人胚胎干细胞的研究进展
周进学号10170807
【摘要】干细胞( Stem Cell)是一类具有分化潜能和自我复制的早期未分化细胞。胚胎干细胞( Embryonic stem cells, ES细胞)是一种早期胚胎内细胞（inner cell mass, ICM）或原始生殖细胞（primordial germ cell, PGC）经体外分化抑制培养，分离和克隆得到的具有发育全能性的高度未分化细胞。人类胚胎干细胞系的建立是人类发育生物学研究的重大突破,揭示了人体发生发展奥秘的进程,可能为现代临床医疗模式带来革命性的变化。现对人类胚胎干细胞的来源,建系、生物学特性、应用前景及所涉及的伦理学问题作一综述。
【关键词】胚胎干细胞；克隆；伦理学,医学;综述
1、胚胎干细胞的概念
胚胎干细胞是从哺乳动物早期胚胎内细胞团(ICM)或桑椹胚分离出来的、能在体外长期培养的、高度未分化的全能细胞系,可在适合的条件下分化为胎儿或成体的各种类型的组织细胞。
胚胎干细胞属全能干细胞。ESCs 这一名词因其来源于胚胎而得名, 但从研究角度来说, 其概念一直没有一个特殊的标准, 2001 年美国国立卫生院根据Austin Smith 对小鼠ESCs 的研究, 概括了ESCs 的一些基本特征, 对其概念提出了一系列标准[1]: ①、来源于内细胞团或囊胚上胚层; ②、能够无限地进行对称分裂并保持未分化状态( 长期自我更新) ; ③、显示并维持正常、完整( 二倍体) 和稳定的染色体核型; ④、全能的ESCs 能够分化成三个胚层( 内胚层、中胚层、外胚层) 来源的所有细胞类型;⑤、在发育过程中能整合到所有胚胎组织中( 体外经长期培养的小鼠ESCs, 被植入另一胚胎形成嵌合体动物后, 仍能产生所有组织) ; ⑥、具有能克隆形成胚胎细胞系的能力, 并能产生卵子或精子细胞; ⑦、基因克隆, 即一个单一的ESCs 能产生一群具有相同遗传特性的细胞( 克隆) , 这些细胞有着与亲代细胞
相同的特征; ⑧、表达转录因子Oct- 4, 后者继而激活或抑制大量的靶基因, 以使ESCs 维持未分化状态; ⑨、可被诱导而继续增殖或进入分化状态; ⑩、缺乏细胞周期中的G1 期的限制点。ESCs 大部分时间都处于细胞周期的S 期, 在此期进行DNA 合成。与已分化的体细胞不同, ESCs 不需任何外界刺激来启动DNA 的复制。其中①、②、⑤、⑥、⑦不适用于人的EGCs, ⑤和⑥不适用于人的ESCs, 所有的标准都适用于小鼠的ESCs。
2、胚胎干细胞的获取途径及其“多能性
目前胚胎干细胞的获取途径主要有2个:一是从自然胚胎中获取,可在胚胎发育的不同阶段获得;二是通过细胞克隆得到的胚胎中获取,也可在胚胎的不同发育阶段获得。随着克隆技术的发展,后者显得更为容易。胚胎干细胞的多能性表现在它具有多种分化发育的潜能。其多能性学术上用两个词来加以区分:全能(totipotent),即指受精卵及囊胚细胞所具有的能力,除具有分化为机体所有细胞类型的潜能外,还有形成完整生物体的潜能;多能(pluripotent),即指从内细胞团(ICM)或原始生殖细胞(又称胚胎生殖系干细胞)衍生而来的细胞或细胞株所具有的能力，能形成包括生殖系在内的所有组织类型,但形成一个完整的生物体的可能性很小。
3、胚胎干细胞研究的主要物种类型
3. 1人类目前全世界已取得了60 余种不同基因的胚胎干细胞系,主要分布在美国、澳大利亚、新加坡、印度及以色列等地。由于助孕技术中的超促排卵及体外受精2胚胎移植(试管婴儿) 技术的不断成熟和在世界各地的迅速开展,人胚胎干细胞的来源显得比其他物种更为容易和丰富,同时因为研究的直接性而为广大学者所重视。但由于法律和伦理的原因,胚胎干细胞的研究将受到诸多的限制。
3. 2 灵长类灵长类动物与人的关系密切且没有太多法律与伦理上的限制,所以灵长类胚胎干细胞是目前研究最多的胚胎干细胞种类,以恒河猴与绢猴为代表[2] 。
恒河猴与人类的关系最为密切,在生殖与生长发育过程中与人有许多相似之处,因此是胚胎学研究的最佳模型,恒河猴胚胎干细胞也就成了了解各种人体组织分化的很好的体外模型,但其生殖特性(性成熟晚、妊娠期长、单胎孕育等) 限制了其应用;绢猴为西半球灵长类动物,与人类的关系不如恒河猴近,但因其生殖特性在实验中获得了广泛的应用。绢猴一般是多胎孕育,性成熟期只有18 个月,妊娠期较短,更重要的是绢猴的卵巢周期可以在前列腺素的调节下同步化,这就可能收集到大量生长发育一致的胚胎。目前,绢猴胚胎干细胞为我们提供了一个了解灵长类胚胎移植和妊娠母系识别的非常重要的模型。
从恒河猴与绢猴胚胎中分离出的胚胎干细胞均具有其特有的一套特异性标志物,它们包括阶段特异性胚胎抗原3和4 (SSEA-3 和SSEA-4) 、高分子糖蛋白TRA-1-60 和
TRA-1-81、碱性磷酸酶等。这些标志物与标志人胚胎性癌细胞(embryonal carcinoma cells , EC 细胞) 的表面抗原相同。这表明灵长类与人类在胚胎学上有高度的相似性,而鼠胚胎干细胞仅表达SSEA-1 与碱性磷酸酶活性,说明胚胎干细胞表面标志物具有物种差异。
3. 3 小鼠(mouse) 由于历史上的广泛应用及已明了的遗传学机制和多产特性,使小鼠成为哺乳动物胚胎学的主要研究对象。世界上最早的胚胎干细胞株就是首先从小鼠胚胎中分离出来的。胚胎干细胞分离及培养的方法学也是由此建立并发展起来的。对小鼠胚胎干细胞做进一步研究有助于灵长类及人类胚胎干细胞研究的发展。
3. 4 其他如鱼、鸟、兔、猪等脊椎动物中亦能分离出多能胚胎干细胞株。胚胎干细胞研究物种的多样化对于研究生物体的早期发生过程是十分必要和重要的,如细胞的谱系定型和重组基因印迹等,对基因修饰及核移植技术的研究和发展也有重要的作用。
4、胚胎干细胞的分离与增殖技术
以从灵长类胚胎ICM中分离灵长类胚胎干细胞为例[3]
简述如下。
4. 1 分离ICM前的准备准备小鼠原始成纤维细胞层。将小鼠原始成纤维细胞用30Gy 的γ-射线处理,使它终止有丝分裂活动,以5 ×104 个/ cm2 的密度置于用0. 1 %动物胶处理后的组织皿中,加入培养液(80 % DMEM、20 %胎牛血清、0.1mmol/ L 22巯基乙醇和1 %非必需氨基酸溶液) ,置5 % CO2温箱中孵育过夜。
4. 2 分离ICM 将排卵后6d 的恒河猴囊胚(或排卵后8d 的绢猴囊胚) 放入0. 5 % DMEM 中孵育,至透明带破裂时立即将囊胚移入含兔抗恒河猴脾细胞(或兔抗绢猴脾细胞) 抗体的DMEM中,孵育30min ,经DMEM冲洗后再移入1 :10 的几内亚猪补体中30min ,再经DMEM 冲洗后,用吸管吸除ICM中的滋养层细胞,最后将ICM种植在饲养层上。
4. 3 胚胎干细胞的培养和增殖种植7～10d 后,将ICM来源的细胞团移入含0. 05 %胰蛋白酶的EDTA 中3～5min ,用吸管轻轻吹打使它散开,将细胞种植到新培养基上。细胞集落形成后,再将单个细胞分离出来种植到新培养基上,如此反复,7～10d 进行1 次。
4. 4 胚胎干细胞的冷冻保存如需要将胚胎干细胞冷冻,最好在培养早期进行,选择细胞形态及核型均正常的细胞冷冻,并在液氮中长期保存。
4. 5 操作注意事项(1) 定期将未分化的细胞集落从已分化的细胞中分离出来并种植到新的培养基上; (2) 转移细胞时尽量快,以免细胞发生解离和死亡; (3) 分离细胞集落时使每个部分含5～10 个细胞,否则细胞过多将导致分化,细胞过少则克隆的效率低; (4) 由于胚胎干细胞是对各种内毒素最为敏感的细胞,故要重视培养液和血清的质量; (5) 重视原始成纤维细胞的质量,没有原始成纤维细胞所有的胚胎干细胞将在7～10d 内分化或死亡,若原始成纤维细胞质量差,则不能有效地抑制胚胎干细胞的分化而导致培养增殖失败。总之,胚胎干细胞的分离与培养是极其复杂的实验室技术,目前的培养条件尚不能避免胚胎干细胞的分化,而且随着培养周期次数的增多,胚胎干细胞的稳定性也会下降。因此,如何改进培养条件和培养技术
是胚胎干细胞研究中最重要的问题。
5、人类胚胎干细胞的来源主要有:(1)从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞[4];(2)从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能干细胞[5];(3)体细胞核转移(somaticcellnucleartransplantation,SCNT)。
6、人胚胎干细胞系的建立1989年Prea尝试从人畸胎瘤分离ES细胞,初步证明了人ES 细胞系建立的可能性。1998年Thomson领导的小组将合法获得的体外受精的人早期胚胎在体外培养至囊胚期,利用免疫外科手术去除透明带,以抗BeWO细胞的单抗作免疫标记,剔除外层细胞,以35Gyγ射线照射小鼠胚胎成纤维细胞作饲养层,以DMEM+胎牛血清+谷氨酰胺+巯基乙醇+非必需氨基酸作为培养液,体外培养人囊胚内细胞群,9～15d后将长出的细胞团吹散或者用胰酶或EDTA消化,然后继续在小鼠滋养层细胞上生长,挑选具有均一的未分化形态的单克隆细胞团,吹散成50～100个细胞的小团后再行培养,如此重复直至成系。在此期间每一步都需观察细胞染色体核型,以确定它未癌变。此后细胞系经吹打或胶原酶IV处理长期传代。他们从14个囊胚中,最终建立起5个人类ES细胞系:H1、H13、H14、H7和H19。这些细胞系继续培养5～6个月传32代仍可继续生长[6]。Gearhart领导的小组采用了与Thomson小组不同的方法,从5～9周龄流产胎儿的性腺嵴(gonadalridges)及肠系膜中分离原始的干细胞(primordialgermcells,PGCs),命名为EG细胞。以期避免因直接利用胚胎所造成的伦理学上的麻烦。将EG细胞体外培养于小鼠成纤维细胞层上,培养体系中加入重组人LIF,重组人碱性成纤维细胞生长因子及Foskolin,7～21d后形成较大的多细胞集落,其形态与小鼠EG或ES细胞集落相似。经过一系列与Thomson实验室相似的免疫组化及功能实验,证明获得了可成系的人胚胎干细胞集落[7]。迄今为止,除Thomson、Gearhart和Shamblott等的报道外,人ES细胞分离尚无成功报道,主要原因是人ES细胞建株的条件尚不成熟,而对人ES细胞体外诱导分化的研究至今尚无报道。
7、胚胎干细胞的应用前景及主要问题由于胚胎干细胞的高度复制能力及多向性分化的潜能,已展示出很好的研究、应用前景。如将特殊改变的基因转导至ES细胞中,体外选择后将ES细胞导入机体,使ES中的遗传信息传达给子代,可能有助于克服出生缺陷,纠正某些遗传性疾病[8] ;将经过基因修饰过的ES或EG细胞与正常细胞放在一起形成嵌合体,研究发育进程中细胞与细胞之间相互作用对细胞突变的影响[9];将ES或EG细胞中某个基因敲除或将外来的某个基因导入,研究特定基因对胚胎发育、药物代谢和肿瘤形成的影响等[10~12] 。最近有人用RNAi的方法使hES细胞中某个基因表达下降,获得较稳定的结果[13]。科学家们认为有希望通过该方法创建免疫无反应的hES细胞系,从而控制hES细胞移植后的排斥反应,使hES细胞移植易于成功。人胚胎干细胞研究有望为目前临床某些难治性疾病提供治疗的新方法甚至治愈的可能性。如可将hES体外诱导分化的心肌细胞导入心室壁,替代己梗死的心肌功能[14];应用体外分化的胰岛细胞治疗1型糖尿病;应用诱导分化的神经细胞前体细胞治疗帕金森病。有人预言,将来可应用胚胎干细胞在体外形成的器官取代功能衰竭的体内器官,为器官移植提供重要的来源保障。当然要实现胚胎干细胞的临床应用,还要做很多工作:
①需要研究阐明胚胎干细胞基因组印迹状态(genomicim printing)。基因组印迹是某些等位基因的表遗传修饰,与胎儿发育异常及肿瘤生长有关。在个体发育不同时期,基因组印迹状态不同。己有研究表明,鼠胚胎干细胞基因组印迹异常或不稳定;但另一组研究者则发现人和小鼠EG细胞的基因组印迹基本正常,这可能为胚胎干细胞临床应用排除了一大障碍。但对hES细胞的研究尚未见报道。
②需要解决免疫排斥问题。研究表明,与其他同种异体的组织器官移植相比,虽然hES、hEG 细胞移植的排斥反应较轻,但它仍不可避免地会发生。供者与受者ABO血型抗原、HLA组织相容性抗原、微组织相容性复合物抗原(minor histocompatility complex antigens
MHC)的不同而诱发排斥反应。
参考文献
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为保证促进我国人胚胎干细胞研究的健康发展，2003年12月24日科技部和卫生部联合下发了12条《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》。明确了人胚胎干细胞的来源定义、获得方式、研究行为规范等，并再次申明中国禁止进行生殖性克隆人的任何研究，禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎或胎儿组织。 近年，国际上对人胚胎干细胞研究的争论激烈，我国对此的态度支持治疗性研究，反对生殖性研究。据科技部有关官员介绍，为规范我国这一领域的研究，"十五"以来，科技部和卫生部与我国医学研究、社会伦理、科研管理专家反复研究论证，依据联合国教科文组织有关讨论和其他国家的相关法规，综合制定出这一指导原则，要求各省、区、直辖市、科技厅(委)、卫生厅(局)有关部门在开展生物医学领域人胚胎干细胞的研究活动中遵守国家有关规定，尊重国际公认的生命伦理准则。 我国人胚胎干细胞研究伦理指导原则 第一条为了使我国生物医学领域人胚胎干细胞研究符合生命伦理规范，保证国际公认的生命伦理准则和我国的相关规定得到尊重和遵守，促进人胚胎干细胞研究的健康发展，制定本指导原则。 第二条本指导原则所称的人胚胎干细胞包括人胚胎来源的干细胞、生殖细胞起源的干细胞和通过核移植所获得的干细胞。 第三条凡在中华人民共和国境内从事涉及人胚胎干细胞的研究活动，必须遵守本指导原则。 第四条禁止进行生殖性克隆人的任何研究。 第五条用于研究的人胚胎干细胞只能通过下列方式获得：（一）体外受精时多余的配子或囊胚；（二）自然或自愿选择流产的胎儿细胞；（三）体细胞核移植技术所获得的囊胚和单性分裂囊胚；（四）自愿捐献的生殖细胞。 第六条进行人胚胎干细胞研究，必须遵守以下行为规范：（一）利用体外受精、体细胞核移植、单性复制技术或遗传修饰获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过１４天。（二）不得将前款中获得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其他动物的生殖系统。（三）不得将人的生殖细胞与其他物种的生殖细胞结合。 第七条禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎或胎儿组织。 第八条进行人胚胎干细胞研究，必须认真贯彻知情同意与知情选择原则，签署知情同意书，保护受试者的隐私。 前款所指的知情同意和知情选择是指研究人员应当在实验前，用准确、清晰、通俗的语言向受试者如实告知有关实验的预期目的和可能产生的后果和风险，获得他们的同意并签署知情同意书。 第九条从事人胚胎干细胞的研究单位应成立包括生物学、医学、法律或社会学等有关方面的研究和管理人员组成的伦理委员会，其职责是对人胚胎干细胞研究的伦理学及科学性进行综合审查、咨询与监督。
人胚胎干细胞研究的临床意义 [关键词] 人胚胎干 健康讯: 吕广秀 20XX14上海市解放军第85医院儿科1998年11月，美国James和John Gearhart领导的2个科学小组分别发表论文阐述如何利用囊胚和原始的胚胎生殖细胞培养出可能的人全能型胚胎干细胞（ES cells）和胚胎生殖细胞系（EG cells）［1，2］。ES细胞最引人关注的2条特征是:ES细胞能在体外条件下生长，在原始的去分化条件下能够无限地分裂;同时在体外培养的所有时间内都能保持胚胎来源细胞的一个关键性特征—全能性，即发育成成体中各种细胞的能力。ES细胞的应用前景十分令人鼓舞。胚胎干细胞可以作为研究人类胚胎发育、出生缺陷及胚胎瘤等疾病的新的手段;可以用于至今为止尚未进行的关于的方法;制造人类疾病模型以利用于基础研究、药物开发和毒理学研究，如果克隆技术可以从患者自体组织中获得干细胞，则它们可解决用于治疗退行性疾病的组织短缺以及结束在移植治疗中使用免疫抑制剂;另外干细胞还可以用来作为基因治疗的一种新的基因运载系统。总之，其前景十分广泛。 1 胚胎干细胞的一般定义特征考虑到ES或EG细胞的特性，可以认为有一些表型是所有的ES细胞都应该具有的，其他一些特点可能是属于从不同种属或不同组织中分离出来的某种特定全能性细胞所特有，或表现出在胚胎发育过程中某个特定阶段所具有的特征。一般认为全能性干细胞所应具有的特征如下:（1）来源于一个全能性的细胞群体;（2）具有正常的细胞核型;（3）具永生性，在胚胎状态下能无限制的分裂;（4）培养的细胞株在体外或在畸胎瘤中能自发分化成胚胎外组织（extraembryonic tissues）和分属所有3种胚层的体细胞。但到目前为止，所有已培养成功的哺乳动物细胞中，除小鼠外，灵长类动物ES细胞只满足上述4条标准的前3条。一些研究人员将ES细胞的定义限定为那些能分化成包括生殖细胞在内的所有的细胞。但出于伦理上的原因，来源于人的ES细胞不可能进行试验以验证是否满足这一标准。因此，如果来源于人的细胞能满足其他3条关于ES细胞的一般定义，我们就认为它属于ES细胞。需要指出的是，要从体外培养或畸胎瘤试验验证一个ES细胞能否分化成所有组织类型的细胞是十分困难的，因为不论在体外培养条件下或畸胎瘤中，一些组织都是十分罕见的。 2 胚胎干细胞的最新研究James Thomson和同事于1998年报道利用治疗不孕症所遗弃的囊胚分离出ES细胞。他们所使用的技术与分离小鼠ES细胞相似:将可能
人胚胎干细胞的研究发展 摘要：叙述了人胚胎干细胞（hES细胞）的研究现状，并对hES 细胞的研究进展及其应用前景等全面综述。 关键词：人，胚胎干细胞，原始生殖细胞，全能性，多功能性干细胞(Stemcell)是一类具有自我更新能力的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合适的条件下或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，又称其为“万用细胞”。干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织。根据发育阶段，干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞。1998 年Thomson等第一次从胚胎中分离培养了人体胚胎干细胞(hES C)，并随后发现它能分化为体内几乎所有的细胞后，由此掀起全球范围内的hESC研究热潮。 人胚胎干细胞的生理意义：人胚胎干细胞最有价值的应用是用来修复甚至替换已丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化成所有类型组织细胞的能力。任何导致丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗，如用神经细胞治疗神经变性疾病（帕金森综合征、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等），用造血干细胞重建造血功能，用胰岛细胞治疗糖尿病，用心肌细胞修复已坏死的心肌等。 1 人胚胎干细胞的来源 胚胎干细胞来源于着床前的囊胚内细胞团或早期胚胎的原始生殖细胞是一大类未分化的二倍体全能干细胞，具有无限增殖、自我更新
和多向分化的潜能。 2 人胚胎干细胞的生物学特性 (1)具有分化的多潜能性，在体外可诱导分化出属于三个胚层的分化细胞; (2)具有种系传递功能; (3)具有长期的未分化增殖能力，细胞不仅能分化成各种器官组织，而且能增殖生成新的保持同种性状的ES 细胞; (4)易于进行基因改造操作; (5)保留了正常的二倍体的性质且核型正常; (6)胚胎干细胞端粒酶活性呈阳性,具有维持端粒长度,保持干细胞增殖能力的重要作用。 3 人胚胎干细胞的培养 (1) 常规培养液常用的基础培养基有改良伊格尔培养基(MEM)α、达氏修正依氏培养基(DMEM)、组织培养基(TCM)199、F12 等合成培养基，以DMEM应用最为普遍。它的主要成分是氨基酸、维生素、碳水化合物、无机离子和一些其他辅助物质。 (2) 无血清培养基血清中含有许多未知的成分和一些分化诱导因子，不利与ESC未分化状态的维持。为此人们尝试使用无血清培养液、化学合成培养液’进行ESC的培养，加入刺激细胞生长的激素、细胞因子等，实验表明ESC增殖旺盛，且能保持未分化状态，并认为无血清培养基优于血清培养基。但也有学者认为含血清培养液更利于胚胎干细胞向中胚层细胞分化,是因为血清中富含中胚层诱导因子,
人胚胎干细胞的研究进展 周进学号10170807 【摘要】干细胞( Stem Cell)是一类具有分化潜能和自我复制的早期未分化细胞。胚胎干细胞( Embryonic stem cells, ES细胞)是一种早期胚胎内细胞（inner cell mass, ICM）或原始生殖细胞（primordial germ cell, PGC）经体外分化抑制培养，分离和克隆得到的具有发育全能性的高度未分化细胞。人类胚胎干细胞系的建立是人类发育生物学研究的重大突破,揭示了人体发生发展奥秘的进程,可能为现代临床医疗模式带来革命性的变化。现对人类胚胎干细胞的来源,建系、生物学特性、应用前景及所涉及的伦理学问题作一综述。 【关键词】胚胎干细胞；克隆；伦理学,医学;综述 1、胚胎干细胞的概念 胚胎干细胞是从哺乳动物早期胚胎内细胞团(ICM)或桑椹胚分离出来的、能在体外长期培养的、高度未分化的全能细胞系,可在适合的条件下分化为胎儿或成体的各种类型的组织细胞。 胚胎干细胞属全能干细胞。ESCs 这一名词因其来源于胚胎而得名, 但从研究角度来说, 其概念一直没有一个特殊的标准, 2001 年美国国立卫生院根据Austin Smith 对小鼠ESCs 的研究, 概括了ESCs 的一些基本特征, 对其概念提出了一系列标准[1]: ①、来源于内细胞团或囊胚上胚层; ②、能够无限地进行对称分裂并保持未分化状态( 长期自我更新) ; ③、显示并维持正常、完整( 二倍体) 和稳定的染色体核型; ④、全能的ESCs 能够分化成三个胚层( 内胚层、中胚层、外胚层) 来源的所有细胞类型;⑤、在发育过程中能整合到所有胚胎组织中( 体外经长期培养的小鼠ESCs, 被植入另一胚胎形成嵌合体动物后, 仍能产生所有组织) ; ⑥、具有能克隆形成胚胎细胞系的能力, 并能产生卵子或精子细胞; ⑦、基因克隆, 即一个单一的ESCs 能产生一群具有相同遗传特性的细胞( 克隆) , 这些细胞有着与亲代细胞
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简述干细胞的形态特征及其研究进展 干细胞是一类具有自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类各组织器官的原始的多潜能的细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。根据它所处的发育阶段可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。 胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能干细胞或单能干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。 干细胞的形态特征： 干细胞具有自我更新复制的能力，能够产生高度分化的功能细胞。 1 胚胎干细胞：胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的 细胞即为胚胎干细胞。具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。进一步说，胚胎干细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。 2 成体干细胞：成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具 有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。 3 造血干细胞：造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在 于骨髓、外周血、脐带血中。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。 4 神经干细胞:理论上讲，任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经 干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应。除此之外，神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面，对判断药物有效性、毒性有一定的作用。 5 肌肉干细胞:可发育分化为成肌细胞，可互相融合成为多核的肌纤维，形成骨骼肌最基本的结构。
胚胎干细胞的起源和同一性 摘要 胚胎干细胞在生物研究方面应用广泛，也作为研究哺乳动物早期发育的模型，但是它们精确的起源却是备受争议。传统上认为它们来源于植入前的胚胎，但这暗示着形成胚胎干细胞的细胞可能已经有发育为原始生殖细胞命运倾向的外胚层细胞产生，它通过原始生殖细胞系形成胚胎干细胞。根据最近的研究发现我们提出胚胎干细胞可以直接来源于早期的外胚层细胞，这些胚胎干细胞可以通过不同培养条件形成的两条不同路径出现。 关键词：细胞，胚胎干细胞，同一性 简介 多能性是小鼠胚胎内细胞团形成外胚层的首要要求。在合适的培养条件下，内细胞团细胞可以在体外以胚胎干细胞的形式增殖。这些细胞保持有重新进入一个胚胎（形成嵌合体）的能力，使这些细胞发育为成体的所有组织，包括生殖细胞系和俗称为幼稚多能细胞。多能干细胞最初来源于小鼠睾丸的畸胎瘤。由于畸胎瘤相对其他组织而言在生殖细胞系中更常见可以推断这些畸胎瘤起源于干细胞；小鼠的睾丸瘤一般在出生后形成；在胎儿的睾丸小管中可以清晰的观察到初期的瘤。随后发现多能性细胞系很难与胚胎干细胞区分开来，这些胚胎干细胞来源于体外发育的小鼠重新编程的胚胎的原始生殖细胞。因此，捕获幼稚多能细胞的机会之窗在发育过程中打开两次：第一次在早期的外胚层而第二次在干细胞系。
胚胎生殖细胞与胚胎干细胞的相似之处强烈暗示着胚胎干细胞可能来源于那些已经有发育为原始生殖细胞倾向的外胚层细胞。也有假说称是原始生殖细胞促进培养植入前和植入后发育阶段的胚胎形成外植体。在这个假说中，我们依据近来的发现猜想胚胎干细胞可能通过两条途径得到外植体：直接来源于新形成的外胚层，它处于幼稚多能状态；或者培养在进行遗传重编程的特定原始生殖细胞，使它们重获多能性（图1）。 图1.幼稚多能细胞来源在一定条件下分离小鼠的胚胎干细胞、胚胎生殖细胞和原始生殖细胞。（A）体内发育过程。在囊胚后期的早期外胚层（红色）出现幼稚多能细胞系和受精后8.5天的原始生殖细胞（黄色）（B）体外培养到囊胚期的另一条产生幼稚多能细胞的途径。红心代表早期外胚层分离胚胎干细胞的路径；黄心代表通过形成原始生殖细胞而发育为胚胎干细胞的较长的路径。灰色箭头代表长期培养可能会得到胚胎干细胞或胚胎生殖细胞的假说。图示大小不代表真实比例。 幼稚多能性的出现 哺乳动物受精后产生一个发育为完整的胚胎的受精卵和形成胚外世系。受精卵经过几轮的卵裂之后产生均等的卵裂球，但是在囊胚
张绪生科2班 1213223 人类胚胎干细胞以及如何诱导获得多功能干细胞 胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESCs，简称ES或Ek细胞。）胚胎干细胞是早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺中分离出来的一类细胞，也是指当受精卵分裂发育成囊胚时内细胞团（Inner Cell Mass）的细胞，它具有体外培养无限增值、自我更新和多向分化的特性也具有“全能”的发展潜力。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导为机体几乎所有的细胞类型，所以胚胎干细胞也叫“万能”细胞，可以分化成所有不同种类的体细胞。 由于胚胎干细胞的“全能”性，仅从技术角度来说，用胚胎干细胞来培养人体组织和器官以治疗疾病是最理想的。科学家认为，用胚胎干细胞能培育出全新的细胞和组织，可以为治疗糖尿病、心脏病、癌症、帕金森氏综合征等疾病提供 新方法。 人诱导多功能干细胞合成的方 法有很多，近年来的一些研究有：不 使用病毒载体生成人iPS细胞系；不 含外来DNA的人类iPS细胞；OCT4 基因在干细胞的增殖、分化、应激反 应、凋亡过程中的作用；将iPS细胞 培育成为多巴胺神经元细胞。 目前研究比较透彻的就是鼠的 胚胎干细胞，最新的一项研究是研究 人员成功运用病毒表达转录因子把大鼠成体细胞成功地重编程到多能干细胞状态。从数百个形态类似胚胎干细胞的细胞克隆中，建立了22个类似胚胎干细胞的细胞系。经过进一步筛选、鉴定，最终获得两株符合多能干细胞标准的大鼠iPS细胞系。这些细胞系形态类似小鼠胚胎干细胞，具有跟小鼠胚胎干细胞类似的干细胞标记基因的表达，而且在体外和体内都具有向内、中、外三个胚层分化的能力。可以说成功用人诱导的多功能干细胞培养出了小鼠，图示的就是人诱导小鼠细胞得到多功能干细胞的简单实验步骤。一项最新的研究表明通过一个成熟的NKT细胞重新编程，可诱导产生多能干细胞并能分化成小鼠。NKT细胞的特点是他们的一个不变的NKT细胞特异性抗原受体α链Vα14Jα18基因片段编码的表达。
人胚胎干细胞研究伦理指导原则 中华人民共和国科技部和卫生部 2004年1月14日《健康报》 第一条为了使我国生物医学领域人胚胎干细胞研究符合生命伦理规范,保证国际公认的生命伦理准则和我国相关规定得到尊重和遵守，促进人胚胎干细胞研究的健康发展,制定本指导原则。第二条本指导原则所称人胚胎干细胞包括人胚胎来源的干细胞，生殖细胞起源的干细胞和通过核移植所获得的干细胞。第三条凡在中华人民共和国境内从事涉及人胚胎干细胞的研究活动,必须遵守本指导原则。第四条禁止进行生殖性克隆人的任何研究。第五条用于研究的人胚胎干细胞只能通过下列方式获得：（一）体外受精时多余的配子或囊胚；（二）自然或自愿选择流产的胎儿细胞；（三）体细胞核移植技术所获得的囊胚和单性分裂囊胚；（四）自愿捐献的生殖细胞。第六条进行人胚胎干细胞研究，必须遵守以下行为规范：（一）利用体外受精、体细胞核移植技术、单性复制技术或遗传修饰获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天；（二）不得将前款中获得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其他动物的生殖系统；（三）不得将人的生殖细胞与其他物种的生殖细胞结合。第七条禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎和胎儿组织。第八条进行人胚胎干细胞研究，必须认真贯彻知情同意与知情选择原则，签署知情同意书，保护受试者的隐私。前款所指的知情同意和知情选择是指研究人员应当在实验前，用准确、清晰、通俗的语言向受试者如实告知有关实验的预期目的和可能产生的后果和风险，获得他们的同意并签署知情同意书。第九条从事人胚胎干细胞研究单位应成立包括生物学、医学、法律或社会学等有关方面的研究和管理人员组成的伦理委员会，其职责是对人胚胎干细胞研究的伦理学及科学性进行综合审查、咨询和监督。第十条从事人胚胎干细胞研究的单位应根据本指导原则制定本单位相应的实施细则或管理规程。第十一条本指导原则由国务院科学技术行政主管部门、卫生行政主管部门负责解释。第十二条本指导原则自发布之日起施行。对《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》的评论：1、这是继1998年卫生部颁布“医学研究伦理审查指导”，1999年国家药品监督管理局颁布“药品临床试验管理规范”后，国家有关主管科研部门颁布的一个专项伦理指导原则。该文件首先指出了遵守伦理规范和国际国内的伦理准则与科学研究的顺利发展的一致性，明确禁止人的生殖性克隆，禁止人胚胎的研究超过14天，禁止将研究用胚胎植入人和其他动物生殖系统，禁止人的生殖细胞与其他物种生殖细胞的结合，禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎和胎儿组织，强调贯彻知情同意和知情选择原则，保护隐私以及要求成立伦理委员会，这些都是非常重要的，应该加以肯定。2、但这个“伦理指导原则”也存在一些问题。这样一种文件需要有术语的定义，例如囊胚和单性分裂囊胚有什么不同，难道通过体细胞核转移技术获得的囊胚不是单性分裂的吗？为什么用这两个术语，它们分别指称什么？同样，体细胞核移植技术和单性复制技术有什么不同？对这样一些术语应该界定。其次，条文之间有不一致之处。例如第五条列举了人胚胎干细胞的来源，未提单性复制技术和遗传修饰，但在第六条加上了单性复制技术和遗传修饰。第三，文件没有罚则，如果违反这个文件的规定，例如有人执意要克隆人，对他应作如何处置。最后，文件虽然多次提到“伦理”，也要求成立伦理委员会，但人员组成未提“伦理学方面的研究人员”。因此这将是一个“没有伦理学家的伦理委员会”。不知道这是文件的制定者一时疏忽，还是就是认为伦理学不是一门专业，任何人未经专门训练，都有资格成为是伦理学家。我们确也遇到一些伦理委员会的负责人，他们未经伦理学专门训练，在国外突击培训，结果未能领会也不会应用伦理学的理论和原则，
第二节胚胎干细胞的研究及其应用 学习目标 1.理解干细胞的概念与分类。 2.掌握胚胎干细胞来源、特点及分离途径与方法。 3.举例说明胚胎干细胞的应用。 4.了解胚胎干细胞的研究进展及其所面临的各种挑战。 学习重、难点 学习重点 1.理解干细胞的概念。 2.简述胚胎干细胞的特点及其研究进展。 学习难点 简述胚胎干细胞的特点及其研究进展。 知识要点梳理 一、胚胎干细胞及其研究进展 1.干细胞的概念：是动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。 2.干细胞作用：具有重建、修复病损或衰老组织、器官功能。 3.干细胞分类 （1）专能干细胞：只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。（2）多能干细胞：具有分化成多种细胞或组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞等。（3）全能干细胞：可以分化为全身的多种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官。 二、胚胎干细胞的应用 1.如果科学家最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖，将会给胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响。 2.在研究新药对各种细胞的药理和毒理试验中，提供了材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，从而降低了成本。 3.胚胎干细胞研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料，用于疾病治疗等，给人类带来全新的医疗手段。
4.通过胚胎干细胞，结合基因工程等还可以在试管中改良并创造动物新品种，培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种等。 三、胚胎干细胞研究面临的挑战 1.胚胎干细胞的应用给法律、伦理、国家和社会安全带来的冲击是空前的。 2.胚胎干细胞在体内或者是体外都具有自我分化的潜能，极易分化成其他细胞，对培养条件的优化仍需要进一步研究。 3.对胚胎干细胞向不同组织细胞定向分化的条件还不清楚。 4.创造一种“万能供者”细胞，需要破坏或改变细胞中的许多基因，其可行性仍不清楚。
人类胚胎干细胞基础技术 高级培训班 2010-12
目录 1. 绪论 (3) 2. 饲养层细胞的制备 (4) 2.1 从胎鼠获得小鼠胚胎成纤维细胞（MEF） (4) 2.2 MEF的传代 (5) 2.3 MEF的冻存 (5) 2.4 MEF的失活 (6) 3. 饲养层细胞的准备 (7) 4. ES/iPS细胞的复苏 (9) 5. ES/iPS细胞的传代 (10) 6. ES/iPS细胞的冻存 (12) 7. 人类胚胎干细胞的无滋养层培养 (13) 7.1 人类胚胎干细胞条件培养基（CM）的收集 (13) 7.2 无饲养层人胚胎干细胞系的培养及传代 (13) 8. 拟胚体的形成 (14) 9. 胚胎干细胞全能性的鉴定 (15) 9.1碱性磷酸酶活性检测 (15) 9.2干细胞表面marker的免疫染色检测 (16) 9.3干性因子的去甲基化程度分析 (17) 9.4干细胞内源基因的表达分析 (19) 9.5端粒酶活性检测 (21) 9.6核型检测 (21) 9.7拟胚体形成 (21) 9.8畸胎瘤形成实验 (22) 10. 干细胞技术培训及服务一览表 (23) 11. 附录 (24)
1.绪论 本操作手册将为您详细介绍人胚胎干细胞/iPS细胞培养的基础知识、技术细节及相关的产品信息。目的是为了让您更好地培养您购买的细胞，请按照此手册进行培养操作直至获得可靠的冻存细胞。上海斯丹赛生物技术有限公司专业提供各类胚胎干细胞/iPS细胞及成套产品服务，为您的干细胞研究提供一站式解决方案。
2.饲养层细胞的制备 材料与仪器 ?成纤维细胞完全培养基，货号EFM-01 ?胰酶，货号M-005-1 ?成纤维细胞冻存液（2x），货号EFFM-01 ?基质胶（Matrigel matrix），BD Pharmingen，货号356235 ?CF-1小鼠胚胎成纤维细胞（MEF），货号MEF-CF1-01 ?T25透气培养瓶，NUNC，货号156367 ?T75透气培养瓶，NUNC，货号156499 ? 2 ml移液管，NUNC，货号159617 ?5ml移液管，NUNC，货号159625 ?10 ml移液管，NUNC，货号159633 ?15ml离心管，货号366036 ?50ml离心管，货号373660 ?冻存管，NUNC，货号377267 ?Thermo-Fisher Finnpipette F3移液器和灭过菌的枪头 ?生物安全柜，货号 ?CO2培养箱，Thermo，HERA cell 150i ?电子计数器，millipore，货号PHCC00000 ?电动移液器，Thermo Scientific Finnpipette C1，货号4580800 ?低速离心机，Thermo Scientific CL10 ?液氮罐，Thermofisher，货号CN50900 2.1从胎鼠获得小鼠胚胎成纤维细胞（MEF） 1. 拉断颈椎处死怀孕12-13天的CF-1小鼠，浸入70％的酒精中消毒。 2. 将小鼠放在超净台无菌的解剖盘中，在腹中线处做一横向切口。 3. 剪开的皮肤拉向切口的上下两侧，提起腹膜，将其剪开，充分暴露腹腔。 4. 找出子宫，一只手用无菌钝口镊子轻轻提起子宫，另一只手持无菌镊子小心分离子宫周围的结缔组织。当两侧子宫都与其相连的组织分离好后，用剪刀将左右两侧的子宫在输卵管与子宫角的衔接处剪下，小心剪下子宫的联体部分，置于无菌的60mm培养皿中。
操作指南 运输和保存：人胚胎干细胞（hESCs）和PMEFi被装在含90％FCS和10％二甲基亚砜的冻存管中，hESCs 4×105/管，可接种一个3.5cm培养皿（或六孔板的一个孔），PMEFi 4×106/管，可接种一块六孔板。冻存管用干冰运输，收到后，hESCs投入液氮，PMEFi放入－80℃保存。 培养条件：温度：37±0.5℃ CO2浓度：5.1±0.6％ 相对湿度：85-100% 主要技术： 1．细胞培养： 当进行hESC培养时，总的培养原则必需遵守，所有的操作都应该在相应的细胞培养间和超净台内按无菌技术进行。此外，通过安装空气处理和过滤设备减少空气颗粒制造一个相对洁净的空间。当接触和细胞有关的一切试剂和材料时，应该带手套（包括开冰箱门）。工作间在使用前后要用70％的异丙醇彻底消毒。 2．培养液和材料 所有的培养液和试剂在使用前都要用0.2μm的滤膜过滤；培养瓶和TC材料在拿进培养间之前都应该用70％异丙醇消毒。 3．细胞处理 为了便于操作，最好不要同时处理两个以上的标本。操作时，在室温和低CO2的时间不要太长。所有的细胞离心：室温，500－600g，5分钟。
培养液准备： MEF和hESCs培养液在无菌条件下进行，完成后用0.2μm的滤膜过滤。当准备hESCs培养液时，保持一致性很重要。如有可能，尽量使用相同的试剂。使用满足于附录提供的血清替代品尤为重要。 生长因子应该最后添加，需要强调的是bFGF进行重悬时需要蛋白载体，在少量培养液中不要试图重悬它。 MEF培养液： hESCs培养液： 冷冻培养液：90％FCS+10%二甲基亚砜, 0.2μm的滤膜过滤,4℃保存。 明胶准备： 用超纯水配制0.1％明胶溶液，加热确保明胶完全溶解，使用前高压或0.2μm 的滤膜过滤。 明胶包被：
人胚胎干细胞培养手册 操作指南 运输和保存：人胚胎干细胞（hESCs）和PMEFi被装在含90％FCS和10％二甲基亚砜的冻存管中，hESCs 4×105/管，可接种一个3.5cm培养皿（或六孔板的一个孔），PMEFi 4×106/管，可接种一块六孔板。冻存管用干冰运输，收到后，hESCs投入液氮，PMEFi放入－80℃保存。 培养条件：温度：37±0.5℃ CO2浓度：5.1±0.6％ 相对湿度：85-100% 主要技术： 1．细胞培养： 当进行hESC培养时，总的培养原则必需遵守，所有的操作都应该在相应的细胞培养间和超净台内按无菌技术进行。此外，通过安装空气处理和过滤设备减少空气颗粒制造一个相对洁净的空间。当接触和细胞有关的一切试剂和材料时，应该带手套（包括开冰箱门）。工作间在使用前后要用70％的异丙醇彻底消毒。 2．培养液和材料 所有的培养液和试剂在使用前都要用0.2μm的滤膜过滤；培养瓶和TC材料在拿进培养间之前都应该用70％异丙醇消毒。 3．细胞处理 为了便于操作，最好不要同时处理两个以上的标本。操作时，在室温和低CO2的时间不要太长。所有的细胞离心：室温，500－600g，5分钟。
培养液准备： MEF和hESCs培养液在无菌条件下进行，完成后用0.2μm的滤膜过滤。当准备hESCs培养液时，保持一致性很重要。如有可能，尽量使用相同的试剂。使用满足于附录提供的血清替代品尤为重要。 生长因子应该最后添加，需要强调的是bFGF进行重悬时需要蛋白载体，在少量培养液中不要试图重悬它。 MEF培养液： hESCs培养液： 冷冻培养液：90％FCS+10%二甲基亚砜, 0.2μm的滤膜过滤,4℃保存。 明胶准备： 用超纯水配制0.1％明胶溶液，加热确保明胶完全溶解，使用前高压或0.2μm 的滤膜过滤。 明胶包被： 接种细胞前，用0.1％明胶溶液包被培养皿，37℃至少30分钟，分别用1.5或4ml包被35mm或10cm培养皿。在接种MEF前吸除明胶溶液。
人类胚胎干细胞基础培 训教材 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
人类胚胎干细胞基础技术 高级培训班 2010-12
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1.绪论 本操作手册将为您详细介绍人胚胎干细胞/iPS细胞培养的基础知识、技术细节及相关的产品信息。目的是为了让您更好地培养您购买的细胞，请按照此手册进行培养操作直至获得可靠的冻存细胞。上海斯丹赛生物技术有限公司专业提供各类胚胎干细胞 /iPS细胞及成套产品服务，为您的干细胞研究提供一站式解决方案。
2.饲养层细胞的制备 材料与仪器 成纤维细胞完全培养基，货号EFM-01 胰酶，货号M-005-1 成纤维细胞冻存液（2x），货号EFFM-01 基质胶（Matrigel matrix），BD Pharmingen，货号356235 CF-1小鼠胚胎成纤维细胞（MEF），货号MEF-CF1-01 T25透气培养瓶，NUNC，货号156367 T75透气培养瓶，NUNC，货号156499 2 ml移液管，NUNC，货号159617 5ml移液管，NUNC，货号159625 10 ml移液管，NUNC，货号159633 15ml离心管，货号366036 50ml离心管，货号373660 冻存管，NUNC，货号377267 Thermo-Fisher Finnpipette F3移液器和灭过菌的枪头 生物安全柜，货号 CO2培养箱，Thermo，HERA cell 150i 电子计数器，millipore，货号PHCC00000 电动移液器，Thermo Scientific Finnpipette C1，货号4580800 低速离心机，Thermo Scientific CL10 液氮罐，Thermofisher，货号CN50900 2.1从胎鼠获得小鼠胚胎成纤维细胞（MEF） 1. 拉断颈椎处死怀孕12-13天的CF-1小鼠，浸入70％的酒精中消毒。 2. 将小鼠放在超净台无菌的解剖盘中，在腹中线处做一横向切口。 3. 剪开的皮肤拉向切口的上下两侧，提起腹膜，将其剪开，充分暴露腹腔。 4. 找出子宫，一只手用无菌钝口镊子轻轻提起子宫，另一只手持无菌镊子小心分离子宫周围的结缔组织。当两侧子宫都与其相连的组织分离好后，用剪刀将左右两侧的子宫在输卵管与子宫角的衔接处剪下，小心剪下子宫的联体部分，置于无菌的60mm 培养皿中。 5. 用无菌的剪刀在子宫头与子宫尾分别剪去输卵管及子宫角部分。 6. 将子宫置于15ml离心管中，用10mlPBS洗三遍。 7. 用尖镊子撕开子宫壁和胎膜，取出胎鼠，放在新的培养皿中。 8. 用8mlPBS 将胎鼠洗三遍。
胚胎干细胞的研究进展 摘要：胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES cells) 是存在于胚胎发育早期阶段，具有自我更新和多分化潜能性的干细胞，是组成机体各种组织器官的起源细胞。已经广泛用于生命科学的许多领域，它在医学方面的应用成为医学领域的研究热点。本文综述了近些年关于胚胎干细胞分离培养与鉴定特征和应用的研究进展，同时也指出了目前所面临的问题，对今后的研究方向进行了展望。 关键词：胚胎干细胞；分离培养与鉴定特征；应用 胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）是一种从早期胚胎的囊胚内细胞团细胞或胎儿原始生殖细胞( primordial germ cells，PGCs) 中经分离体外抑制分化培养得到的具有发育全能性( 或多能性) 的一类干细胞，与已经成熟分化的体细胞一样，ES细胞也是一分为二地分裂增殖，且ESC具有体外培养无限增殖自我更新和多向分化的特性。在一定的培养条件下，ES细胞可以在体外长久和稳定地自我复制，实现永生，无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为内中外3个胚层的几乎所有类型细胞。因此，ES细胞成为研究哺乳动物早期胚胎发生细胞组织分化基因表达调控等发育生物学基础研究的一个非常理想的模型系统和非常有用的工具，也是进行动物胚胎工程开发和用于治疗各种疾病，修复受损伤的组织和器官的一个重要途径，具有广泛的应用前景[1,2]。 20世纪末开始，ES细胞的研究就一直是生物医学领域的热点。美国《科学》杂志评出的上个世纪十大科学突破中，“干细胞研究与应用”名列榜首。ES细胞的研究还处于起步阶段，目前人们已经能够分离培养干细胞，但诱导ES细胞定向分化还面临许多困难。
干细胞来源及生物学特征
什么是干细胞(STEM CELL)？ ?干细胞(stem cell)是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。 ?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弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞，称之为干细胞。 ?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。 ?1963年，恩尼斯特.莫科洛克和詹姆士.堤尔首次证明了血液中干细胞的 存在，开启了干细胞研究的大门。 ?。
什么是细胞分化？ ?细胞分化(cell differentiation )：同一来源的细胞，通过细胞分裂在细胞间产生形态结构、生化特征和生理功能有稳定性差异的过程。 ?是个体发育中组织器官形成的基础，是发育生物学的中心问题。 ?时间上的分化：一个细胞在不同的发育阶段有不同的形态结构、生化特征和生理功能，如骨髓内血细胞的发生过程。 ?空间上的分化：同一种细胞的子代细胞所处的环境位置不同，其形态结构、生化特征和生理功能也不一样，如外胚层来源的细胞可发育成表皮细胞、神经细胞等。
干细胞的特点 ?干细胞本身不是处于分化途径的终端。 ?能无限的增殖分裂。 ?可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。 ?通过两种方式生长： 对称分裂--形成两个相同的干细胞 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。 干细胞是具有多向分化潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。
人胚胎干细胞研究伦理指导原则 第一条为了使我国生物医学领域人胚胎干细胞研究符合生命伦理规范，保证国际公认的生命伦理准则和我国的相关规定得到尊重和遵守，促进人胚胎干细胞研究的健康发展，制定本指导原则。 第二条本指导原则所称的人胚胎干细胞包括人胚胎来源的干细胞、生殖细胞起源的干细胞和通过核移植所获得的干细胞。 第三条凡在中华人民共和国境内从事涉及人胚胎干细胞的研究活动，必须遵守本指导原则。 第四条禁止进行生殖性克隆人的任何研究。 第五条用于研究的人胚胎干细胞只能通过下列方式获得： （一）体外受精时多余的配子或囊胚；（二）自然或自愿选择流产的胎儿细胞； （三）体细胞核移植技术所获得的囊胚和单性分裂囊胚； （四）自愿捐献的生殖细胞。 第六条进行人胚胎干细胞研究，必须遵守以下行为规范： （一）利用体外受精、体细胞核移植、单性复制技术或遗传修饰获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天。 （二）不得将前款中获得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其它动物的生殖系统。 （三）不得将人的生殖细胞与其他物种的生殖细胞结合。 第七条禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎或胎儿组织。 第八条进行人胚胎干细胞研究，必须认真贯彻知情同意与知情选择原则，签署知情同意书，保护爱试者的隐私。 前款所指的知情同意和知情选择是指研究人员应当在实验前，用准确、清晰、通俗的语言向受试者如实告知有关实验的预期目的和可能产生的后果和风险，获得他们的同意并签署知情同意书。 第九条从事人胚胎干细胞的研究单位应成立包括生物学、医学、法律或社会学等有关方面的研究和管理人员组成的伦理委员会，其职责是对人胚胎干细胞研究的伦理学及科学性进行综合审查、咨询与监督。 第十条从事人胚胎干细胞的研究单位应根据本指导原则制定本单位相应的实施细则或管理规程。
干细胞的应用及研究方向 摘要 干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。近年来干细胞的应用几乎涉及到所有生命科学和生物医学领域。本文概述了干细胞的生物学特性，并综述了干细胞的可塑性、分离培养及其在基础研究及临床上的应用的研究进展。最后，展望了今后研究的方向。 干细胞（stem cells）是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而医学界称之为“万用细胞”。1981年英国的Evans和Kaufman用延缓着床的胚泡首次成功地分离了小鼠胚胎干细胞,从而在全球掀起了有关干细胞的研究热潮。1997年2月英国苏格兰罗斯林研究所威尔穆特博士等成功克隆出“多利”绵羊，1998年11月,美国Thomson［1］和Gearhart［2］分别用不同的方法获得人胚胎干细胞及胚胎生殖细胞,此后,干细胞的研究便进入了一个全新的时代。1999年，有关干细胞的研究被Science评为1999年度十大科学进展之首。2000年12月干细胞研究再次被《科学》杂志评为该年度世界十大科学成就之一。本文就近几年来干细胞的研究进展综述如下。 1干细胞的生物学特性 根据干细胞的发育阶段，可将其分为胚胎干细胞和成体干细胞（Adult Stem Cell，AS）。胚胎干细胞即具有分化为机体任何一种组织器官潜能的细胞,包括胚胎干细胞、胚胎生殖细胞（Embryonic Germ Cell，EG）。成体干细胞即具有自我更新能力,但通常只能分化为相应组织器官组成的“专业”细胞,它是存在于成熟个体各种组织器官中的干细胞,包括神经干细胞、血液干细胞,骨髓间充质干细胞、表皮干细胞、肝干细胞等。 1.1胚胎干细胞的生物学特性 胚胎干细胞最早是直接从小鼠早期胚胎分离建系的,它们具有其自身的生物学特性。与其他细胞系相比较, 胚胎干细胞的特点在于:（1）具有不断增殖分化的能力，所以，在体外培养条件下可以建立稳定的干细胞系，并保持高度未分化状态和发育潜能性。1999年Soiter等［3］利用这个特性将ES/EBs及其分化细胞作为有关药物的针对筛选系统,进行药物毒性检测实验。（2）具有高度的发育潜能和分化潜能。体内外可分化出外、中、内三个胚层的分化细胞，可以诱导分化为成体细胞内各种类型的组织细胞。胚胎干细胞含有正常二倍染色体，具有种系传递功能,能广泛参与宿主胚胎各组织器官的生长发育,并形成包括生殖系在内的合体后代生殖细胞。1995年Pacacio等［4］利用骨髓基质细胞或其培养液,将胚胎干细胞在体外诱导分化为造血干细胞。1997年Baker等［5］在缺乏新霉素(geneticin,g418)的条件下,将Rosaβ-geo基因转染胚胎干细胞后能在体外诱导分化为软骨细胞。同年Deni等报告将胚胎干细胞通过悬滴培养可分化出脂肪细胞。（3）能进行体外培养扩增,还可以对其进行遗传操作选择, 如导入异源基因、报告基因或标志基因，诱导某个基因突变等。扩增、遗传操作及冻存均不丧失其多能性。冻存的细胞可在需要时随时解冻,继续培养不失其原有特性。 1.2成体干细胞的生物学特征
干细胞研究的历史、进展与未来 中国科学技术大学生命科学学院2004级胡文宝 干细胞是尚未分化发育的，能生成各种器官组织的全能细胞。它是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞维持自身细胞群大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织和器官。干细胞可以来自胚胎、胎儿或成体。根据其来源不同，干细胞可分胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础，即由单个受精卵发育成为具有各种组织器官的个体，成体干细胞的进一步分化则是成年动物体内组织和器官修复再生的基础。 干细胞研究的历史： 1959年，美国首次报道了通过体外受精（IVF）动物。 60年代，几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明其来源于胚胎生殖细胞（embryonic germ cells, EG细胞）,此工作确立了胚胎癌细胞（embryonic carcinoma cells, EC细胞）是一种干细胞。 1968年，Edwards 和Bavister 在体外获得了第一个人卵子。 70年代，EC细胞注入小鼠胚泡产生杂合小鼠。培养的SC细胞作为胚胎发育的模型，虽然其染色体的数目属于异常。 1978年，第一个试管婴儿，Louise Brown 在英国诞生。 1981年，Evan, Kaufman 和Martin从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞。他们建立了小鼠ES细胞体外培养条件。由这些细胞产生的细胞系有正常的二倍型，像原生殖细胞一样产生三个胚层的衍生物。将ES细胞注入上鼠，能诱导形成畸胎瘤。 1984—1988年，Anderews 等人从人睾丸畸胎瘤细胞系Tera-2中产生出多能的、可鉴定的（克隆化的）细胞，称之为胚胎癌细胞（embryonic carcinoma cells, EC细胞）。克隆的人EC细胞在视黄酸的作用下分化形成神经元样细胞和其他类型的细胞。 1989年，Pera 等分离了一个人EC细胞系，此细胞系能产生出三个胚层的组织。这些细胞是非整倍体的（比正常细胞染色体多或少），他们在体外的分化潜能是有限的。 1994年，通过体外授精和病人捐献的人胚泡处于2-原核期。胚泡内细胞群在培养中得以保存其周边有滋养层细胞聚集，ES样细胞位于中央。 1998年，Thomoson等从治疗不育症的夫妇捐献的正常人胚泡中分离得到内细胞群。细胞经培养可多次传代，保持正常核型，具有高水平的端粒酶活性，表达人ES细胞而灵长类ES细胞的特征。当将几种非克隆化细胞系的细胞注入免疫缺陷小鼠内后可形成畸胎瘤。畸胎瘤含有来源于原始胚层的多种细胞类型，这证明了人ES细胞的多能性。 2000年，由Pera、 Trounson 和 Bongso 领导的新加坡和澳大利亚科学家从治疗不育症的夫妇捐赠的胚泡内细胞群中分离得到人ES细胞，这些细胞体外增殖，保持正常的核型，自发分化形成来源于三个胚层的体细胞系。将其注入免疫缺陷小鼠错开内产生畸胎瘤。 2003，建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法，为人胚胎干细胞研究提供了新的途径。 2004年，Massachusetts Advanced Cell Technology 报道克隆小鼠的干细胞可以通过形成细小血管的心肌细胞修复心衰小鼠的心肌损伤。这种克隆细胞比来源于骨髓的成体干细胞修复作用更快、更有效，可以取代40%的瘢痕组织和恢复心肌功能。这是首次显示克隆干细胞在活体动物体内修复受损组织。 干细胞研究的进展： 1.干细胞的来源 胚胎干细胞主要来源于胚胎组织，而用于治疗的应该是人的胚胎干胚胎干细胞，由于人