中科院:干细胞—神奇的人体备份器
时间:2017-01-12
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手机的电池坏了,没事,再换一块;汽车的轮胎裂了,没事,再换一个;发电机的马达老了,没事,还备有新的……现代社会,几乎所有的东西都有备份,都有许多替代品。不过没事,我们人类自身也有备份:肝脏坏死了,没关系,换新的;心脏衰竭了,没关系,换新的;神经枯萎了,没关系,换新的……这不是异想天开,也不是痴人说梦,这是在不久的将来即将成行的现实。猜得没错,长寿并不是那么的遥不可及,而这一切的缔造者,便是我们——神奇的人体备份器——干细胞。
我们是一个庞大的家族,最大的特点大概就是长生不老了。与其它兄弟细胞家族不同的是,我们具有自我更新与增殖分化的能力,产生的子细胞与自己一模一样。通俗地讲,我们就是他们的祖先。比如人类的皮肤、小肠和血液细胞处于不断地更新过程中,老的细胞死亡,新的细胞产生,而这些新的细胞便来自于我们干细胞。在特定的条件下,我们也可以分化成不同的功能细胞,形成多种组织和器官。按照出身的不同,我们被分成了两拨:胚胎干细胞和成体干细胞。如果按潜能大小,又可以将我们分成三伙:全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。
胚胎干细胞是从胚胎的内细胞团中跑出来的,绰号“全能干细胞”,具有全能性或多向性分化的潜能。从理论上来讲,我们这一支可以分化成人体200多种细胞类型,构建所有的组织和器官。换言之,我们是无所不能的,是家族中的精英分子。我们从人体内来到体外可以定向诱导分化。如果我们汲取的养料中含有维甲酸(RA)和β-神经生长因子(β-NGF)的话,我们就可以分化成神经细胞;如果我们住的地儿太小,比较拥挤的话,就会分化成有节律收缩的心肌细胞。用动物里的胚胎细胞作为核供体进行核移植,可以得到能发育的重构胚甚至是动物个体。
成体干细胞是隐藏在成体组织和器官中未分化的细胞,人称组织干细胞,例如造血干细胞、神经组织干细胞、表皮干细胞等,具有发育为功能细胞和组织的潜能。但与精英分子相比还有差距,因为他们不能发育成完整的个体。造血干细胞可以分化为血细胞,肝脏干细胞可以分化为肝细胞。有时他们也偷偷地向其他组织分化,即横向分化。例如肌肉干细胞在一定条件下可以成为有增殖能力的骨髓细胞,血液前体细胞可以变为肌肉细胞,甚至长出肝细胞或脑细胞,故称其为多能干细胞,如多能造血干细胞等。
对于我们的研究,于人类来说有着理论和实践的重大意义。我们的应用非常广泛,如在组织工程、药物筛选及临床细胞移植治疗。
首先是“细胞治疗”。利用我们产生所需的组织和细胞,为细胞移植提供原材料。原则上,任何涉及及丧失正常细胞结构和功能的疾病,都可以通过我们这种方法来治疗。例如用外周血干细胞代替骨髓治疗白血病,用胚胎细胞分化的胰岛素细胞来治疗糖尿病,用分化出的多巴胺能神经元治疗帕金森病等。
其次是我们可以作为基因治疗的靶细胞。用我们作为基因的载体,把治疗基因带入人体内,可以更稳定更持久地发挥作用。相对于传统的操作细胞来说,我们在体外更容易稳定地被转染和增殖传代,这为克服目前基因治疗中的主要障碍开避了新的途径。然后是“器官克隆”。利用我们中万能的胚胎细胞在体外分化形成器官,以进行器官移植,取代衰老或坏死的旧器官。目前,我们的这一能力人类还没有摸透,离临床应用还有很大的距离。当然,如果最终被他们发现了这个秘密,毫无疑问这将是他们医学上的一项划时代的成就,肯定会让他们乐上好一阵子。