胚胎干細(xì)胞——定義、用途和局限性

胚胎干細(xì)胞是可以產(chǎn)生構(gòu)成人類的所有組織類型的細(xì)胞。這些干細(xì)胞正用于藥物開發(fā)、毒理學(xué)測試和疾病逆轉(zhuǎn)，以及生長健康的新組織以治愈損傷。

雖然它們是強(qiáng)大的細(xì)胞，但胚胎干細(xì)胞的產(chǎn)生存在爭議，因?yàn)樗鼈兪菑娜祟惻咛ブ挟a(chǎn)生的。出于這個原因，它們的使用受到限制并且獲得的資金也受到限制。在下面了解有關(guān)這些細(xì)胞的更多信息。

胚胎干細(xì)胞及其用途

在本文中：

• 什么是胚胎干細(xì)胞？
• 胚胎干細(xì)胞的優(yōu)缺點(diǎn)
• 人類胚胎干細(xì)胞
• 收獲胚胎干細(xì)胞的時(shí)間表是什么？
• 人類胚胎干細(xì)胞研究史
• 多能特性的意義
• 全能、多能和多能
• 治療疾病的潛力
• 醫(yī)學(xué)研究的潛力
• 存在哪些類型的干細(xì)胞？
• 成體干細(xì)胞怎么樣？
• 干細(xì)胞療法的未來

什么是胚胎干細(xì)胞？

胚胎干細(xì)胞是存在于早期胚胎中的獨(dú)特細(xì)胞。在懷孕期間，它們會發(fā)育成形成胎兒和新生兒的所有細(xì)胞和組織。

無論是胚胎干細(xì)胞還是其他細(xì)胞，干細(xì)胞都不同于其他類型的細(xì)胞，代表構(gòu)成人體的萬億細(xì)胞中的一小部分。與普通細(xì)胞不同，胚胎干細(xì)胞可以繁殖。它們還可以變成不同種類的細(xì)胞，稱為分化。

這些多能干細(xì)胞擁有特殊的特性，通常使它們比成體干細(xì)胞更適合用于治療目的。記住“成人”干細(xì)胞也可以指新生兒和兒童中的干細(xì)胞，這很有幫助。該術(shù)語僅表示細(xì)胞來自活產(chǎn)后的人類，這使得成體干細(xì)胞類型沒有爭議。

胚胎干細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

用于制造胚胎干細(xì)胞的胚胎來自體外受精診所。否則，這些胚胎將被生育診所作為醫(yī)療廢物銷毀或丟棄，因?yàn)樗鼈儾皇潜贿x擇植入母親或代孕母親體內(nèi)的。

因?yàn)樗鼈兪菑呐咛ブ挟a(chǎn)生的，所以有些人反對涉及胚胎干細(xì)胞的研究。其他團(tuán)體，如Michael J. Fox Foundation，一直非常支持胚胎干細(xì)胞研究，因?yàn)檫@些細(xì)胞用途廣泛，在再生醫(yī)學(xué)中具有巨大潛力，可用于治療一系列給人類帶來負(fù)擔(dān)的疾病，例如帕金森氏癥病、阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化癥 (MS) 等。

人類胚胎干細(xì)胞

人類胚胎干細(xì)胞 (hESC) 是多能細(xì)胞，來源于生育診所的胚胎，并在知情捐贈者同意的情況下提供。胚胎干細(xì)胞通常在受精后不久（4-5天內(nèi)）通過將胚泡的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞培養(yǎng)基中來收獲，以便細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室中增殖。

多能細(xì)胞可以產(chǎn)生構(gòu)成人體的所有細(xì)胞類型，使它們在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用中非常強(qiáng)大。

顧名思義，人類胚胎干細(xì)胞來源于人類胚胎，這使得它們的生產(chǎn)存在爭議。值得慶幸的是，這些細(xì)胞僅由胚胎產(chǎn)生，否則這些胚胎將被視為生物廢物，作為生育診所輔助生育過程的副產(chǎn)品產(chǎn)生。

相比之下，胚胎干細(xì)胞也可以來源于動物，例如小鼠、大鼠、猴子等。這些動物來源的胚胎干細(xì)胞在研究應(yīng)用中的使用爭議要小得多。不幸的是，它們也很少有治療應(yīng)用，因?yàn)樵谌梭w中使用動物細(xì)胞會產(chǎn)生免疫學(xué)問題。

收獲胚胎干細(xì)胞的時(shí)間表是什么時(shí)候？

研究人員從胚泡中提取人類胚胎干細(xì)胞。這是最早形式的胚胎的學(xué)名，通常在受精階段后4-5天。在傳統(tǒng)的人類妊娠中，囊胚階段發(fā)生在胚胎到達(dá)并植入母親子宮壁之前。在這個胚泡階段，年輕的胚胎有大約150個細(xì)胞。這使得分離它們以進(jìn)行收獲變得容易。

用于收獲的囊胚胚胎來自生育診所創(chuàng)造的胚胎，而不是來自女性的子宮。研究人員在精子和卵子捐贈者的許可下收獲它們。一旦創(chuàng)建，胚泡胚胎可以在實(shí)驗(yàn)室條件下無限期保存。

研究人員在第4天或第5天階段收獲胚胎干細(xì)胞。這個時(shí)間范圍很關(guān)鍵，因?yàn)樗驮谂咛ラ_始在其內(nèi)部分裂多個細(xì)胞之后，但在這些細(xì)胞開始分化之前。

顧名思義，分化意味著細(xì)胞開始變得對三個胚層之一具有特異性。然而，內(nèi)細(xì)胞團(tuán) (ICM) 確實(shí)在保護(hù)性外層內(nèi)形成。在科學(xué)家穿透外層后，細(xì)胞從ICM中收獲。

人類胚胎干細(xì)胞研究史

科學(xué)家于1981年首次在小鼠體內(nèi)分離出胚胎干細(xì)胞。很久以后，他們于1998年分離出人類胚胎干細(xì)胞。倫理問題導(dǎo)致了研究中的大部分差距。出于道德和實(shí)際原因，需要從并非來自孕婦的胚胎中獲取細(xì)胞 。

幸運(yùn)的是，到20世紀(jì)90年代后期，  生育診所完善了許多新技術(shù)。這些突破不僅意味著有希望的夫婦有更高的成功率，還創(chuàng)造了更多可存活的胚胎，可以從中提取干細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，這些診所有大約11,200個冷凍儲存的胚胎，否則這些胚胎將被丟棄。相反，診所捐贈了一些用于干細(xì)胞研究。

2001 年，當(dāng)聯(lián)邦政府決定資助胚胎干細(xì)胞研究時(shí)，科學(xué)家們掃清了第二個主要研究障礙。這種支持使各種研究機(jī)構(gòu)能夠獲得和研究胚胎。

這一突破出現(xiàn)在一個激動人心的時(shí)刻，因?yàn)檠芯咳藛T最近才學(xué)會如何提取所需的胚胎干細(xì)胞。1981年與老鼠有關(guān)的發(fā)現(xiàn)很重要。然而，這些細(xì)胞與人類胚胎干細(xì)胞差異太大，無法應(yīng)用這些知識。在此期間，研究人員在其他靈長類動物身上取得了突破。

多能干細(xì)胞特性的意義

科學(xué)家重視胚胎干細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兙哂卸嗄芴匦浴τ谖覀儺?dāng)中的非科學(xué)家來說，這意味著它們的細(xì)胞具有高度的通用性，能夠變成多種細(xì)胞類型。許多干細(xì)胞只能產(chǎn)生自身的精確拷貝——例如，血細(xì)胞到血細(xì)胞，骨細(xì)胞到骨細(xì)胞，等等。多能干細(xì)胞被定義為可以將自身轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w內(nèi)幾乎任何細(xì)胞或組織類型的細(xì)胞。

實(shí)際上，這使科學(xué)家能夠?qū)⑴咛ジ杉?xì)胞轉(zhuǎn)化為身體的任何部位。細(xì)胞分層發(fā)育，稱為胚層。人類具有三個胚層。最外面的外胚層由皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)組成。接下來是中胚層，構(gòu)成骨骼、血液、肌肉和生殖系統(tǒng)。最內(nèi)層的生殖細(xì)胞層，即 內(nèi)胚層，包括肺和消化系統(tǒng)細(xì)胞。總之，成年人在這三層中有 220 種不同類型的細(xì)胞。

胚胎干細(xì)胞不斷產(chǎn)生新細(xì)胞，使它們變得有用。這些繁殖能力意味著干細(xì)胞最終會形成可用于幫助患者的組織。這些組織也可以被科學(xué)家用來進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究。

全能、多能和成體干細(xì)胞的區(qū)別？

雖然胚胎干細(xì)胞是多能干細(xì)胞，但還有兩種其他類型的干細(xì)胞：全能細(xì)胞和專能細(xì)胞。它們的細(xì)胞類型有什么區(qū)別？答案很簡單。

全能干細(xì)胞是最通用的干細(xì)胞類型，因?yàn)樗鼈兪窃诼鸭?xì)胞受精后不久形成的。它們可以成為人體的所有細(xì)胞，也可以成為胚胎和發(fā)育中胎兒的細(xì)胞。在發(fā)育大約四天后，這些全能細(xì)胞會輕微特化，成為多能干細(xì)胞，例如胚胎干細(xì)胞。

后來，多能干細(xì)胞形成，它們的能力再次受到限制。他們的細(xì)胞類型通常更喜歡成為某一類或類別的細(xì)胞。

例如，造血干細(xì)胞 (HSC) 是一種多能干細(xì)胞，更喜歡成為血液和免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，盡管有可能誘導(dǎo)它們成為其他細(xì)胞類型。

治療疾病的潛力

科學(xué)家們直到最近才開始了解胚胎干細(xì)胞可以治療多少疾病和病癥。研究仍在進(jìn)行中。由于許多健康問題涉及細(xì)胞功能障礙或死亡，人類胚胎干細(xì)胞可能能夠逆轉(zhuǎn)這些疾病的進(jìn)展。

在未來，胚胎干細(xì)胞可能有助于治療帕金森病、心臟病、糖尿病、脊髓損傷、視力問題或其他疾病和病癥。

醫(yī)學(xué)研究的潛力

合適的測試對象是實(shí)現(xiàn)藥理學(xué)根本突破的主要障礙。早期版本的藥物和外科手術(shù)具有潛在的副作用，這些副作用可能要到實(shí)際進(jìn)行測試時(shí)才會出現(xiàn)。這對任何人類受試者來說顯然都是有問題的，尤其是那些已經(jīng)因疾病或受傷而虛弱的人。

這就是為什么人類胚胎干細(xì)胞為藥物治療和外科手術(shù)的新突破提供了根本機(jī)會。科學(xué)家們可以從胚胎干細(xì)胞中培育出健康的組織，以了解該組織對這些療法的反應(yīng)。他們還可以給予該組織特定的疾病，然后嘗試通過新的醫(yī)學(xué)突破來“治愈”它。

人類胚胎干細(xì)胞具有轉(zhuǎn)化為其他細(xì)胞的能力。從這些新細(xì)胞中，科學(xué)家們可以制造心臟組織、骨髓組織、血液樣本或他們需要測試的其他身體部位。這樣一來，他們就可以避免在患者身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

存在哪些類型的干細(xì)胞？

除了胚胎干細(xì)胞外，還存在幾大類干細(xì)胞。

這些干細(xì)胞類型的完整列表如下：

• 胚胎干細(xì)胞 (ESC)??–這是唯一有爭議的干細(xì)胞類型。胚胎干細(xì)胞源自胚泡，胚泡是胚胎發(fā)育中的一個階段。如前所述，它們可以分化為體內(nèi)的任何細(xì)胞或組織類型。
• 圍產(chǎn)期干細(xì)胞?——圍產(chǎn)期干細(xì)胞是在出生前后的這段時(shí)間內(nèi)獲得的細(xì)胞。這些細(xì)胞的收集不會影響胎兒或新生兒，因此它們沒有爭議。
• 成體干細(xì)胞?——這些是活體組織中存在的無爭議細(xì)胞。每個人的骨髓、脂肪（脂肪組織）、牙髓、外周血等都有干細(xì)胞。
• 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS 細(xì)胞）??——iPS細(xì)胞于2006年在小鼠中被發(fā)現(xiàn)，2007年在人類中被發(fā)現(xiàn)。它們的細(xì)胞沒有爭議，因?yàn)樗鼈兪窃趯?shí)驗(yàn)室中通過基因重編程產(chǎn)生的成體細(xì)胞。像胚胎干細(xì)胞一樣，它們可以變成體內(nèi)的任何細(xì)胞。
• 癌癥干細(xì)胞 (CSC)?–癌癥干細(xì)胞是一種似乎在腫瘤形成和潛在癌癥進(jìn)展中發(fā)揮作用的干細(xì)胞。

干細(xì)胞研究已經(jīng)進(jìn)行了50多年，因?yàn)楦杉?xì)胞具有重復(fù)分裂和復(fù)制的獨(dú)特能力。此外，它們的非專業(yè)性使它們對再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生了極大的興趣。

成體干細(xì)胞怎么樣？

成體干細(xì)胞也有更大的前景。在健康人體內(nèi)，成體干細(xì)胞會在需要時(shí)產(chǎn)生新細(xì)胞，以維持正常功能并修復(fù)輕微傷口和疾病。然而，它們被認(rèn)為不太通用，因?yàn)樗鼈儾荒芟衽咛ジ杉?xì)胞一樣分化成構(gòu)成人體的所有組織類型。

成體干細(xì)胞通常傾向于成為人體內(nèi)的某些組織。例如，造血干細(xì)胞 (HSC) 是一種廣泛研究的成體干細(xì)胞類型。盡管 HSC 更愿意成為血液和免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，但它們有時(shí)可以被誘導(dǎo)成為其他細(xì)胞類型。

成體干細(xì)胞應(yīng)用的另一個例子是骨髓移植的成功。骨髓移植治療免疫系統(tǒng)因化療或放療而受損的癌癥患者。來自捐贈者或治療前患者的骨髓移植使用骨髓干細(xì)胞來幫助產(chǎn)生新的細(xì)胞。

干細(xì)胞療法的未來

隨著時(shí)間的推移，研究人員在人體的許多部位發(fā)現(xiàn)了成體干細(xì)胞。現(xiàn)在已知成體干細(xì)胞存在于血液、骨髓、脂肪（脂肪）組織、牙髓、神經(jīng)組織和許多其他部位。

這些干細(xì)胞能夠通過組織修復(fù)或信號機(jī)制對多種疾病產(chǎn)生積極影響。特定的干細(xì)胞類型，如間充質(zhì)干細(xì)胞，可以降低炎癥、減少疤痕并改善免疫功能。

最近，成體干細(xì)胞還被認(rèn)為具有內(nèi)在的局限性，因?yàn)樗鼈儫o法分化為構(gòu)成人體的所有細(xì)胞。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)了多種激活細(xì)胞分裂和分化的方法。這種在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)更健康組織的能力可能會極大地改變醫(yī)學(xué)的未來。

胚胎干細(xì)胞的獲取本質(zhì)上受限于生育診所的可用樣本數(shù)量。然而，成年捐贈者數(shù)量更多。如果患者可以充當(dāng)他或她自己的捐贈者，則尤其如此。

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