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胚胎干细胞 概念 发展史 ES的形态学及 生物学特征 应用前景 （一）定义 （二）发展史 自1981年Evans和Kaufman首次成功分离小鼠ES细胞，中国外研究人员已在仓鼠、大鼠、兔、猪、牛、绵羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲长尾猴以及人类都分离获得了ES细胞，而且已经证明小鼠ES细胞可以分化为心肌细胞、造血细胞、卵黄囊细胞、骨髓细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、内皮细胞、黑色素细胞、神经细胞、神经胶质细胞、少突胶质细胞、淋巴细胞、胰岛细胞、滋养层细胞等。人类ES细胞也可以分化为滋养层细胞、神经细胞、神经胶质细胞、造血细胞、心肌细胞等。ES细胞不仅可以作为体外研究细胞分化和发育调控机制的模型，而且还可以作为一种载体，将通过同源重组产生的基因组的定点突变导入个体，更重要的是，ES细胞将会给人类移植医学带来一场革命。 发展史 进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。 发展史 许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养出人类ES细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的全能性。这样就使科学家利用人类ES细胞治疗各种疾病成为可能。然而，人类ES细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大争议，出于社会伦理学方面的原因，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，因此要求展开人类ES细胞研究的呼声也一浪高似一浪。 （三）ES形态学特征 ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，细胞核大，有一个或几个核仁，胞核中多为常染色质，胞质胞浆少，结构简单。体外培养时，细胞排列紧密，呈集落状生长。用碱性磷酸酶染色，ES细胞呈棕红色，而周围的成纤维细胞呈淡黄色。细胞克隆和周围存在明显界限，形成的克隆细胞彼此界限不清，细胞表面有折光较强的脂状小滴。细胞克隆形态多样，多数呈岛状或巢状。小鼠ES细胞的直径7μm～18μm，猪、牛、羊ES细胞的颜色较深，直径12μm～18μm。 胚胎干细胞生物学特性 ES细胞较一般细胞除具特定的细胞形态、生 长特性，特定的细胞表面抗原和酶，正常的二倍体核型外，具有以下几个特性： 全能性 无限扩增 可操作性 （1）全能性 ES细胞具有发育的全能性。ES细胞具有能发育为构成机体的不同细胞类型中的任何一种的潜力。在体外ES细胞可被诱导分化出包括三个胚层在内的所有分化细胞；若将ES细胞注射到SCID小鼠或同源动物体内，可分化产生出由三个胚层细胞组织构成的畸胎瘤。ES细胞具有种系传递功能。ES细胞能与另一正常胚胎嵌合，获得包括生殖系在内的嵌合体个体。全能性<多能性=是ES细胞具可塑性的基础，这正是ES细胞的美妙之处，也是ES细胞优于成年组织干细胞之点。有人认为ES细胞具多能性而不具全能性，原因在于ES细胞不能发育成胎盘，仅ES细胞不能形成完整的胚胎或个体。总之，全能性<多能性=是ES细胞的核心。 ES细胞的分化 ES细胞的全能性指ES细胞在解除分化抑制的条件下能参与包括生殖腺在内的各种组织的发育潜力，即ES细胞具有发育成完整动物体的能力，可以为细胞的遗传操作和细胞分化研究提供丰富的试验材料。ES细胞发育全能性的标志是ES细胞表面表达时相专一性胚胎抗原（Stagespecificembryonicant，SSEA），而且可以检查到OTC4基因的表达，这两种蛋白是发育全能性的标志。ES细胞中AKP及端粒酶活性较高，可用于ES细胞分化与否的鉴定。ES细胞的多能性是指ES细胞具有发育成多种组织的能力，参与部分组织的形成。将ES细胞培养在不含分化抑制物的培养基上，可以形成类胚体。将ES细胞在特定培养基进行培养，可以定向分化成特定组织，如ES细胞在含有白血病抑制因子（LIF）和维生素A酸（RA）的培养基上，可以分化形成全壁内胚层，将ES细胞与胚胎细胞共培养或将ES细胞注入囊胚腔中，ES细胞就会参与多种组织的发育。 （2）无限扩增 理论上，ES细胞具无限扩增的特性。体外无限扩增的特性是ES细胞研究和应用的一个前提和关键。早期胚胎细胞具全能性，但其数量很少，相对说其实际应用意义没有ES细胞大ES细胞在体外适宜条件下，能在未分化态下无限增殖，为ES细胞研究和应用提供了无限的细胞来源。 （3）可操作性 在体外，可以对ES细胞进行遗传操作选择，如导入异源基因、报告基因或标志基因，诱导某个基因突变，基因打靶或导入额外的原有基因使之过度表达<增加功能=等。理论上ES细胞经遗传操作选择后一般仍能保持其扩增和发育的全能性或多能性，因此可经遗传操作选择制备转基因个体或基因有缺失、突变或过量表达的杂合或纯合个体进行各种基因功能分析。 （四）应用前景 生产克隆动物 生产转基因动物 用于器官组织移植 治疗人类胚胎干细胞群 揭示人及动物的发育机制及影响因素 药学研究方面 （1）生产克隆动物 ES细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不失去其正常的二倍体基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后，在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体，ES细胞与胚胎进行嵌合克隆动物，可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题，生产珍贵的动物新种。亦可使用该项技术进行异种动物克隆，对于保护珍稀野生动物有着重要意义。 （2）生产转基因动物 用ES细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种。利用同源重组技术对ES细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性动物，有可能创造新的物种；利用ES细胞技术，可在细胞水平上对胚胎进行早期选择，这样可以提高选样的准确性，缩短育种时间。 ES细胞生产转基因动物的理想技术路线 ES细胞+目的基因 转基因ES细胞+囊胚 转基因嵌合胚胎 转基因ES细胞核移植 转基因动物 基因动物细胞核移植 克隆转基因动物 高效益的转基因动物或畜产品 高效益的生物活性蛋白 （动物制药厂） （3）用于器官组织移植 作为一种被称之为“种子细胞”的ES细胞，为临床的组织器官移植提供大量材料。人ES细胞经过免疫排斥基因剔除后，再定向诱导终末器官以避免不同个体间的移植排斥。这样就可能解决一直困扰着免疫学界及医学界的同种异型个体间的移植排斥难题。 （3）治疗人类胚胎干细胞群 细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到治愈和控制疾病的目的。ES细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。以ES细胞为载体，经体外定向改造，使基因的整合数目、位点、表达程度和插入基因的稳定性及筛选工作等都在细胞水平上进行，容易获得稳定、满意的转基因ES细胞系，为克服基因治疗中导入基因的整合和表达难以控制，以及用作基因操作的细胞在体外不易稳定地被转染和增殖传代开辟了新的途径。 （4）揭示人及动物的发育机制及影响因素 生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题，促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以一种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。 （5）药学研究方面 胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型，又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统，可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用，这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞，而胚胎干细胞可以经体外定向诱导，为人类提供各种组织类型的人体细胞，这使得更多类型的细胞实验成为可能。虽不会完全取代在整个动物和人体上的实验，但会使药品研制的过程更为有效。 源于胚胎干细胞的细胞可能用于治疗的疾病 神经细胞：中风、帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、脊髓损伤、多系统硬化症 心肌细胞：心脏病、充血性心脏病 胰岛细胞： 糖尿病 软骨细胞： 骨关节炎 血细胞：免疫性缺陷、癌症、先天性血液病、白血病 肝细胞:肝炎、肝硬变 皮肤细胞：烧伤、创伤 骨细胞：骨质疏松症 视细胞：视网膜退化症 骨骼肌细胞：肌营养不良 小组成员：张欢，杨阔。
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