干细胞体外扩增与诱导分化研究

具中科博生研究表明，近年来,随着越来越多的细胞因子的克隆、重组、应用,以及生命科学技术的发展,干细胞培养技术和条件日益成熟,干细胞的体外扩增与诱导分化已取得长足的发展并已部分成功地应用于临床细胞移植。

目前广为开展的干细胞工程主要涉及胚胎干细胞系、造血干细胞系、间充质干细胞系和神经干细胞系(Grchen 1999),此外,肝、肌肉、成骨、视网膜及角膜等组织特异性干细胞的研究也取得了很大进展。

目前,对于终末期肝功能衰竭患者的惟一救治方法是进行肝移植。但每年大量患者在等待合适的中死去。细胞治疗以重建肝成为该领域最有前途的方案。在肝大部切除的啮齿类动物模型中发现,不到一周的时间剩余的肝叶增大并取代了缺失的肝组织。提示成熟的肝细胞有很强的增殖再生能力。是否十细胞及其分化后代参与了再生过程,抑或肝干细胞其实是肝再生的惟一源泉向仔争议。普遍接受的观点是,在成熟肝细胞不能再生的特定情况下,肝干(包括肝卵圆细胞及骨髓来源的肝干细胞）将增殖并分化为成体肝细胞。

将成年小鼠骨髓中分离纯化并长期培养的HSC静脉输入致死量照射的高酪氨酸血症小鼠模型后,受者体内检测到供者来源的造血细胞和肝细顺gase et al.2000)。提示成年造血干细胞具有向肝细胞分化的潜能,并在肝病治疗中发挥积极的作用。可以设想,联合移植 HSC和肝细胞（或肝干细胞、的仅有利于诱导免疫耐受还能提供可分化为肝细胞的HSC。重要的是,当明确了HSC向肝细胞分化的机理后,单纯移植HSC将有望用于治疗终末期肝病。

肌肉干细胞和成骨干细胞来源于更原始的多能干细胞。肌肉于细胞可分化成肌细胞（myoblast),融合成为多核的肌纤维,成为骨骼肌的基本结构（M|ct al.1999）。成骨干细胞似乎具有更强的分化潜能,它不仅可分化为成骨细说成软骨细胞,也能分化为成脂肪细胞、成肌细胞和成纤维细胞等。理论上讲,骨干细胞可再生出骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带和脂肪等多种组织,因此在组公工程中占有重要地位（Orefo and Trifft 1999）。

以往认为,成人视网膜中的神经细胞和胶质细胞无再生能力。但新近研究证 实,视网膜损伤后,存在于色素上皮、放射状胶质细胞（Muller's cell）或杆状盆胞前体细胞等视网膜周边结构中的视网膜干细胞被激活,发挥再生修复损伤的功能。角膜缘干细胞是分布于角膜缘基底上皮层的细胞,血清、视黄酸和多种细瞩 因子（如 EGF、TGF、IL-1β等）对其增殖和分化均有一定的影响。深入探讨例|网膜和角膜干细胞扩增分化的调控机理,将有助于阐明上述细胞发育的生物学某础及先天性眼部疾病病理学基础。目前,应用自体或异体角膜缘干细胞体外扩增后吸附于羊膜等材料后移植治疗严重的眼表疾病,已取得显著效果,视网膜移精研究也在进行中。

值得注意的是,研究人员发现,即使使用最佳的神经生长因子培养神经元,它们至多仅能得到一半神经干细胞。也许是因为一个正在发育的脑细胞依赖于它们邻近一个特异性结合信号,决定它成为何种特异性细胞类型。同样,发育生物|学的核心就在于一个干细胞成为一种组织的信号。生长因子和其他分子决定ESC的命运,同时,发育也要求干细胞和它们邻近的细胞直接联络。而掌握 ESC及其所处环境之间的特殊关系是不容易的。一旦确定了这种关系,人们将试图复制那些干细胞的发育信息,这无疑将大大促进干细胞工程的发展。

对干细胞的体外扩增和诱导分化的实验研究进一步证实了胚胎干细胞和多种成体干细胞高度的自我复制、多向分化的潜能及可塑性的特征。近年来,干细胞工程和组织工程的飞速发展越来越显示出其在生物基础研究和临床应用中的重要意义,人工皮肤在美国已于1998年2月批准上市。造血干细胞已不再是传统意义上的CD34CD38~细胞或更早发育的细胞,还应考虑胚胎干细胞或体内其他组织来源的干细胞,如肌肉干细胞、神经干细胞等。这些细胞在体外能长期培养和扩增，具有极强的增殖和分化潜能,上述细胞移植将有望用于器官再生;自体和扩邪胞、神经干细胞、造血干细胞、间充质干细胞等经过适当的扩增分化处肌肉工手免疫治疗、基因治疗、替代治疗、支持治疗等相关的细胞移植,也许将理可公织相容性和等方面的束缚（Wessman 200）);利用骨髓来源的细胞突像形体进行基因治疗将有望治愈骨骼、肌肉、肺间质性疾患等全身性或弥漫性作及企性病变;此外,对干细胞的微环境及其调节着干细胞"命运"的内外调节的对的深入研究将为干细胞的体外定向培养和临床应用带来新的前景。

尺管干/祖细胞的体外扩增与诱导分化技术发展迅速且已见成功应用于临床的报道,但是仍然面临许多富于挑战的问题,如 ESC的分离和应用一直存在着吹理学上的争议;干细胞在发育上的全能性或多能性,使其有可能分化为各种细胞或组织。目前尚不能确切控制其具体向某一组织分化或诱导其凋亡的最佳条件和方法,尤其是ESC的分化,通常只能得到多种细胞的复合物,不利于临床用做移植材料;干细胞（尤其是 ESC)永恒生长的潜能使其远期的致癌风险不容忽烟:干细胞体外扩增和诱导分化的最佳细胞因子组合、最适培养系统及条件、移植物在受者体内能否长期稳定植入、移植后的免疫排斥反应、移植相关的远期毒性作用及移植后细胞衰老及恶性转化的安全性检测方法和标准的确定等问题仍有待于深入研究。

我们有理由相信,干细胞技术的飞速发展和干细胞所特有的高度增殖、多向分化潜能性质的开发与利用,将大大推进干细胞工程和组织工程的进展,人类终将彻底解决上述问题。不远的将来,人们有可能在体外培养某种干细胞,定向诱导分化为我们所需要的各种组织细胞,经过进一步修饰、加工及与细胞外基质材料完美结合以供临床应用。随着相应法规和学准则的制定和完善,干细胞(尤其是成体干细胞）将可能广泛地用于从皮肤、骨骼、神经的损伤修复到角膜、肝、心脏的再生医学,从遗传性疾患到感染、肿瘤等疾病治疗等各个领域,甚至医院里会出现可供置换器官的整套目录,更多的患者将从中受益,世界性的大规模随机对照临床合作研究的开展,将使这项极富开创性的技术真正获得更广泛的应用前景。