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干細胞的概念
干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。它包括胚胎干細胞和成體干細胞。干細胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細胞已可成功地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細胞可以橫向分化為其他類型的細胞和組織，為干細胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個受精卵可以分裂發(fā)育為多細胞的組織或器官。在成年動物中，正常的生理代謝或病理損傷也會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胞進一步分化的結(jié)果。胚胎干細胞是全能的，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)的干細胞一般認為具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織。
然而，這個觀點目前受到了挑戰(zhàn)。
最新的研究表明，組織特異性干細胞同樣具有分化成其他細胞或組織的潛能，這為干細胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。
干細胞具有自我更新能力（Self-renewing），能夠產(chǎn)生高度分化的功能細胞。干細胞按照生存階段分為胚胎干細胞和成體干細胞 。
1.1 胚胎干細胞
胚胎干細胞（Embryonic Stem cell， ES細胞）
當受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內(nèi)層細胞團（Inner Cell Mass）的細胞即為胚胎干細胞。胚胎干細胞具有全能性，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胞并在體外進行培養(yǎng)。而人的胚胎干細胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。
進一步說，胚胎干細胞（ES細胞）是一種高度未分化細胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細胞的研究可追溯到上世紀五十年代，由于畸胎瘤干細胞（EC細胞）的發(fā)現(xiàn)開始了ES細胞的生物學(xué)研究歷程。
目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗鼠體內(nèi)移植了由ES細胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動能力。隨著ES細胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對人類ES細胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末，兩個研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細胞，保持了ES細胞分化為各種體細胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES 細胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理學(xué)方面的原因，有些國家甚至明令禁止進行人類ES細胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類ES細胞帶給人類的益處遠遠大于在倫理方面可能造成的負面影響，因此要求展開人類ES細胞研究的呼聲也一浪高似一浪。
1.2 成體干細胞
成年動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。成體干細胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細胞或者產(chǎn)生新的干細胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。過去認為成體干細胞主要包括上皮干細胞和造血干細胞。最近研究表明，以往認為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細胞,說明成體干細胞普遍存在，問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細胞。成體干細胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體，與干細胞相互作用，控制干細胞的更新和分化。
1.3 造血干細
造血干細胞是體內(nèi)各種血細胞的唯一來源，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胞。造血干細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，造血干細胞應(yīng)用較早，在20世紀五十年代，臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植（BMT）方法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細胞移植（PBSCT）技術(shù)逐漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細胞移植（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，臍血干細胞移植的長處在于無來源的限制，對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)首例臍血干細胞移植成功，又為中國造血干細胞移植技術(shù)注入新的活力。隨著臍血干細胞移植技術(shù)的不斷完善，它可能會代替目前APBSCT的地位，為全世界更多的血液病及惡性腫瘤的患者帶來福音
1.4 神經(jīng)干細胞
關(guān)于神經(jīng)干細胞研究起步較晚，由于分離神經(jīng)干細胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細胞研究的爭議尚未平息，神經(jīng)干細胞的研究仍處于初級階段。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)干細胞功能的紊亂。腦和脊髓由于血腦屏障的存在使之在干細胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會產(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胞的神經(jīng)干細胞，可治愈部分患者癥狀。除此之外，神經(jīng)干細胞的功能還可延伸到藥物檢測方面，對判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。
實際上，到目前為止，人們對干細胞的了解仍存在許多盲區(qū)。2000年年初美國研究人員無意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細胞；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)的干細胞” ；有些科學(xué)家證實骨髓干細胞可發(fā)育成肝細胞，腦干細胞可發(fā)育成血細胞。
隨著干細胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴展，人們對干細胞的了解也將更加全面。21世紀是生命科學(xué)的時代，也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時代，干細胞的應(yīng)用將有廣闊前景。
1.5 干細胞的分裂
干細胞(stem cell)是指一群在胚胎發(fā)育早期未分化的細胞，理論上具有無限制分裂能力，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胞，稱為造血干細胞。這是一群未分化的血液細胞，可以制造血液與免疫系統(tǒng)的細胞，如運輸氧氣的紅血球、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。此種干細胞可用來治療許多血液疾病、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，不但殺死癌細胞，也常傷害到健康的骨髓干細胞，這時醫(yī)師如移植干細胞至病人身上，可以再制造出新的血液與免疫系統(tǒng)而延續(xù)患者生命。
干細胞發(fā)展史
干細胞對于大多數(shù)人來說還是一個陌生的名詞，從嬰兒臍帶血中提取干細胞治病更是聞所未聞。其實，造血干細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。近年來干細胞移植已逐步用于中晚期惡性實體瘤（小細胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌、睪丸癌、神經(jīng)母細胞瘤等）、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，干細胞還有增強人體免疫力、改變?nèi)祟惿鏍顟B(tài)、延長人的壽命等潛能，因此具有不可估量的醫(yī)學(xué)價值。
然而，人與人之間的HLA（人類白細胞抗原）配型是有所不同的，HLA配型不相合的干細胞移植會產(chǎn)生免疫排斥，因此移植給病人的干細胞必須HLA配型相合。目前所開展的骨髓干細胞移植，由于其配型完全相合的機率在同胞兄妹中為4分之1，在非親屬之間為10萬分之1，所以，實際能接受骨髓干細胞移植治療的患者很少，尋找新的造血干細胞來源已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。
80年代初，有學(xué)者提出用臍帶血干細胞代替骨髓干細胞移植的可能性。1988年，法國醫(yī)生Gluckman教授將這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，他們用HLA相合的同胞臍帶血干細胞進行移植，成功地治療了一例遺傳性疾病患者，一個患范可尼貧血的兒童。1992年美國紐約血液中心建立世界上第一家臍血庫，目前，全世界已建有幾十家臍血庫，所保存的臍帶血干細胞已超過54,000份，并為2000余例患者提供了臍帶血干細胞移植。
我國現(xiàn)有血液病、遺傳病、惡性腫瘤等需要干細胞移植才能根治的患者數(shù)以百萬，其中僅白血病和再生障礙貧血每年新增病人4至5萬人。鑒于我國的國情，多數(shù)家庭只有一個孩子，能獲得同胞間干細胞供體的可能性很低，從國外進口一份用于移植的骨髓或臍帶血干細胞制品需1.5-2萬美元。因此建立我國自己的臍血干細胞庫具有非常重要的現(xiàn)實科學(xué)意義和特殊的臨床價值。
衛(wèi)生部于2001年批準在國內(nèi)設(shè)置建設(shè)7個臍血干細胞庫。在干細胞技術(shù)和移植專家們的共同努力下，這些庫在短短幾個月就提供了幾十份干細胞進行非親緣性臍血移植臨床試驗，為眾多患者帶來了福音，公中國醫(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胞移植獲得成功。專家們認為，臍血干細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福音，也為今后如何運用臍血干細胞治療其它疾病提供了豐富的經(jīng)驗和可能。
干細胞相關(guān)術(shù)語
近來由于分離和培養(yǎng)第一個人多能干細胞系的成功，予人以極大的驚喜，在生物醫(yī)學(xué)的研究上，又開辟了一個新疆界。人類多能性干細胞系的發(fā)展值得人們開展嚴密的科學(xué)考察，對新的療法進行評估，以及預(yù)防策略和對倫理問題的公開討論。
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)和倫理問題，首先我們必須把有關(guān)的術(shù)語和定義弄明白。
DNA：構(gòu)成基因的脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的縮寫。
Gene (基因)：位于染色體上一個特定位置的DNA片段，是一種遺傳功能單位。一個基因可直接指導(dǎo)功能酶和蛋白質(zhì)的合成。
Somatic cell （體細胞）： 除卵子或精子之外的細胞。
Somatic cell nuclear transfer （體細胞核轉(zhuǎn)移）： 將體細胞的細胞核轉(zhuǎn)移到去核卵細胞的過程。
Stem cells （干細胞）: 一種經(jīng)培養(yǎng)可進行不定期分化并產(chǎn)生特化細胞的細胞。
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）： 具有無限的分化潛能。全能細胞能夠?qū)ｉT化外胚膜和組織，胚胎和所有胚后期組織和器官。
Multipotent（專能干細胞）: 多能干細胞進一步分化成專能干細胞，專能干細胞只能分化成某一類型的細胞，比如神經(jīng)干細胞，可以分化成各類神經(jīng)細胞；造血干細胞，可以分化成紅細胞、白細胞等各類血細胞。
干細胞移植治療惡性疾病的原理
由于惡性腫瘤細胞對化（放）療的反應(yīng)與其劑量密切相關(guān)，通過給予患者超劑量化（放）療，使其盡可能的殺滅腫瘤細胞，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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