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网络信息检索课程（论文）题目：胚胎干细胞的基础研究及开发应用学 院 电气与自动化工程学院 专 业 电气信息类 年 级 大一 姓 名 于连坤 座 位 号 A23 2010年 12月 29日摘 要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主要概述了目前胚胎干细胞在基础研究及临床上应用的研究进展：介绍了胚胎干细胞生物学特征及应用研究的概况。并对其的操作技术、在医学上的应用和应用前景作出了阐述。关键词：胚胎干细胞 生物特性 体外培养 定向分化 应用前景目 录0.引言 11.胚胎干细胞的研究概况1.1 胚胎干细胞定义 11.2 胚胎干细胞的研究历程 12.胚胎干细胞特性研究 23.胚胎干细胞的分离和培养 2 31胚胎干细胞的建系 232胚胎干细胞的体外培养 24胚胎干细胞的定向诱导分化 341定向分化神经细胞 342向造血干细胞的分化 343向内皮细胞的定向分化 35胚胎干细胞的开发应用 351胚胎干细胞在医学上的应用 35.2胚胎干细胞的应用前景 46结束语 4参考文献 4 2天津大学网络信息检索课程（论文）0.引言干细胞是一种具有多分化潜能和自我更新功能的早期未分化细胞在特定条件下，它可以分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官因此，人们期望能够用干细胞来修复那些不能再生的坏损组织或器官，于是干细胞研究成为目前研究的热点，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1胚胎干细胞的研究概况1.1胚胎干细胞定义胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells，ES Cells)是由早期胚胎内细胞团(Inner cell mass，ICM)(桑葚胚，囊胚)或原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)经体外分化抑制培养筛选出的一种多潜能细胞。胚胎干细胞可以在体外稳定的自我更新，可以在长时间继代培养后仍维持正常的二倍体染色体结构；具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，在一定的条件培养下，它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型，例如：人类ES细胞可以分化为肌细胞【1、2】、神经细胞【3】、内皮细胞【4】、造血干细胞【5、6】、骨髓细胞【7、8】等，并可进一步形成机体所有组织、器官参与个体的发育过程，可称为是打开人类胚胎发育大门的一把“万能钥匙”1.胚胎干细胞的研究历程对胚胎干细胞的研究源于小鼠的畸胎瘤细胞(embryonic carcinoma cells)，又称EC细胞。早在1958年，Stevens通过移植畸胎瘤到“129品系”小鼠的精巢或肾脏被膜下，获得了EC细胞，1981年Evans和Kaufman【9】首次建立了小鼠胚胎干细胞系，1998年是干细胞研究史上的具有里程碑意义的一年，因为在这一年Thomson等【10】从人胚泡的内胚层细胞团(Inner cell mass，ICM)成功的分离并培养出了第一株人类胚胎干细胞，同时Shamblott【11】也从56周胎儿生殖嵴组织成功分离培养出第一例人类胚胎生殖细胞株(Embryonic germ cel1)，建立了人多能干细胞细胞株，同时人们对胚胎干细胞的研究重点也从建立转基因动物转到如何诱导胚胎干细胞向特定的方向转化上来。2001年美国马萨诸塞州先进细胞技术公司把干细胞用于治疗性克隆，并通过克隆技术培育出人类早期胚胎。这样就使科学家利用人类ES细胞治疗各种疾病成为可能。从此对胚胎干细胞研究进入了一个新的时代。最新研究发现，成体细胞也可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。2005年1月，威斯康星 麦迪逊大学的专家宣布，把干细胞转换为脊椎神经细胞。2月，伊利诺易斯大学专家宣布，胚胎干细胞可改变面容，可培养隆胸移植物。5月，加利福尼亚大学的研究表明，瘫痪老鼠的脊椎接受了人类胚胎干细胞治疗后，恢复爬行【12】2胚胎干细胞特性研究胚胎干细胞(embryonic stem cdls，ESC)是从附置前早期胚胎内细胞或附置后胚胎原始生殖细胞分离克隆出的一种干细胞。ESC细胞系最早建立于1981年，由美国人和英国人成功分离和体外培养了小鼠ESC【13】，在此之后的20年里相继自早期胚胎建立了猪、牛、兔、灵长类动物的ESC。1998年从接受不孕症治疗的夫妇所捐献的处于囊胚阶段的早期胚胎中分离了人的ESC【14、15】。2000年又成功地从人囊胚中建立了两株未分化的人ESC细胞系【16】。ESC具有许多重要的生物学特性：(1)发育的全能性。可发育为构成机体的不同细胞类型中任何一种细胞的潜能。ESC可诱导分化为下列细胞：造血干细胞、血管及内皮细胞、心肌细胞和肌肉细胞、神经细胞及其它分化细胞。(2)无限扩增性。体外无限扩增性是ESC研究和应用的前提和关键，这为ESC提供了无限的细胞来源。(3)可操作性。在体外。可对ESC进行遗传操作选择，如导入异源基因、报告基因或标志基因。诱导个体基因突变或导入额外的基因使之过度表达等【17】。3胚胎干细胞的分离和培养【18】31胚胎干细胞的建系胚胎干细胞的来源胚胎干细胞有以下几个来源：从发育良好的囊胚中分离内细胞群细胞。从59周的胚。胎生殖腺中分离胚胎于细胞。利用克隆技术(治疗性克隆)获得。即将体细胞核移植到去核卵母细胞中，使之发育成囊胚，再分离其内细胞群细胞。32胚胎干细胞的体外培养：【19】321培养基成分：需要特殊的培养液，由于胚胎干细胞来源于分裂增殖的早期胚胎细胞，营养要充足以维持其生长代谢。因此，需要含糖量高、营养丰富的高糖型DMEM 培养基，以提供饲养细胞生长所需要的能量，同时又能提高胚胎干细胞的增殖速度。322饲养层细胞：饲养层细胞能向培养液中分泌多种细胞因子，提供胚胎干细胞生长的环境和信号，通过细胞接触机制和非接触机制促进胚胎干细胞增殖并阻止其分化。饲养层细胞的来源可以是人或胚鼠的成纤维细胞。323细胞因子：许多细胞因子有促进胚胎干细胞增殖和抑制其分化的作用需要加入白血病抑制因子抑制分化。4胚胎干细胞的定向诱导分化【20】胚胎干细胞分化的理论研究指导下以明确细胞分化的基因表达关系和外界刺激因子。在此基础上定向诱导产生需要的功能细胞和器官，用于i临床替代治疗。41定向分化神经细胞Vogel等将人胚胎干细胞培养至拟胚体后，用神经细胞培养基(常规培养神经细胞的培养基)培养，分离出部分分化的细胞，在含碱性成纤维生长因子的培养基中培养，最终获得96表达神经元标志的细胞。这是一种将人ES细胞定向分化为神经上皮细胞的有效方法。42向造血干细胞的分化目前把胚胎干细胞诱导分化为造血干细胞的方法主要采用分步诱导，既依据胚胎细胞向血液细胞分化的原理， 首先启动胚胎干细胞向造血方向分化，然后在半固体培养基上用一组细胞因子把胚胎干细胞诱导分化成造血前体细胞，再进一步加入造血相关因子，把前体细胞引导分化为血液细胞，Faloon等从体外培养的胚胎干细胞得到造血细胞及内皮细胞的共同的前体细胞，即造血目细胞。碱性成纤维细胞生长因子介导的信号对造血母细胞的增殖起关键作用。说明碱性成纤维细胞生长因子也可诱导胚胎干细胞向造血干细胞分化。转录因子GATAl对正常红细胞的生成是必须的。缺失GATA一1则造血母细胞不能分化为成熟的红细胞而走向调亡。43向内皮细胞的定向分化内皮细胞是血管的主要组成细胞，目前由于血管硬化，缺血以及血管损失性疾病比较多见。再生血管也是医学研究的重点和临床治疗的难题。我国姚鑫院士等人用一蛋白基因转染小鼠胚胎干细胞后发现，高效表达该基因的细胞克隆用反式维甲酸诱导分化后，可使95以上的细胞产生大量内皮细胞的前体细胞以后迁移分化形成血管样结构。该研究表明了诱导胚胎干细胞产生血管内皮细胞的可行性。5胚胎干细胞的开发应用51胚胎干细胞在医学上的应用人类很多疾病是由单个或多个基因发生异常引起的。应用基因工程技术，将致病的基因转人动物细胞中，建立该疾病的动物模型，可以大大地方便对该疾病的研究，分析致病基因的作用机制和相关基因的整体效应。511用于移植治疗在组织工程中以胚胎干细胞作为种子细胞，可以为J临床的细胞、组织、器官移植提供大量的材料。通过控制胚胎干细胞生长环境、向胚胎干细胞转染某一种系细胞形成的决定基因等，可获得特定种系的较纯化的细胞，并且数量不受限制 。将这些细胞用于移植治疗，将给帕金森氏病、脊髓损伤、糖尿病、心肌损伤、肝硬化、肾衰竭、各种血液疾病等疑难病症的治疗带来新的希望l引。512用于基因治疗利用基因打靶技术使外源性DNA与胚胎干细胞中的相应部分重组，或靶向破坏等位基因造成基因纯合失效来治疗某些遗传性疾病，具有基因转移效率高、易于操作的优点。513用于药物筛选和药物开发新药在临床使用前需要进行一系列的检测和实验，这些实验都依靠动物来完成。但是动物模型实验不可能完全反映药物对人体细胞的作用。胚胎干细胞或许能模拟体内细胞或组织对被检测药物的反应，从而提供更安全、更有效、更经济的药物筛选模型。【21】5.2胚胎干细胞的应用前景ESC在生命科学的各领域都有着重要而深远的影响。具有广阔的应用前景：(1)ESC可以作为细胞、组织和器官的修复和移植治疗或组织工程学的种子细胞。(2)ESC为高效新型药物的发现、筛选及动物和人类疾病的模型。提供了新药物的药理药效、毒理及药物代谢等研究的细胞水平的研究手段。(3)ESC可以作为发育生物学研究的理想模型系统。(4)ESC是产生转基因动物的高效载体和产生克隆动物的高效材料。用ESC克隆动物比用体细胞更具有现实的应用价值。体外定向改造ESC，使得基因的整合数目、位点、表达程度及插入基因的稳定性及筛选工作等都在细胞水平上进行，这就容易获得稳定、满意的转基因ESC细胞系。经过动物克隆途径，可获得携带目的基因的转基因动物【22】。最近我国科学家中山医科大学陈系古教授从一7岁男孩因包皮过长接受手术切下包皮，从中取出分裂最活跃的成纤维细胞。作为核移植供体，在显微镜下注射进家兔的去核卵母细胞的透明带下，使两者融合，用电刺激活细胞分化成为类似人体受精卵的胚胎细胞，形成新的生命以后生长成桑葚胚和囊胚，就可获得大量胚胎干细胞，这一实验结果是我国治疗性克隆技术的重大突破。6结束语虽然胚胎干细胞最伟大的用途首先是作为科学研究，但不管是从基础研究还是从l临床应用方面，干细胞研究都有其深远的意义。目前科学家已经能在体外以干细胞为种子培育成功一些组织器官，来替代病变或衰老的组织器官。我们应以一种探索性的眼光来对待它。充分认识胚胎干细胞的价值。坚持研究，争取为人类的发展作出更大的贡献。参考文献：【1】Igelmund，Fleischman B K，Fisher I R，et a1Action potential 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