人胚胎干细胞的研究

来自着床前的囊胚和早期人胚胎的人胚胎干细胞是未分化的多能干细胞,具有无限增殖和分化的潜力,这种特性使之在基础研究和移植治疗中具有广泛的应用。尤其是胚胎干细胞可以产生任何类型的可供临床使用的细胞、组织和器官的潜力,将会带来一场医学革命。     

干细胞与再生医学

多能干细胞(PSCs)具有发育的多潜能性,可以分化为机体各种细胞类型,是再生医学领域进行细胞替代治疗以及组织/器官再生的基础.如何由终末分化的体细胞重编程获得病人特异的PSCs,是再生医学领域的核心问题之一,目前主要采取两种重编程策略:借助核移植技术由早期胚胎体外建系获得,或通过诱导重编程技术获得.本文将综述不同多能性等级PSCs的获得方法以及其在多能性机制研究中的应用,并讨论PSCs通过异种嵌合实现组织/器官再造的潜在应用价值.PSCs的研究不仅推动了基础生物学研究的发展,同时也为再生医学走向临床开辟了道路.     

早期胚胎细胞谱系研究——揭示生命发育早期的黑盒子

哺乳动物的早期胚胎发育,通过多个层次的细胞命运决定,建立了胚胎器官发生、形态建成的整体发育蓝图,是生命体最重要的分子事件之一。早期胚胎发育过程伴随了全能性的维持和分化,以及各种多能干细胞命运的次序决定,任何发育进程上的缺陷都会对整个胚胎个体产生深远的影响。因此,研究早期胚胎谱系建立的过程、不同胚层和组织前体细胞的命运决定及其发生与发展的调控机制,不仅仅是面对国家人口政策的变化以及优生优育的需求,预防和减少早期发育疾病,还能够指导胚胎干细胞及各种多能干细胞的分化和进一步转化医学应用,因而具有极其重要的生物学意义。     

2012年第3期《遗传》封面说明

2006年,日本京都大学的Yamanaka研究组在《Cell》上率先报道了利用逆转录病毒感染技术,把转录因子Oct3/4、Sox2、Klf4和cMyc导入胚胎或成年小鼠的成纤维细胞中,诱导出与胚胎干细胞极为相似的多能性干细胞,并将其命名为诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPS细胞)。相较于胚胎干细胞,iPS细胞的生产不需要卵母细胞或早期胚胎细胞,因而不涉及胚胎毁损等伦理问题;此外,利用自体来源的iPS细胞进行移植治疗将可避免异体间的免疫排     

猪多能性干细胞研究进展与前瞻

多能干细胞具有能够分化为多种特定细胞类型的能力,主要包括胚胎干细胞、胚胎生殖细胞和诱导多能干细胞。猪因其在免疫学、形态学和生理结构上与人有着诸多类似的特点,正逐渐成为人类异种移植、细胞治疗和再生医学研究的理想生物学模型。然而,目前对猪多能干细胞的来源、特征及机制认识的不足直接阻碍了该研究领域的发展。因此,将对猪多能性干细胞的种类、鉴定标准、研究进展、亟待解决的问题进行详细地阐述,并在此基础上对猪多能性干细胞的研究进行了展望,希望为该研究领域的科研人员提供参考。     

猪多能性干细胞研究进展与前瞻北大核心CSCD

多能干细胞具有能够分化为多种特定细胞类型的能力,主要包括胚胎干细胞、胚胎生殖细胞和诱导多能干细胞。猪因其在免疫学、形态学和生理结构上与人有着诸多类似的特点,正逐渐成为人类异种移植、细胞治疗和再生医学研究的理想生物学模型。然而,目前对猪多能干细胞的来源、特征及机制认识的不足直接阻碍了该研究领域的发展。因此,将对猪多能性干细胞的种类、鉴定标准、研究进展、亟待解决的问题进行详细地阐述,并在此基础上对猪多能性干细胞的研究进行了展望,希望为该研究领域的科研人员提供参考。     

胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新、无限增殖和多向分化的特性,包括分化成心脏组织的多种类型细胞。经体细胞重编程产生的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS）也被证明有类似胚胎干细胞的特性。但这些多能干细胞向心肌细胞自发分化的效率非常低,因此,如何有效地诱导这些多能干细胞向心肌细胞的定向分化对深入认识心肌发生发育的关键调控机制和实现其在药物发现和再生医学,如心肌梗塞、心力衰竭的细胞治疗以及心肌组织工程中的应用均具有非常重要的意义。该文重点综述了近年来胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展,并探讨了这一研究领域亟待解决的关键问题和这些多能干细胞的应用前景。     

体细胞直接转化为多能干细胞的新方法

胚胎干细胞具有自我复制、高度增殖、多向分化潜能、可植入性和重建能力等特征.对于诸如青少年糖尿病、帕金森综合症和心脏病等需要通过细胞移植来治疗的疾病而言,从人的囊胚内细胞团获得胚胎干细胞系是最理想的供体来源.然而,目前实验和医疗还要考虑到利用人类胚胎的一些伦理问题和组织排异反应.避免这些问题的可能途径就是通过已分化体细胞的重新编程来直接转化为诱导性多能干细胞,它们具有类似ES细胞的功能.目前,获得诱导性多能干细胞的设想已初步实现了从老鼠到人的突破.以下主要对体细胞直接转化为诱导性多能干细胞的研究现状、方法和转录因子在诱导体细胞重新编程中发挥的作用等内容进行了概述,以期为干细胞研究者进行更深入的研究提供一定的借鉴.     

干细胞概述

干细胞是存在于胚胎和成体中的一类特殊细胞,它能长期地自我更新,在特定的条件下具有分化形成多种终末细胞的能力,不同来源的干细胞分化潜能各异。从早期胚胎内细胞团分离的胚胎干细胞能分化形成个体所有的细胞类型,并具有在体外无限增殖的能力,是最具有临床应用前景和研究价值的干细胞之一。在成体各种组织和器官中也存在成体干细胞,用于维持机体结构和功能的稳态。近期有关成体干细胞可塑性的研究和成体组织中多能干细胞存在的证据扩大了人们对成体干细胞分化潜能的认识。干细胞具有的多向分化潜能和自我更新能力使其成为未来再生医学的重要种子细胞,并成为研究人类早期胚层特化和器官形成、药物筛选以及基因治疗的最佳工具。     

类器官在发育与再生中的研究进展

类器官(organoid)作为体外模拟器官结构和功能的三维培养体系,已经广泛应用于发育研究、疾病建模和药物筛选.类器官在再生医学中具有重要的应用前景.胚胎干细胞、诱导多能性干细胞和多组织成体干/祖细胞来源的类器官再现了发育分化、稳态自我更新和组织损伤再生过程,为揭示发育和再生调控机制、明确生理病理进程提供了可能.近年来...     

Cell Stem Cell:线粒体DNA突变潜藏于人诱导性多能干细胞中

正在一项新的研究中,美国俄勒冈健康与科学大学(OHSU)胚胎细胞与基因治疗中心主任Shoukhrat Mitalipov博士及其研究团队首次证实一个存在已久的假设:当变老时,基因突变积累在人们的线粒体(即细胞能量工厂)中。研究人员发现作为一类对病人的皮肤细胞或血细胞进行重编程而产生的干细胞,诱导性多能干细胞(iPS细胞)含有存在缺陷的线粒体DNA。相关研究结果在线发表在Cell Stem Cell期刊上。     

人胚胎干细胞Na?ve多能性状态建立的研究进展

胚胎干细胞在体外具有无限的自我更新和多向分化的潜能,因而具有重要的社会和经济价值。但是关于已建系的人胚胎干细胞是否处在Na?ve多能性状态至今仍有争议。Na?ve多能性状态的人胚胎干细胞建立是体外研究人类早期发育以及评估人胚胎干细胞安全应用的基础。目前很多研究报告了Na?ve人胚胎干细胞构建的方法,已成为当前再生领域研究的热点方向之一。本文将对这些进展作一综述,不仅将有助于人们扩大对人胚胎干细胞多能性调控的理解,也将有利于其未来更加安全有效地应用于临床。     

不同培养体系对鼠-猪异种嵌合胚胎发育和嵌合能力的比较

近年来,随着干细胞分化与再生医学研究的不断深入,异种嵌合已成为当前干细胞和再生医学领域的热点问题,并有望为未来解决器官移植供体来源严重短缺等再生医学难题开辟新的方向。异种嵌合以及异种器官再造过程中面临众多科学问题和技术难题,而异种嵌合过程中嵌合胚胎时期的选择,后续培养液的选择以及这些环节所造成的供体细胞与受体胚胎之间的发育平衡成为建立异种器官再造的第一个科学问题。猪由于具有与人类器官大小相似、繁殖快等特点,成为异种嵌合最适合的潜在研究对象。为了提高鼠-猪异种嵌合胚胎中小鼠供体细胞——诱导多潜能干细胞(Induced pluripotent stem cells,i PSCs)的存活率和增殖率,我们尝试以i PSCs培养液(N2B27)以及N2B27→PZM-3梯度更换的培养液(N2B27(3.5 h))作为研究异种嵌合胚胎体外发育培养的对象,并与猪胚胎培养液(PZM-3,Porcine zygotic medium)体系下发育进行比较,从而评价了这3种培养液在8-细胞和囊胚期注射后,对嵌合胚胎后续发育的影响及嵌合情况。结果显示,8-细胞期注射后,PZM-3不仅对嵌合胚胎的后续发育较为有利,更有利于小鼠i PS嵌合到猪胚胎中;囊胚期注射后3种培养体系下GFP阳性嵌合率差异不显著,但其嵌合率显著低于8-细胞期嵌合率。结果表明,PZM-3培养体系更有利于鼠-猪异种嵌合胚胎的体外发育,对8-细胞期胚胎进行嵌合操作有益于提高鼠-猪异种嵌合后胚胎的嵌合率。     

利用化学小分子实现人胚胎干细胞多能性状态的转化

小鼠胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells,ESCs）具有两种不同的多能性状态-原始态多能性（naive pluripotency）和始发态多能性（primed pluripotency）,这两种多能性干细胞在形态、自我更新维持条件、基因表达、表观遗传学特征以及单克隆形成率等方面都存在明显差别。传统条件下分离和培养的人胚胎干细胞（human Embryonic Stem Cells,h ESCs）生物学特征更接近始发态多能性状态,需依赖转基因操作才能获得和维持原始态多能性状态。本研究通过在培养体系中添加化学小分子成功地将已建系的始发态多能性h ESCs转化为原始态多能性干细胞,转化后h ESCs呈紧密、圆形、隆起的三维克隆结构,具有两条活化的X染色体,单克隆形成率提高,基因表达更接近原始态多能性特征。结果提示h ESCs也存在两种多能性状态,不同的体外培养环境可获得具备不同多能性特征的h ESCs。原始态多能性状态的获得使h ESCs在基因治疗、器官再生等领域具有广阔的应用前景,而仅改变培养条件,不依赖基因操作的培养方式大大提高了原始态多能性干细胞应用的安全性。     

诱导性多能干细胞研究技术的现状与前景

2006年Takahashi研究小组成功地将小鼠的胚胎成纤维细胞和鼠尾成纤维细胞重编成为诱导性多能干细胞(iPSC),开创了体细胞重编程的全新方法,所得iPSC具有和胚胎干细胞相似的生物学特性,不仅解决了人类胚胎干细胞研究所面临的伦理学困境和免疫排斥问题,而且进一步深化了对细胞多能性和基因组重编程的认识,再次掀起了干细胞研究的热潮。iPSC结合基因治疗和细胞治疗的成果已经应用到动物疾病模型上。iPSC能够自我更新并维持未分化状态,可分化为3个胚层来源的所有细胞,参与形成机体所有组织和器官,体外定向诱导能够分化出各种成体细胞,在理论研究和临床应用等方面都极具应用价值。但iPSC技术也存在一系列问题需要研究解决。     

干细胞多能性信号调控机制研究进展

多能性干细胞是一类具有体外无限自我复制和分化为体内多种细胞类型能力的多潜能细胞,是研究基因功能、建立疾病模型和促进再生医学领域发展的一种重要工具。自1981年小鼠胚胎干细胞建立以来,科学家们已经先后成功地建立了灵长类、人、大鼠的胚胎干细胞和小鼠、大鼠的上胚层干细胞等。但是,目前研究表明,维持人、灵长类胚胎干细胞的多能性信号通路与维持小鼠、大鼠胚胎干细胞的截然不同,而与维持小鼠、大鼠上胚层干细胞的信号通路比较类似。因此,该文对目前研究较多的维持小鼠胚胎干细胞、人胚胎干细胞和小鼠上胚层干细胞的多能性信号通路进行了综述,希望能够对其它物种的多能性干细胞研究提供有益的借鉴。     

研发动态

中科院广州健康研究院破解体细胞"变身"多能干细胞的分子障碍诱导干细胞是指在外源因子诱导下,体细胞在体外"变身"为与胚胎干细胞具有同样特征的多能干细胞。这在组织器官移植、基因治疗中具有重要意义,在新药开发筛选、新基因发掘、毒性     

PNAS：非转基因原态人类胚胎干细胞研究获进展

一直以来,科学家们都无法有效地将胚胎干细胞维持在它们的原始干细胞状态。这影响了胚胎干细胞在临床上的应用。来自华盛顿大学的研究人员报道了非转基因,初始原态人类多能干细胞的产生。并详细介绍了两种实验方法路径。这将有助于干细胞多能状态的基础研究和临床研究。     

家畜胚胎干细胞多能性候选信号通路及分子标志

家畜胚胎干细胞具有重要的生物学意义和广阔的应用前景。以下对比了小鼠、人胚胎干细胞多能性调控信号通路的异同,阐述了小鼠、人胚胎干细胞与家畜胚胎干细胞在多能性分子标志上的差异,并结合本实验室开展绵羊胚胎干细胞研究的实际经验,对目前家畜胚胎干细胞建系中可能存在的多能性候选信号通路及分子标志进行了探讨。     

单倍体胚胎干细胞的获得与应用前景

单倍体细胞在遗传筛选、生物发育与辅助生殖等研究中都具有重要的应用价值。近年来,有实验室建立了哺乳动物的单倍体胚胎干细胞系,但这些单倍体胚胎干细胞是否真的具有多能性以及转基因的单倍体胚胎干细胞能否直接从细胞水平传递到动物水平,这些问题并不清楚。以自然科学基金委重大研究计划为依托,周琪实验室开展了系统的研究,获得了一系列前沿性进展:获得了具有多能性的单倍体胚胎干细胞;利用单倍体胚胎干细胞获得基因修饰动物;利用单倍体胚胎干细胞替代精、卵结合获得后代;利用单倍体胚胎干细胞进行同性生殖;利用单倍体胚胎干细胞研究物种间杂交。这一系列自主创新的研究成果推进了整个领域对单倍体胚胎干细胞的认识,大大拓展了单倍体胚胎干细胞研究的理论价值和应用前景。现主要对自然科学基金委重大研究计划中周琪实验室的原创性工作进行综述。