人类胚胎干细胞的研究意义

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早在1970年Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞，小鼠胚胎干细胞就可以成功地在体外进行培养。人的胚胎干细胞的体外培养在1998年由美国科学家培养成功。
研究证实：分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成各种细胞，包括神经细胞，造血干细胞（血细胞的前体）和心肌细胞。令人惊奇的是，这些细胞还具有自发发育成某些原始结构的趋势。如在一定的培养条件下，一部分胚胎干细胞会分化为胚状体（与小的跳动的心脏具有奇异的相似之处），而另一些细胞会发育成包含造血干细胞的卵黄囊。形成胚状体和卵黄囊的比例可通过改变培养基而改变，但至今还没有诱导胚胎干细胞发育为一纯的分化细胞群的报道。
从理论上讲，小鼠胚胎干细胞具有发育成某一器官的能力，但还没有用干细胞体外培养成器官的报道。不过，如果将小鼠胚胎干细胞移植到重度复合免疫缺损小鼠（SCID，它不会排斥移植的细胞）体内时，胚胎干细胞则能够发育成肌肉、软骨、骨骼、牙齿和毛发。但无论如何，如果直接将分离的小鼠胚胎干细胞植入子宫内，它们不会发育成个体小鼠，因为没有着床必需的滋养层细胞。这种条件下，胚胎干细胞被认为是多能的（pluripotent），而不是全能的（totipotent）。尽管如此，如果将胚胎干细胞植入不能发育成个体的四倍体胚胎中，再将该胚胎植入小鼠子宫中，那么可以获得完全是由培养的胚胎干细胞产生的正常个体小鼠。这表明了胚胎干细胞具有难以置信的全能性。
由于以下几个原因，胚胎干细胞的研究使人感到激动。首先是它们拥有类似胚胎的全能分化性，可以从单个的受精卵发育成完整的个体，能够给我们解释完整的发育体系，而成体个体来源的多能干细胞就不可能。同时，极早期的胚胎发育均可追溯到ES细胞，而不可能是成熟个体来源的多能干细胞。ES细胞也是唯一不死的细胞，能够非限定地分化，是细胞的源头。ES细胞天生就是全能的，这就是问题的关键，换言之，他们能制造机体需要的全部细胞。最后，ES细胞是遗传操作的最早期细胞。因此，尽管争论集中在治疗方面，但也许ES细胞最伟大的用途是作为科学研究的工具。
人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命。如果科学家最终能够成功诱导和调控体外培养的胚胎干细胞正常的分化，这一技术将对基础研究和临床应用产生巨大的影响，有可能在以下领域发挥作用：体外研究人胚胎的发生发育，非正常发育（通过改变细胞系的靶基因），新人类基因的发现，药物筛选和致畸实验，以及作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源等。
人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术，比较胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。另一个令人兴奋的应用在于新药的发现及筛选。胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物实验所需动物的数量。上述实验使用的细胞系或来自其他种属的细胞系，很多时候并不能真正代表正常的人体细胞对药物的反应。胚胎干细胞还可用来研究人类疾病的发生机制和发展过程，以便找到有效和持久的治疗方法。
国家自然科学基金项目――《药物介导胚胎干细胞体外定向分化的干预效应研究》近在杭州取得重大突破。科学家们通过通过生物因子的作用和药物的诱导，已成功地将胚胎干细胞体外定向分化成搏动的心肌细胞，并在此基础上首次利用胚胎干细胞成功地构建了新药筛选模型。到目前为止，他们已在实验室中先后两次成功地培养出了总共30个自主跳动的单一心肌细胞团，分化成功率已高达80%。
实验室观察表明，这些细胞团均具有正常心肌细胞的自律性、应激性和兴奋性。据介绍，在成功分化出心肌细胞的基础上，课题组开始定向分化单一的神经细胞和胰岛细胞的工作。 这一成果的重大意义在于：单一细胞的形成过程重现了胚胎细胞发育过程的全部生物信息，反映人类疾病的发生机制和发展过程，并提供了药物作用的重要靶点，从而在世界上首次利用胚胎干细胞成功地创建了一个新药的筛选模型。该筛选模型可在基因层面上对新药的疗效、作用机理和安全性进行快速安全的鉴定，并对于发现和研制治疗新药具有积极意义。
美国麻省理工学院的科学家2002-03-26日宣布，他们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，进一步证明了胚胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。 在研究中，兰格等首先使这些干细胞发育至能分化成不同细胞类型的阶段，然后从中提取出有可能分化成内皮细胞的干细胞，进一步对其进行培养。当这些细胞形成原始的血管结构时，研究人员将其移植入经过处理后不会产生排异反应的实验鼠体内，并发现它们在14天后形成了毛细血管网。他们的研究还显示，其中一些毛细血管中含有鼠的血细胞，显示这些血管已经自发地与鼠循环系统相结合。