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  • 胚胎干细胞:争议、机制和安全性 (2023)

    1970-01-01 08:00来源:人参果细胞网 作者:

    胚胎干细胞具有分化成多种细胞类型的非凡潜力,在科学研究中仍然是无与伦比的。本文旨在探索胚胎干细胞领域,重点介绍它们的起源、功能以及它们在再生医学中的多种应用。

    了解如何在临床环境中使用干细胞

    干细胞的多样化景观

    在广泛的干细胞中,人类胚胎干细胞因其固有的多能性而常常成为众人瞩目的焦点,这种多能性赋予它们变形为几乎任何细胞类型的能力。除了它们,我们还深入研究了诱导性多能干细胞(iPS细胞),这是一类工程干细胞,可以复制胚胎干细胞的特性,而没有相关的伦理问题。

    此外,我们的重点将扩展到骨髓干细胞,这是一种典型的多能干细胞,以其在治疗血液病方面的潜力而闻名。我们还将考虑全能干细胞生成完整生物体的能力。

    我们讨论的一个重要部分涉及分化的体细胞、在人体中具有明确作用的成熟细胞的作用,以及体细胞核移植的突破性技术。我们将思考从胚胎细胞多能性到iPS细胞诱导多能性的范式转变如何引发干细胞研究的革命。

    该文章还承诺深入了解围产期干细胞及其治疗应用、维持强大的干细胞系用于研究的重要性,以及各种细胞类型(包括肝细胞、骨细胞、造血干细胞和脑细胞)的潜力。再生医学的范围。

    了解干细胞

    在深入研究胚胎干细胞的细节之前,对干细胞本身有一个基本的了解是至关重要的。干细胞存在于人体内,是产生所有其他具有特殊功能的细胞的原材料。这些细胞可以分裂形成更多的干细胞或成为神经、大脑或血细胞等特殊细胞。从本质上讲,干细胞就像一张空白的画布,随时可以转化为功能和用途的杰作。

    干细胞有别于其他细胞类型的一个关键属性是它们的自我更新能力,这意味着它们可以无限期地分裂和产生更多的干细胞。

    干细胞主要有两种类型:成体干细胞和胚胎干细胞。成体干细胞或体细胞是分散在组织或器官中分化细胞之间的未分化细胞。它们可以自我更新和分化以产生它们起源的器官的主要特化细胞类型。

    什么是胚胎干细胞?

    人类胚胎干细胞是一种未分化的细胞,来源于发育中的胚胎,通常处于囊胚阶段。这些细胞可以自我更新并分化成各种专门的细胞类型,包括来自所有三个胚层(外胚层、中胚层和内胚层)的细胞。由于它们的多能性和在组织再生和医学研究中的潜在应用,它们引起了科学界的极大兴趣。

    胚胎干细胞,通常缩写为ES细胞,是一种多能干细胞,来源于胚泡(一种早期植入前胚胎)的内细胞团。简单来说,胚胎干细胞来自三到五天大的胚胎。

    在这个阶段,胚胎是一个囊胚,大约有150个细胞。这些细胞是多能的,这意味着它们可以分裂成更多的干细胞,或者可以变成体内的任何细胞类型。这种多功能性允许胚胎干细胞再生或修复患病的组织和器官。然而,它们在人类中的使用仅限于与眼睛相关的疾病,如黄斑变性。‍

    胚胎干细胞的起源和特征

    胚胎干细胞的主要特征包括:

    多能性:胚胎干细胞可以分化成来自所有三个胚层(外胚层、中胚层和内胚层)的各种特殊细胞类型,这被称为多能性。这意味着它们可以在体内产生各种细胞类型,包括肌肉、神经和血细胞。自我更新:胚胎干细胞可以在培养中无限增殖和自我更新,同时保持其未分化状态。这意味着他们可以不断地为实验、组织再生或细胞治疗提供新的细胞。对特定生长因子的依赖:胚胎干细胞依赖特定生长因子维持和增殖,例如转化生长因子-β(TGF-β)、激活素和成纤维细胞生长因子(FGF)。这些因素有助于维持细胞的多能性和自我更新能力。多能性标志物的表达:胚胎干细胞表达与多能性相关的特定标志物,例如Oct4、Nanog和Sox2。这些转录因子在维持细胞的未分化状态和多能性方面起着至关重要的作用。对培养条件的敏感性:胚胎干细胞的培养条件对于维持其多能状态和防止自发分化或污染至关重要。这包括使用特定的培养基、生长因子、饲养层和受控的环境条件,如温度、湿度和气体浓度。遗传稳定性:保持胚胎干细胞的遗传完整性对于它们在研究和临床应用中的安全使用至关重要。然而,随着培养时间的推移,这些细胞可能会发生自发的基因修饰,例如染色体异常和突变。因此,监测细胞的遗传稳定性是使用它们的一个重要方面。

    胚胎干细胞从何而来?

    胚胎干细胞来源于人类胚胎。但这些胚胎从何而来?大多数胚胎干细胞来源于胚胎,这些胚胎是在体外受精的卵子中发育而成的——在体外受精诊所——然后在捐赠者的知情同意下捐赠用于研究目的。它们不是来自女性体内受精的卵子。获得胚胎干细胞的过程涉及胚胎囊胚阶段的破坏,这引发了许多伦理和道德问题,这些问题一直是争论的源头。

    收获胚胎干细胞

    收获胚胎干细胞涉及一个复杂的过程。最初的步骤是在实验室中进行的。它涉及在细胞系衍生过程中从捐赠的胚胎中去除细胞。这个过程通常需要六个月到一年的时间来建立细胞系。一旦建立了胚胎干细胞系,这些细胞就可以在实验室中无限期地生长。不同批次的细胞可以冷冻并运送到其他实验室进行进一步的生长和实验。

    胚胎干细胞的特点

    胚胎干细胞具有两个独特的特性:多能性和无限复制的能力。结合这些特性,胚胎干细胞对医学研究具有独特的价值。由于它们是多能的,胚胎干细胞有可能成为体内任何细胞类型,使它们成为再生医学领域的重要组成部分。它们无限复制的能力使研究人员能够无限量地生产这些细胞用于研究目的。

    胚胎干细胞的应用和用途

    再生医学:胚胎干细胞治疗各种退行性疾病方面具有巨大潜力,例如帕金森症、多发性硬化症、脊髓损伤、心脏病和糖尿病。它们可以被定向分化成特定的细胞类型,可用于细胞替代疗法。药物发现和开发:胚胎干细胞可用于创建细胞模型,用于研究疾病的分子机制和药物筛选。这种方法使研究人员能够识别和测试潜在治疗化合物的安全性和有效性。毒性测试:胚胎干细胞衍生的细胞类型可以研究药物和其他化学物质对人体组织和器官的潜在毒性作用,有助于更准确的测试和更安全的药物开发。发育生物学研究:研究胚胎干细胞为细胞分化、组织形成和器官发育的机制提供了宝贵的见解,有助于更好地了解人类发育和先天性疾病。

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    胚胎干细胞的医疗用途

    胚胎干细胞在各种医学治疗中具有巨大的应用潜力。研究人员相信,在胚胎干细胞的帮助下,他们可以通过治疗许多曾经被认为无法治愈的疾病来改变医学领域。从帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病到心脏病、糖尿病和脊髓损伤,胚胎干细胞的潜力是巨大的。

    胚胎干细胞潜力的一个明显例子可以在治疗1型糖尿病中看到。研究人员的目标是替换在这种疾病中丢失的胰腺产生胰岛素的细胞。从理论上讲,这种方法将为移植提供可再生的细胞来源,并消除患有这种疾病的人终生注射胰岛素的需要。

    疾病治疗中的胚胎干细胞

    胚胎干细胞有可能治愈多种疾病。这主要是由于它们的多能性,这意味着它们可以发育成体内的任何细胞类型。一些可以从干细胞疗法中获益的疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病、心脏病、脊髓损伤和烧伤。它们还可以帮助治疗中风和关节炎等疾病。然而,值得一提的是,尽管胚胎干细胞在这些治疗中的潜力巨大,但实际用途仍在调查中,许多治疗目前处于实验阶段或临床试验阶段。

    胚胎干细胞使用现状

    尽管胚胎干细胞具有巨大的潜力,但目前它们在治疗中的应用受到限制。大多数胚胎干细胞研究还处于实验阶段。已经有一些成功的治疗方法,尤其是在眼部相关疾病方面,但在这些治疗方法成为主流之前还有很长的路要走。

    成人干细胞在临床实践中更安全

    伦理考量:成体干细胞可以来源于患者的身体或脐带组织等外部来源,不涉及胚胎的破坏,从而避免了围绕胚胎干细胞的伦理争议。降低肿瘤发生的风险:由于胚胎干细胞具有多能性,因此形成称为畸胎瘤的肿瘤生长的风险更高,而成体干细胞通常具有更有限的分化潜能,从而降低了肿瘤形成的风险。更多可用来源:成体干细胞可以来自各种组织来源,包括骨髓、脂肪组织和牙髓,与需要使用胚胎的胚胎干细胞相比,它们更容易用于临床应用。经证实的临床成功:成人干细胞已成功用于临床实践数十年,例如用于治疗白血病和其他血液疾病的骨髓移植。这凸显了在医学治疗中使用成人干细胞的益处和安全性。

    细胞分裂与分化

    胚胎干细胞的关键特征之一是它们分裂和分化的能力。但是这个过程究竟是如何运作的呢?当干细胞分裂时,它可以保持干细胞状态或变成另一种具有更特殊功能的细胞,如肌肉细胞、红细胞或脑细胞。这个过程被称为分化。在分化过程中,特定基因会被激活,而其他基因会失活,从而导致细胞DNA发生变化,从而使其发展出特定的物理和功能特征。

    胚胎干细胞与成体细胞

    胚胎干细胞和成体干细胞在我们的身体中发挥着重要作用,但也有一些关键差异。虽然这两种类型的细胞都可以自我分裂和自我更新,但它们分化成不同细胞类型的能力不同。胚胎干细胞具有多能性,可以变成所有身体细胞类型。相反,成体干细胞通常仅限于分化成其组织来源的不同细胞类型。

    虽然胚胎干细胞具有广泛的潜在应用,但成体干细胞提供了一种更符合伦理、更安全和更实用的干细胞治疗方法。成体干细胞在临床实践中的使用得到了它们较低的免疫排斥风险、减少的肿瘤发生、可用性和已证实的临床成功的支持。

    胚胎干细胞的转化潜能

    胚胎干细胞的转化潜力在于它们的多能性和无限复制的能力。这些细胞可用于再生和修复患病的组织和器官。此外,它们可以作为药物发现和理解人类发育过程中发生的复杂事件的宝贵工具。

    胚胎干细胞的争议与伦理

    研究主要围绕获取和使用人类胚胎进行研究的问题展开。胚胎干细胞来源于5至7天大的囊胚的内细胞团,提取这些细胞的过程涉及破坏人类胚胎。这引发了激烈的伦理争论,因为特定的个人和群体认为胚胎拥有必须得到尊重的权利和利益。

    这场争论的一个核心论点是一些人认为“人类生命始于受孕”,因此,胚胎与完全发育的人类享有相同的权利。从这个角度看,获得胚胎干细胞系等同于谋杀。这种信念通常植根于宗教信仰和道德信念,由此产生的争论极大地促进了围绕胚胎干细胞研究的伦理辩论。

    在争议的另一边,胚胎干细胞研究的支持者认为,这些细胞在医学进步和治疗方面的潜在好处超过了与胚胎破坏相关的伦理问题。他们认为胚泡阶段的胚胎不具有与完全发育的人类相同的道德地位,并且他们认为胚胎干细胞使再生医学、药物开发、毒性测试和发育生物学研究成为可能的进步证明了它们的使用是合理的。

    伦理争论也推动了干细胞研究的进步,导致了不涉及胚胎或卵母细胞的诱导多能干(iPS)细胞的发展。虽然iPS细胞提供了一个争议较小的胚胎干细胞替代品,但其使用方面尚未解决的问题需要进一步研究。

    围绕胚胎干细胞的伦理问题

    在研究和医学中使用胚胎干细胞引发了重大的伦理争论。主要关注的是胚胎的道德状况。一些人认为胚胎应享有与人类相同的权利,而另一些人则认为干细胞研究的潜在好处超过任何道德问题。关于生命何时开始的不同信念使争论变得更加复杂。

    解决有争议的方面

    解决围绕胚胎干细胞的伦理问题需要仔细平衡这项研究的潜在好处与道德问题。在许多国家/地区,都有监管干细胞研究并确保其以负责任和合乎道德的方式进行的法规。

    胚胎干细胞的法律地位

    胚胎干细胞的法律地位因国家而异。一些国家允许胚胎干细胞研究,而另一些国家则有严格的法律禁止。例如在美国,联邦资金可以用于胚胎干细胞的研究,但不允许使用联邦资金创建新的干细胞系。

    结论

    总之,胚胎干细胞——几乎可以发育成任何类型的人类细胞的多能细胞——的迷人世界继续吸引着科学界。胚胎发育阶段由三个胚胎胚层的复杂编排驱动,是所有人类细胞的基础蓝图。

    这些细胞通常在发育的早期阶段来自体外受精诊所,在适当的饲养细胞和条件下,可以产生多种细胞类型,包括神经细胞、肌肉细胞,甚至健康的心肌细胞。胚胎干细胞的多功能性使其能够在细胞移植策略中用于治疗疾病,为再生医学的突破奠定基础。

    有趣的是,从小鼠胚胎成纤维细胞和人包皮成纤维细胞等成熟细胞诱导干细胞的努力已经产生了另一种类型的多能细胞,称为诱导性多能干细胞,扩大了我们对干细胞景观的理解。

    随着我们不断发现这些细胞的能力,从外周血到卵细胞分化,利用人类干细胞——尤其是胚胎干细胞——来解决以前无法治愈的疾病的希望越来越引人注目。我们进入胚胎干细胞微观世界的旅程才刚刚开始。

    参考文献:(1)LoB,ParhamL.干细胞研究中的伦理问题。EndocrRev.2009年5月;30(3):204-13。doi:10.1210/er.2008-0031。Epub2009年4月14日。PMID:19366754;PMCID:PMC2726839。

    (2)国家研究委员会(美国)和医学研究所(美国)干细胞研究的生物学和生物医学应用委员会。干细胞和再生医学的未来。华盛顿(DC):国家科学院出版社(美国);2002.第三章,胚胎干细胞。可从:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK223690/

    (3)VazinT,释放WJ。人类胚胎干细胞:衍生、培养和分化:综述。恢复NeurolNeurosci。2010;28(4):589-603。内政部:10.3233/RNN-2010-0543。PMID:20714081;PMCID:PMC2973558。

    标签:胚胎干细胞

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