一种是全功能干细胞,可直接克隆人体;另一种是多
功能干细胞,可直接复制各种脏器和修复组织。人类寄希
望于利用于细胞的分离和体外培养,在体外繁育出组织或
器官,并最终通过组织或器官移植,实现对临床疾病的治
疗。
“原位培植皮肤干细胞再生新皮肤技术”不仅实现了
利用于细胞复制皮肤器官,而且做到了人体原位皮肤器官
的复制,从而使人类从干细胞体外培植组织成器官移植治
疗,直接跨入了人体原位干细胞复制器官。科学家普遍认
为:干细胞的研究将为临床医学提供更为广阔的应用前
景。
干细胞具有经培养不定期地分化并产生特化细胞的能
力。在正常的人体发育环境中,它们得到了最好的诠释。
人体发育起始于卵子的受精,产生一个能发育为完整有机
体潜能的单细胞,即全能性受精卵。受精后的最初几个小
时内,受精卵分裂为一些完全相同的全能细胞。这意味着
如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内,均有可能发
育成胎儿。实际上,当两个全能细胞分别发育为单独遗传
基因型的人时,即出现了各方面都完全相同的双胞胎。大
约在受精后四天,经过几个循环的细胞分裂之后,这些全
能细胞开始特异化,形成一个中空环形的细胞群结构,称
之为胚囊,胚囊由外层细胞和位于中空球形内的细胞簇(称
为内细胞群)所构成。
外层细胞继续发展,形成胎盘以及胎儿在子宫内发育
所需的其它支持组织。内细胞群细胞亦继续发育,形成人
体所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人体内的所有组
织,但它们不能发育为一个单独的生物体,因为它们不能
形成胎盘以及子宫内发育所需的支持组织。这些内细胞群
细胞是多能性的----它们能产生许多种类型的细胞,但并
非胎儿发育所需的全部细胞类型。因为它们不是全能性
的,不是胚胎,没有完全的发育潜能。如果内细胞群被放
入女性子宫,它不会发育成胎儿。
多能性干细胞经历进一步的特异分化,发展为参与生
成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞,它能产生红细
胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞,它能产生各种类
型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为专能干细
胞。
干细胞对早期人体的发育特别重要,在儿童和成年人
中也可发现专能干细胞。举我们所最熟知的干细胞之一,
造血干细胞为例,造血干细胞存在于每个儿童和成年人的
骨髓之中,也存在于循环血液中,但数量非常少。在我们
的整个生命过程中,造血干细胞在不断地向人体补充血细
胞——红细胞、白细胞和血小板的过程中起着很关键的作
用。如果没有造血干细胞,我们就无法存活。
干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包
括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机
制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已成功地在
体外培养。最新研究发现,成体干细胞可以横向分化为其
它类型的细胞和组织,为干细胞的广泛应用提供了基础。
在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多
细胞组织或器官。在成年动物中,正常的胜生理代谢或病
理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成
和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细
胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而
成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只
能分化特定的细胞或组织。
然而,这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明,
组织特异性干细胞同样具有分化成其它细胞或组织的潜
能,这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。按分化潜能
的大小,干细胞基本上可分为三种类型:一类是全能性干
细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞,
它是从早期胚胎内的细胞团分离出来的一种高度未分化的
细胞系,具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分
化能力,它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类
型,进一步形成机体的所有组织、器官。另一类是多能性
干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但
却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限
制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少
十一中血细胞,但不分化出造血系统以外的其他细胞。还
有一类干细胞为单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),
这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞
分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞。
总之,凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本
身不能再分裂的细胞或组织,都要通过干细胞所产生的具
有分化能力的细胞来维持肌体细胞的数量,可以这样说,
生命是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新及保证持续生
长。
随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术
的快速发展,按照一定的目的,在体外人工分离、培养干
细胞已成为可能,利用干细胞构建各种细胞、组织、器官
作为移植器官的来源,这将成为干细胞应用的主要方向。