胚胎干細胞的特點及應用前景,胚胎干細胞的概念,胚胎干細胞又稱es細胞, 是指胚泡期的內細胞團中分離出的尚未分化、能在體外培養、具有發育全能性的早期胚胎細胞。es細胞具有胚胎細胞和體細胞的某些特性, 既可進行體外培養、擴增、轉化和制作基因突變模型等操作,又保留了分化成包括生殖細胞在內的各種組織細胞的能力。因此, 具有無限增殖、自我更新和多向分化的潛能。,胚胎干細胞的生物學特性,全能性或多能性 種系傳遞性 體外遺傳的可操作性 無限增殖性,全能性或多能性,es 細胞具有發育的多潛能性, 在體外可誘導分化出屬于三個胚層的分化細胞。若注射至同種同基因小鼠體內, 可分化產生由多種不同組織組成的畸胎瘤。,種系傳遞性,es 細胞具有種系傳遞功能。若把十幾個es 細胞在體外注射至另一胚泡內, 使之與受體胚胎細胞混合, 再植入假孕受體鼠子宮,可發育獲得嵌合體胚或鼠。es細胞可參與受體胚胎的各種器官組織并形成生殖細胞, 后者稱為種系傳遞。,體外遺傳的可操作性,es 細胞在體外可以進行遺傳操作, 包括： (1) 導入報告或標志基因, 或一個異源基因; (2) 加入額外的原有基因使之過表達(增加功能); (3) 通過質粒dna 與染色體上有關基因序列發生同源重組剔除該基因, 即基因打靶(失去功能) 以及(4) 誘導某個基因的突變。,無限增殖性,es 細胞具有無限增殖性。胚胎干細胞在體外適宜條件下, 能在未分化狀態下無限增殖。在所有從骨髓抽取的人類干細胞中,人類胚胎干細胞是唯一可以分化成身體上不同種類細胞,當中包括腦細胞和心臟細胞等高度分化、并缺乏再生能力的細胞。,胚胎干細胞的研究歷史,1958年，steven通過把小鼠早期胚胎移植到129小鼠精巢或腎臟被膜下得到了ec細胞。 1981年，英國劍橋大學的evans和kaufman用延緩著床的胚泡和美國加州大學舊金山分校的martin用條件培養基分別成功地分離、體外培養了小鼠的es，從此進入了胚胎干細胞培養建系的新紀元。此后，人們建立了許多動物的es細胞系。 1990年，evans、strojek及piedrahila各自成功地建立了豬類es細胞系。 1992年，matsui等用小鼠原始生殖細胞首先建成ec細胞系，又開創了一種新的建立全能性(或多能性)細胞系的材料。 1994年，robert用牛原始生殖細胞建成ec細胞系，證明了原始生殖細胞可以作為建立全能性(或多能性)細胞系的新型材料。 1995年thomson等從恒河猴的胚囊中分離、建立了es細胞株，這是第一個建株的靈長類動物的es。近年來，美國wiscosin 大學的thomson 和hopkins大學的gearhart分別用不同的方法成功的得到了幾個人的es細胞系，這一工作奠定了對人es實驗研究的基礎。 1997年，shims用豬原始生殖細胞建成ec細胞系，但是日前對豬全能性(或多能性)細胞系的研究，仍集中在es細胞系的建立及傳代問題上。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.1細胞分化機制研究 利用es細胞體外培養技術,可不受干擾地對單一影響胚胎細胞分化的因子進行系統研究。es細胞在細胞分化研究中的主要作用是:(1)研究飼養層抑制es細胞分化的生理機制, 這將有利于人們從基因轉錄、翻譯等水平對細胞進行操作, 定向改變細胞分化的方向。(2)研究es細胞的定向分化。培養的es細胞在去除分化抑制因素或添加誘導分化因子后就會發生定向分化, 形成某種類型組織細thomas研究發現, 體外培養的es細胞能自行向內臟卵黃囊、血島及心肌細胞定向分化。smith等實驗證明胚細胞在不含分化抑制物的培養基中能分化形成中胚層;當es細胞在禽dia和維生素a酸的培養基中, 則分化形成體壁內胚層。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.2 育種和良種繁殖 首先,可以生產克隆動物, 大幅度提高良種家畜的繁殖效率, 加速動物良種化進程。其次,可以拯救瀕危物種,保存稀有動物遺傳資源。再次,利用異種動物細胞核移植和異種動物胚胎嵌合的方法可獲得具有新性狀的克隆動物或異種動物的嵌合體, 可以克服種間繁殖障礙, 創造新物種。另外, 利用細胞核移植技術可以同時克隆遺傳基礎完全相同的生物個體。這些生物個體可用于遺傳參數的估測, 飼料營養價值的評定以及環境與動物關系的研究等領域。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.3特異性分化細胞系的建立 胚胎干細胞的優勢首先體現在它的多向性或全能性分化能力上。目前, 人們正致力于人類胚胎干細胞的識別、分離、體外培養擴增與分化誘導工作。包括對其它來源的干細胞, 如造血干細胞、間質干細胞以及神經干細胞等的研究。以期最終解決目前臨床上難以解決的治療問題。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.4器官移植 在適度的控制條件下, 胚胎干細胞可在體外培養體系中形成各種人體組織,甚至人體器官。干細胞技術的理想階段就是希望在體外進行“器官克隆“以供病人移植。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.5 基因治療研究 胚胎干細胞可用于基因治療研究,或者說與基因治療技術結合起來而為人類健康服務。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.6在尋找新藥方面的應用 在傳統尋找新藥時, 常用原代細胞、修飾過的腫瘤細胞或轉基因細胞。與原代細胞或修飾過的細胞相比, 干細胞具有很多優點:基因正常, 有獨特的生理反應, 可長期培養、擴增,因而哺乳動物干細胞技術的應用為在細胞水平評估藥物作用的靶細胞及一些新的治療方法效果提供了新的機會。,3、胚胎干細胞的應用前景,3.7新基因開發與基因功能分析 對小鼠esc基因進行目的性操作, 實現了哺乳動物基因功能性研究的重大突破, 確定了許多基因在正常生長發育和生理過程中的功能及在疾病發生中的作用。通過與基因打靶技術相結合, 對hesc進行基因重組特定基因刪除或突變有助于人類基因功能研究, 還可建立某些更為適宜的人類疾病模型進行藥物篩選。,4、面臨的問題,4.1 escs 細胞分化 從理論上講，escs 細胞具全能性,可獲得一種我們需要的細胞,但實際工作的進展卻很慢。細胞分化是多種細胞因子相互作用引起細胞一系列的生理生化反應的過程， 必須了解各種因子的具體作用和作用時間， 才能得到產生某種特異類型的分化細胞， 且抑制分化因子的劑量需進一步研究。,4、面臨的問題,4.2 escs 細胞移植后細胞存活和畸胎瘤的問題 小鼠escs 細胞注入成鼠皮下可形成畸胎瘤，目前對形成畸胎瘤所需escs 細胞的最少數量及最短時間還無定論。人escs 細胞也具有相似特性。為防止畸胎瘤，應對escs 進行細胞選擇，排除多余多能干細胞的影響。,4、面臨的問題,4.3社會倫理問題 由于胚胎干細胞的研究涉及生命的定義和來源， 因此受到宗教界等相關人士倫理道德方面的爭議。然而，人類干細胞方面的研究進展及其與克隆技術結合在治療人類某些疾病上的應用前景， 促使美國政府放松了對人類胚胎干細胞研究的限制。美國總統奧巴馬在競選中曾承諾，將取消目 前關于利用人類胚胎干細胞作研究的行政禁令。英國政府