministry’sattemptatregulationhashadlittleeffect.Nature

484,

149–150

(12April2012)It’sboomtimeforfirmssellingstem-celltreatments,suchasthosederivedfromumbilicalblood.LIUHAIFENG/XINHUAPRESS/CORBISNATURE

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NEWSStem-celltherapytakesoffinTexasAboominunprovenproceduresisworryingscientists.Nature

483,

13–14

(01March2012)

Celltexhoststhelargeststem-cellbankintheUnitedStates.TYLERRUDICK4.DevelopmentoftheStemCelltechniqueSource:/time/2001/stemcells/popup.htmlWherearetheStemCells?自然胚胎克隆人胚胎-核移植/混種胚胎-核移植體細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(體細(xì)胞轉(zhuǎn)分化)In1868,GermanbiologistErnstHaeckelfirstusedtheterm'stemcell'todescribeazygote.Researchershavebeenworkingwithmouseembryonicstemcellssince1981.

thefieldtookoffin1998,whenresearchersisolatedhumanembryonicstemcellsforthefirsttime.（最早的人類多能干細(xì)胞是從體外受精的臨床病例中得來的多余胚泡。這個(gè)里程碑式的事件是JamesThomson領(lǐng)導(dǎo)的UniversityofWisconsin,Madison的實(shí)驗(yàn)室在1998年的成果。）3.1IsolationandcultureofStemCells3.2ObjectionstoStemCellReasearch2008紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)將從人類皮膚細(xì)胞中提取的DNA注入來自母牛卵巢的卵子，卵子的所有遺傳物質(zhì)基本上都被去除。3.3InterspeciesEmbryos2003上海第二醫(yī)科大學(xué)盛慧珍教授研究組將人的體細(xì)胞核植入去核的兔卵細(xì)胞中。3.4AdultStemCellsdonotraisetheethicalquestionsthatembryonicstemcellsdobecausenoembryosareneeded

existinvery

smallnumbers

oftenburieddeepinthetissue

mainlyusedfortwotreatments:bone-marrowtransplantstorebuildapatient'simmunesystem,andskingraftstoreplaceskinoveraburnorotherinjuryotherapplicationsforadultstemcells？usedrugstoactivateapatient‘sownadultstemcellstoperformthenecessaryrepairs？

Foralongtime,scientiststhoughtthatonceacelldifferentiated,itcouldneverregainitspluripotency.Theyassumedthatitmustbesetinitsidentitybecauseithadsomanygenesturnedonandoffinwaysparticulartothatcelltype.In2006,however,KazutoshiTakahashiandShinyaYamanakaofKyotoUniversityinJapanprovedotherwise.Theyturnedmouseskincells—specifically,fibroblasts—intostemcells.Thesewerethefirstinducedpluripotentstem(iPS)cells.

3.5InducedPluripotentStemCells

Thefirstdirectreprogrammingofadulthumanfibroblasts.IanWilmutScottishCentreforRegenerativeMedicine,UniversityofEdinburghIn2007issuesofCellandScience,Yamanakaandcolleagues(Takahashietal.,2007)andYuandcolleagues(Yuetal.,2007)demonstratethatexpressionoffourspecifictranscriptionfactorsgivesadulthumanfibroblastsmanyofthecharacteristicsofhumanembryonicstemcells.Refinementsofthisprocedurewillmakeitpossibletoproducepluripotenthumancell