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干细胞基础知识3:干细胞主要的两大应用以及干细胞应用平台技术原理、方向、突破

2018-05-03 16:40:17        来源:恒峰干细胞


干细胞应用平台技术


3.1 技术原理

    在细胞的分化过程中,细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力,最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了祢补这一不足,保留了一部分未分化的原始细胞,称之为干细胞(stem cell)。一旦生理需要,这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞,也可以这样说,这些干细胞充当了分化细胞‘预备队’的角色。
    在动物体中,多数组织含有干细胞,甚至在进化的早期,最初级的后生动物-海绵也含有称之为`始祖母细胞`的干细胞。



干细胞有以下特点: 

(1)干细胞本身不是处于分化途径的终端。

(2)干细胞能无限的增殖分裂。

(3)干细胞可连续分裂几代,也可在较长时间内处于静止状态。

(4)干细胞通过两种方式生长 ,一种是对称分裂——形成两个相同的干细胞,另一种是非对称分裂——由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配,使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞;另一个保持亲代的特征,仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。可以说,干细胞是具多潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。


公司的干细胞应用平台技术

3.2 技术方向 

按分化潜能的大小,干细胞基本上可分为三种类型:一类是全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞(简称ES细胞),它是从早期胚胎的内细胞团分离出来的一种高度未分化的细胞系,具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的所有组织、器官。另一类是多能性干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十二种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞。还有一类干细胞为单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫卫星细胞。


总之,凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能再分裂的细胞或组织都要通过干细胞所产生的具有分化能力的细胞来维持机体细胞的数量,可以这样说,生命体是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新及保证持续生长。随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术的快速发展,按照一定的目的,在体外人工分离、培养干细胞已成为可能,利用干细胞构建各种细胞、组织、器官作为移植器官的来源,这将成为干细胞应用的主要方向。


3.3 技术突破

最近干细胞的研究有两个重大的技术突破,一是人类胚胎干细胞在体外培养成功。1998年Wisconsin大学的James Thomson和Johns Hopkins大学的John Gearhart从人囊胚的内层细胞团中取得胚胎干细胞。他们把胚胎干细胞与小鼠的骨髓间质细胞进行了共培养。结果表明胚胎干细胞可以进行长达5个月的非分化增殖,同时还保持着分化为滋养层组织及三种胚层组织的能力。这为胚胎干细胞的临床应用奠定了基础。另外一个重大突破是成体干细胞的横向分化。1999年Goodell等人用肌肉来源的干细胞在小鼠体内分化成各种血细胞。这表明成体干细胞在一定的微环境的作用下,可以横向分化为需要的细胞和组织,从而起到极其有效的治疗作用。


    我们所掌握的干细胞技术主要包括以下两大方面

3.4 干细胞的分离与纯化 

干细胞表面有许多特殊的标记,以造血系统为例,干细胞的表面标志有Sca-1和c-kit等。另外各种成体干细胞还有各自独特的标记物,如人造血干细胞表现为CD34+和Thylo而CD10,CD14,CD15,CD16,CD19,CD20皆为阴性[8]。这些特异的标记物可能与其分化调控有关,如上皮干细胞有β1整合素的高表达,而β1整合素可介导干细胞与细胞外基质粘附从而抑制其分化的发生。另外干细胞还有不同于一般分化细胞的物理特性,比如干细胞不被染料Hoechst33324和Rhodamine123染色。利用这些特性及表面标志,采用荧光细胞分离器从单细胞悬液中即可分离纯化干细胞。


 3.5 干细胞的体外培养 

由于干细胞的数目很少,因此需要在体外对干细胞进行非分化性增殖。这需要许多生长因子和间质细胞的共培养。Brustle等人在体外成功地培养了鼠的ES细胞。他们首先把分离的ES细胞在含有FGF2的培养基中培养,随后加入上皮生长因子(EGF),最后在FGF2和PDGF的混合培养基中生长增殖。在这种培养条件下,ES细胞可以保持其分化潜能,如停止供给生长因子,ES细胞会分化为寡树突细胞或星状细胞[9]。不同组织来源的干细胞的培养条件不尽相同。在应用前还需依据靶组织类型对培养干细胞进行定向分化诱导。准确的分化诱导是应用干细胞治疗的基础。这需要对与干细胞发育有关的信号调节及微环境的影响进行详细研究。

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