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干細(xì)胞的概念
干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類型的細(xì)胞和組織，為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個(gè)受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年動(dòng)物中，正常的生理代謝或病理?yè)p傷也會(huì)引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)胞是全能的，具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織。
然而，這個(gè)觀點(diǎn)目前受到了挑戰(zhàn)。
最新的研究表明，組織特異性干細(xì)胞同樣具有分化成其他細(xì)胞或組織的潛能，這為干細(xì)胞的應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了更廣泛的空間。
干細(xì)胞具有自我更新能力（Self-renewing），能夠產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞 。
1.1 胚胎干細(xì)胞
胚胎干細(xì)胞（Embryonic Stem cell， ES細(xì)胞）
當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)（Inner Cell Mass）的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性，可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組織的能力。早在1970年Martin Evans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。
進(jìn)一步說(shuō)，胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問(wèn)題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞（EC細(xì)胞）的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。
目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對(duì)象展開(kāi)的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過(guò)鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動(dòng)能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對(duì)人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個(gè)新的階段。在98年末，兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞，保持了ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES 細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭(zhēng)議，出于社會(huì)倫理學(xué)方面的原因，有些國(guó)家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無(wú)論從基礎(chǔ)研究角度來(lái)講還是從臨床應(yīng)用方面來(lái)看，人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，因此要求展開(kāi)人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。
1.2 成體干細(xì)胞
成年動(dòng)物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。過(guò)去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明，以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞,說(shuō)明成體干細(xì)胞普遍存在，問(wèn)題是如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列生長(zhǎng)因子或配體，與干細(xì)胞相互作用，控制干細(xì)胞的更新和分化。
1.3 造血干細(xì)
造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來(lái)源，它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。今年年初，協(xié)和醫(yī)大血液學(xué)研究所的龐文新又在肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了具有造血潛能的干細(xì)胞。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。
在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在20世紀(jì)五十年代，臨床上就開(kāi)始應(yīng)用骨髓移植（BMT）方法來(lái)治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細(xì)胞移植（PBSCT）技術(shù)逐漸推廣開(kāi)來(lái)，絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)胞移植（APBSCT），在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療，且效果令人滿意。與兩者相比，臍血干細(xì)胞移植的長(zhǎng)處在于無(wú)來(lái)源的限制，對(duì)HLA配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。
在今年初，東北地區(qū)首例臍血干細(xì)胞移植成功，又為中國(guó)造血干細(xì)胞移植技術(shù)注入新的活力。隨著臍血干細(xì)胞移植技術(shù)的不斷完善，它可能會(huì)代替目前APBSCT的地位，為全世界更多的血液病及惡性腫瘤的患者帶來(lái)福音
1.4 神經(jīng)干細(xì)胞
關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚，由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細(xì)胞研究的爭(zhēng)議尚未平息，神經(jīng)干細(xì)胞的研究仍處于初級(jí)階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊髓由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，如：給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞，可治愈部分患者癥狀。除此之外，神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測(cè)方面，對(duì)判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。
實(shí)際上，到目前為止，人們對(duì)干細(xì)胞的了解仍存在許多盲區(qū)。2000年年初美國(guó)研究人員無(wú)意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞；加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于“休眠狀態(tài)的干細(xì)胞” ；有些科學(xué)家證實(shí)骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)胞，腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。
隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴(kuò)展，人們對(duì)干細(xì)胞的了解也將更加全面。21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代，也是為人類的健康長(zhǎng)壽創(chuàng)造世界奇跡的時(shí)代，干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。
1.5 干細(xì)胞的分裂
干細(xì)胞(stem cell)是指一群在胚胎發(fā)育早期未分化的細(xì)胞，理論上具有無(wú)限制分裂能力，可分化成特定組織。如下圖所示：
如同骨髓一樣，臍帶血中含有豐富的干細(xì)胞，稱為造血干細(xì)胞。這是一群未分化的血液細(xì)胞，可以制造血液與免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，如運(yùn)輸氧氣的紅血球、幫助凝血的血小板、抵抗感染的白血球、產(chǎn)生抗體的淋巴球等。此種干細(xì)胞可用來(lái)治療許多血液疾病、腫瘤、先天代謝異常與免疫缺陷等疾病。此外，在臨床上治療癌癥使用抗癌藥物療法或放射線療法時(shí)，不但殺死癌細(xì)胞，也常傷害到健康的骨髓干細(xì)胞，這時(shí)醫(yī)師如移植干細(xì)胞至病人身上，可以再制造出新的血液與免疫系統(tǒng)而延續(xù)患者生命。
干細(xì)胞發(fā)展史
干細(xì)胞對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)還是一個(gè)陌生的名詞，從嬰兒臍帶血中提取干細(xì)胞治病更是聞所未聞。其實(shí)，造血干細(xì)胞移植已成為根治惡性血液病（白血病、惡性淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤）、再生障礙性貧血、難治性免疫缺陷病、某些遺傳性疾病等45種疾病的有效手段。近年來(lái)干細(xì)胞移植已逐步用于中晚期惡性實(shí)體瘤（小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌、睪丸癌、神經(jīng)母細(xì)胞瘤等）、心臟病、神經(jīng)系統(tǒng)損傷、組織器官修復(fù)、糖尿病、血管疾病等疾病的治療。此外，干細(xì)胞還有增強(qiáng)人體免疫力、改變?nèi)祟惿鏍顟B(tài)、延長(zhǎng)人的壽命等潛能，因此具有不可估量的醫(yī)學(xué)價(jià)值。
然而，人與人之間的HLA（人類白細(xì)胞抗原）配型是有所不同的，HLA配型不相合的干細(xì)胞移植會(huì)產(chǎn)生免疫排斥，因此移植給病人的干細(xì)胞必須HLA配型相合。目前所開(kāi)展的骨髓干細(xì)胞移植，由于其配型完全相合的機(jī)率在同胞兄妹中為4分之1，在非親屬之間為10萬(wàn)分之1，所以，實(shí)際能接受骨髓干細(xì)胞移植治療的患者很少，尋找新的造血干細(xì)胞來(lái)源已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
80年代初，有學(xué)者提出用臍帶血干細(xì)胞代替骨髓干細(xì)胞移植的可能性。1988年，法國(guó)醫(yī)生Gluckman教授將這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，他們用HLA相合的同胞臍帶血干細(xì)胞進(jìn)行移植，成功地治療了一例遺傳性疾病患者，一個(gè)患范可尼貧血的兒童。1992年美國(guó)紐約血液中心建立世界上第一家臍血庫(kù)，目前，全世界已建有幾十家臍血庫(kù)，所保存的臍帶血干細(xì)胞已超過(guò)54,000份，并為2000余例患者提供了臍帶血干細(xì)胞移植。
我國(guó)現(xiàn)有血液病、遺傳病、惡性腫瘤等需要干細(xì)胞移植才能根治的患者數(shù)以百萬(wàn)，其中僅白血病和再生障礙貧血每年新增病人4至5萬(wàn)人。鑒于我國(guó)的國(guó)情，多數(shù)家庭只有一個(gè)孩子，能獲得同胞間干細(xì)胞供體的可能性很低，從國(guó)外進(jìn)口一份用于移植的骨髓或臍帶血干細(xì)胞制品需1.5-2萬(wàn)美元。因此建立我國(guó)自己的臍血干細(xì)胞庫(kù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)科學(xué)意義和特殊的臨床價(jià)值。
衛(wèi)生部于2001年批準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)設(shè)置建設(shè)7個(gè)臍血干細(xì)胞庫(kù)。在干細(xì)胞技術(shù)和移植專家們的共同努力下，這些庫(kù)在短短幾個(gè)月就提供了幾十份干細(xì)胞進(jìn)行非親緣性臍血移植臨床試驗(yàn)，為眾多患者帶來(lái)了福音，公中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所血液病醫(yī)院一家就有六例患者臍血干細(xì)胞移植獲得成功。專家們認(rèn)為，臍血干細(xì)胞移植在臨床上的成功，將為眾多血液病人、腫瘤患者、老年病患者及其它許多惡性疾病患者帶來(lái)福音，也為今后如何運(yùn)用臍血干細(xì)胞治療其它疾病提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)和可能。
干細(xì)胞相關(guān)術(shù)語(yǔ)
近來(lái)由于分離和培養(yǎng)第一個(gè)人多能干細(xì)胞系的成功，予人以極大的驚喜，在生物醫(yī)學(xué)的研究上，又開(kāi)辟了一個(gè)新疆界。人類多能性干細(xì)胞系的發(fā)展值得人們開(kāi)展嚴(yán)密的科學(xué)考察，對(duì)新的療法進(jìn)行評(píng)估，以及預(yù)防策略和對(duì)倫理問(wèn)題的公開(kāi)討論。
為了能理解這一發(fā)現(xiàn)的重要性以及相關(guān)的科學(xué)、醫(yī)學(xué)和倫理問(wèn)題，首先我們必須把有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義弄明白。
DNA：構(gòu)成基因的脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的縮寫(xiě)。
Gene (基因)：位于染色體上一個(gè)特定位置的DNA片段，是一種遺傳功能單位。一個(gè)基因可直接指導(dǎo)功能酶和蛋白質(zhì)的合成。
Somatic cell （體細(xì)胞）： 除卵子或精子之外的細(xì)胞。
Somatic cell nuclear transfer （體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移）： 將體細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到去核卵細(xì)胞的過(guò)程。
Stem cells （干細(xì)胞）: 一種經(jīng)培養(yǎng)可進(jìn)行不定期分化并產(chǎn)生特化細(xì)胞的細(xì)胞。
Pluripotent （多能性的）：可分化出一種器官的多種組織的潛能
Totipotent （全能性的）： 具有無(wú)限的分化潛能。全能細(xì)胞能夠?qū)ｉT(mén)化外胚膜和組織，胚胎和所有胚后期組織和器官。
Multipotent（專能干細(xì)胞）: 多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化成專能干細(xì)胞，專能干細(xì)胞只能分化成某一類型的細(xì)胞，比如神經(jīng)干細(xì)胞，可以分化成各類神經(jīng)細(xì)胞；造血干細(xì)胞，可以分化成紅細(xì)胞、白細(xì)胞等各類血細(xì)胞。
干細(xì)胞移植治療惡性疾病的原理
由于惡性腫瘤細(xì)胞對(duì)化（放）療的反應(yīng)與其劑量密切相關(guān)，通過(guò)給予患者超劑量化（放）療，使其盡可能的殺滅腫瘤細(xì)胞，然后再輸入異體或事前采集并在體外保存的自體骨髓，使患者正常造血系統(tǒng)重建。
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