胚胎干细胞的研究进展和应用前景

3.3 胚胎工程的应用及前景

[学习目标] 1.说出胚胎移植的生理学基础和具体操作程序。2.简述进行胚胎分割的注意事项及其实际意义。3.说出胚胎干细胞的分类、特点和用途。

[核心素养] 1.科学思维：尝试设计胚胎移植流程图，对繁育良种家畜提出合理化建议。

2.社会责任：了解胚胎工程在畜牧业中的应用，关注人类对胚胎干细胞的最新研究成果。

一、胚胎移植

1.胚胎工程技术

胚胎工程技术目前在生产中应用较多的是家畜的胚胎移植、胚胎分割和体外生产胚胎技术。

2.胚胎移植的概念、意义、生理学基础及基本程序

(1)概念

①移植对象：雌性动物体内的早期胚胎或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎。

②移植条件：同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内。

③供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。

④受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。

⑤地位：是胚胎工程的最后一道“工序”。

(2)胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期，增加供体一生繁殖后代的数量。

(3)胚胎移植成功的保障(生理学基础)

胚胎移入的基础 哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的

胚胎收集的基础 哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态

移入胚胎存活的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

保留遗传特性的基础 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响

(4)胚胎移植的基本程序

供、受体的选择和处理 选择：遗传性能优良、健康处理：同期发情处理和超数排卵 处理对供体 ↓

配种或进行人工授精

↓

胚胎的收集、检查、去向 收集：冲卵检查：发育到桑椹胚或囊胚阶段去向：直接向受体移植或放入 －196 ℃的液氮中保存

↓

胚胎移植——方法：手术法和非手术法

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干细胞研究进展及应用前景展望

摘要：

干细胞是一类具有自我更新能力的多向分化潜能细胞，在一定条件下可以分化为多种功能的组织和器官，具有重要的理论研究意义和临床应用价值。近年来的研究成果不仅揭示了许多有关细胞生长发育的基础理论难题，也在创伤修复、神经再生、抵抗衰老、糖尿病、帕金森氏症、老年痴呆、白血病、肿瘤等疾病的治疗方面显示了巨大的应用潜力，是应用生物学进入一个崭新的领域。

关键词：

干细胞；分化；诱导性多能干细胞；糖尿病；肿瘤；伦理争议；

正文：

1. 干细胞

在人类生命形成的开始，单个受精卵可以分裂发育形成不同的组织和器官，并通过进一步分裂分化，形成生命个体。在成体细胞中，大部分高度分化的细胞则失去了再分化的能力，而特定组织正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生，这种具有在分化能力的细胞，即为干细胞。

干细胞（Stem Cells，SC）是一类具有自我更新能力的多向分化潜能细胞，在一定的条件下，它可以分化成多种功能的器官组织。这些细胞呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比大，具有较强的端粒酶活性，因此具有较强的增殖能力。

干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞，其再生各种组织器官和人体的潜在功能，吸引着越来越多人的眼球。

2. 干细胞的研究历史

干细胞的研究被认为起始于二十世纪六十年代，加拿大科学家James E. Till和Ernest

A.McCulloch发现并命名造血干细胞之后。

60年代，几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明，其来源于胚胎干细胞，确立了胚胎癌细胞是一种干细胞；

1968年，Edwards 和Bavister 在体外获得了第一个人卵子；

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，建立了小鼠干细胞体外培养条件，将干细胞注入上鼠，能诱导形成畸胎瘤。

人类干细胞研究的新进展与治疗应用

自从2006年以来，人类干细胞研究已经经历了快速发展的阶段，技术不断创新，且越来越多的研究结果为干细胞治疗应用打开了更广阔的前景。以下文章旨在介绍人类干细胞研究的新进展和治疗应用。

干细胞种类和发现过程

干细胞是指能够分化成多种功能细胞且具有自我更新能力的细胞。干细胞种类包括胚胎干细胞、诱导性多能性干细胞、骨髓干细胞等。其中，胚胎干细胞是最早被发现的一种干细胞，来自已受精的胚胎，具有最为广泛的分化潜能，可以分化成所有种类的细胞。而人类体内的骨髓干细胞，也是广泛应用于治疗的一类干细胞。

干细胞研究的新进展

随着科技的不断创新，人类干细胞研究也在不断推进。近年来，各种新技术正在开发和优化，以最大程度地利用干细胞的潜能。

基因编辑技术

聚合酶链反应和基因编辑技术是新的干细胞研究的前沿研究领域。基因编辑技术可以帮助科学家在干细胞中删减或添加基因，以促进细胞分化和生长。这种技术的应用范围尚在探索中，但有望在治疗一些遗传性疾病方面取得突破。

人工合成种植技术

近年来许多研究也在针对人类干细胞培养的技术上进行了改进。一些研究者正试图开发出人工合成手段来创造适宜干细胞生长环境的方法，如支架和多孔微环境。这种基于开发干细胞生长坏境的研究，提高了对体外培养干细胞的质量和数量控制能力，并为干细胞治疗应用提供了更广泛的可能性。

新型药物开发

干细胞研究在药物开发方面的应用正在迅猛发展，许多研究有望利用干细胞来开发新的治疗药物，针对一些慢性病的治疗也有着广阔的应用前景。例如，利用干细胞可以针对某些遗传性消化道疾病进行治疗。

治疗应用前景和挑战

干细胞在医学中的应用前景广阔，目前已经应用于治疗多种无法治愈的疾病，如心血管疾病、神经退行性疾病和肿瘤。近几年，一些非正式的疗法例如自体细胞移植已经在临床中得到了验证。然而，未来还需要解决诸多挑战，例如干细胞使用的安全问题、培养及其生长产量的限制以及严格的法规和道德问题。此外，干细胞在不同种族、性别、年龄之间的效果还需要更多的临床研究来确定。

・２２０・　综述　国外医学妇产科学分册２００２年第２９卷第４期　

建立人胚胎干细胞系的研究进展　

郑州大学第一附属医院生殖医学中心（４５００５２）　刘美霞综述孙莹璞审校　摘要人胚胎干细胞（ｈＥＳ细胞）是来源于着床前的囊胚或早期人胚胎的未分化多能干细胞，有无限增殖和　分化的潜力。其有正常的核型，高端粒酶活性及表现标志灵长类ＥＳ细胞的表面抗原的特性。在体外可保持未分化状　态，培养４—５个月，仍具有形成来源于３个胚层所有组织的能力。此外，Ｅｓ细胞还有种系传递功能（即参与受体胚　胎的各种组织器官形成并可形成生殖细胞）和体外遗传学上的可操作性。从ｈＥＳ细胞建系方法，细胞系特征和建系　条件的探讨３方面进行综述。　关键词人胚胎干细胞多能性　内细胞团培养鉴定　

人胚胎干细胞（ｈＥＳ细胞）是由早期人类胚胎内　细胞团（ＩＣＭ）或原始生殖细胞（ＰＧＣｓ）经体外分化抑　制培养，在传代过程中筛选出的具有多向分化潜能　的细胞。Ｐｒｅａ等　１尝试性地从人类畸胎瘤分离ＥＳ细　胞，初步表明ｈＥＳ细胞建系的可能性。Ｂｏｎｇｓｏ等［２１通　过人输卵管上皮细胞饲养层培养原核期胚胎发育至　囊胚期后添加人白血病抑制因子（ｈＬＩｒ），获得了增　殖传代的类ｈＥＳ细胞克隆并成功培养２代后细胞　死亡。１９９８年１１月，美国Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ大学Ｔｈｏｍｓｏｎ　等　从体外受精（ＩＶＦ）胚胎发育至囊胚期的１４个内　细胞团成功地分离、克隆建立了５个ｈＥＳ细胞系，　体外培养４—５个月，传３２代，仍保持多潜能未分　化状态。虽然研究者都认识到ＥＳ细胞广泛的应用　前景及发展潜力，各国科研人员也致力于ｈＥＳ细胞　研究，但由于此项研究材料的特殊性、技术上存在的　难题及伦理和法律的约束［４１，对ＥＳ细胞的研究多局　限于非人类ＥＳ细胞，而ｈＥＳ细胞的研究一直未达　到理想的状态。　ｈＥＳ细胞的建系方法　一、饲养层的制备　一般采用原代小鼠胎儿成纤维细胞（ＰＭＥＦ）作　饲养层。此外人类胚胎成纤维细胞可完全代替小鼠　成纤维细胞，且可避免异种蛋白污染引起的不良反　应，在培养液中含ｈＬＩＦ的条件下可支持ｈＥＳ细胞　体外长期培养。并且其本身可长期培养、冻存，制备　１次，可长期使用。分离１２—１６　ｄ昆明鼠胚成纤维　细胞，培养于含１０％一１５％胎牛血清（ＦＣＳ）的高糖　ＤＭＥＭ液中Ｉ　Ｉ。待成纤维细胞贴壁连生后，以３５　ｇｒａｙ　射线灭活或以含１０　Ｉ．Ｌｇ／ｍｌ丝裂霉素Ｃ的培养液　在３７℃、５％ＣＯ：、饱和湿度的温箱中培养２小时以阻　收稿Ｆｔ期：２００１—０５—２７修回Ｆｔ期：２００２－０５－１７　断有丝分裂，再用细胞消化液离散，调整细胞浓度为　３ｘｌＯ　个／ｍｌ，将其引入另一预先用明胶溶液处理过　的培养皿，并置于３７℃，５％ＣＯ：温箱中培养备用。　二、人胚胎的获得　Ｔｈｏｍｓｏｎ研究小组［３１从ＩＶＦ形成的囊胚中的ＩＣＭ　获得ｈＥＳ细胞。征得供胚夫妇同意后，从１４个“富　余”的囊胚中共获得５株人胚胎干细胞系。Ｓｈａｍｂｌｏｔｔ　等［６１不是依赖囊胚的内细胞团，而是从５—９周流产　胎儿的生殖腺中分离出未分化的ｈＥＳ细胞。他认为　原始生殖细胞应与胚胎一样是未分化的细胞。当５—　９周的胚胎中未分化的细胞从卵黄囊迁移至胚胎生　殖腺时，可从中获取胚胎生殖细胞（ＥＧ），这些细胞　在鼠成纤维细胞滋养层上生长时，表现出与ｈＥＳ细　胞相似的特性。另外，利用体细胞核移植技术　有可　能获得“量身定做”的特异性ｈＥＳ细胞。即将供体的　任意体细胞与去核的卵细胞融合，然后刺激该杂合　细胞发育成囊胚，再从囊胚中收集特异的ｈＥＳ细　胞。这种技术获得的ｈＥＳ细胞具有与供体完全一致　的遗传物质，在移植后不会发生任何移植排斥反应。　１９９８年１１月１２日美国ＡＣＴ公司［８１宣布将人体细　胞核移植到去除了所有遗传信息的牛卵细胞且培养　出全能性ｈＥＳ细胞。Ｌａｎｚｅｎｄｏｒｆ等ｔ９１报道从匿名的精、　卵捐赠者的配子获得１８个ＩＣＭ，并培养得到３株　ｈＥＳ细胞系。并声明在这项研究之前慎重考虑了许　多有关的伦理问题。近来研究热点是从成人的器官，　如脑、血液和胰腺中获得多能的ｈＥＳ细胞”０１，从而逃　避了许多有关ｈＥＳ细胞研究的伦理之争。但这种　ｈＥＳ细胞通常只能生成有限几种类型的细胞。　三、置于饲养层前人胚胎的处理　受精卵发育至囊胚期后，用ｐｒｏｎａｓｅ处理５　ｍｉｎ　除去透明带　１