人類胚胎幹細胞

• 英國倫敦大學國王學院2011年12月6日宣布，該校研究人員培育出沒有受動物原料污染的純度極高的人類胚胎幹細胞，並已交付給英國幹細胞庫，有需求者可直接從庫中取用。這是培育出的首批供公共用途的高純度胚胎幹細胞。

胚胎幹細胞是指胚胎中一些具有發育成各種組織和器官能力的細胞，在醫學上具有巨大應用前景。但過去培育人類胚胎幹細胞時往往還要用到一些源於動物的材料，比如源於豬的酶和源於牛的血清等。這樣得到的胚胎幹細胞純度不高，如果用於醫療存在一些風險。

倫敦大學國王學院研究人員經過近十年的研究，找出了完全不用動物原料培育人類胚胎幹細胞的方法，得到的胚胎幹細胞具有極高純度，可以直接供醫學使用。相關研究成果已經發表在美國學術刊物《細胞治療》上。

早在1970年Martin Evans首次從小鼠胚囊中分離出小鼠胚胎幹細胞，小鼠胚胎幹細胞就可以成功地在體外進行培養。人的胚胎幹細胞的體外培養在1998年由美國科學家培養成功。

研究證實：分離的小鼠胚胎幹細胞在體外可以分化成各種細胞，包括神經細胞，造血幹細胞（血細胞的前體）和心肌細胞。令人驚奇的是，這些細胞還具有自發發育成某些原始結構的趨勢。如在一定的培養條件下，一部分胚胎幹細胞會分化為胚狀體（與小的跳動的心臟具有奇異的相似之處），而另一些細胞會發育成包含造血幹細胞的卵黃囊。形成胚狀體和卵黃囊的比例可通過改變培養基而改變，但至今還沒有誘導胚胎幹細胞發育為一純的分化細胞群的報道。

從理論上講，小鼠胚胎幹細胞具有發育成某一器官的能力，但還沒有用幹細胞體外培養成器官的報道。不過，如果將小鼠胚胎幹細胞移植到重度複合免疫缺損小鼠（SCID，它不會排斥移植的細胞）體內時，胚胎幹細胞則能夠發育成肌肉、軟骨、骨骼、牙齒和毛髮。但無論如何，如果直接將分離的小鼠胚胎幹細胞植入子宮內，它們不會發育成個體小鼠，因為沒有著床必需的滋養層細胞。這種條件下，胚胎幹細胞被認為是多能的（pluripotent），而不是全能的（totipotent）。儘管如此，如果將胚胎幹細胞植入不能發育成個體的四倍體胚胎中，再將該胚胎植入小鼠子宮中，那麼可以獲得完全是由培養的胚胎幹細胞產生的正常個體小鼠。這表明了胚胎幹細胞具有難以置信的全能性。

由於以下幾個原因，胚胎幹細胞的研究使人感到激動。首先是它們擁有類似胚胎的全能分化性，可以從單個的受精卵發育成完整的個體，能夠給我們解釋完整的發育體系，而成體個體來源的多能幹細胞就不可能。同時，極早期的胚胎髮育均可追溯到ES細胞，而不可能是成熟個體來源的多能幹細胞。ES細胞也是唯一不死的細胞，能夠非限定地分化，是細胞的源頭。ES細胞天生就是全能的，這就是問題的關鍵，換言之，他們能製造機體需要的全部細胞。最後，ES細胞是遺傳操作的最早期細胞。因此，儘管爭論集中在治療方面，但也許ES細胞最偉大的用途是作為科學研究的工具。

人胚胎幹細胞的分離及體外培養的成功，將給人類帶來醫學革命。如果科學家最終能夠成功誘導和調控體外培養的胚胎幹細胞正常的分化，這一技術將對基礎研究和臨床應用產生巨大的影響，有可能在以下領域發揮作用：體外研究人胚胎的發生髮育，非正常發育（通過改變細胞系的靶基因），新人類基因的發現，藥物篩選和致畸實驗，以及作為組織移植、細胞治療和基因治療的細胞源等。

人胚胎幹細胞提供了在細胞和分子水平上研究人體發育過程中的極早期事件的良好材料和方法，這種研究不會引起與胚胎實驗相關的倫理問題。採用基因晶元等技術，比較胚胎幹細胞以及不同發育階段的幹細胞和分化細胞的基因轉錄和表達，可以確定胚胎髮育及細胞分化的分子機制，發現新的人類基因。結合基因打靶技術，可發現不同基因在生命活動中的功能等。另一個令人興奮的應用在於新葯的發現及篩選。胚胎幹細胞提供了新葯的藥理、藥效、毒理及葯代等研究的細胞水平的研究手段，大大減少了藥物實驗所需動物的數量。上述實驗使用的細胞系或來自其他種屬的細胞系，很多時候並不能真正代表正常的人體細胞對藥物的反應。胚胎幹細胞還可用來研究人類疾病的發生機制和發展過程，以便找到有效和持久的治療方法。

國家自然科學基金項目――《藥物介導胚胎幹細胞體外定向分化的干預效應研究》近在杭州取得重大突破。科學家們通過通過生物因子的作用和藥物的誘導，已成功地將胚胎幹細胞體外定向分化成搏動的心肌細胞，並在此基礎上首次利用胚胎幹細胞成功地構建了新葯篩選模型。到目前為止，他們已在實驗室中先後兩次成功地培養出了總共30個自主跳動的單一心肌細胞團，分化成功率已高達80%。

實驗室觀察表明，這些細胞團均具有正常心肌細胞的自律性、應激性和興奮性。據介紹，在成功分化出心肌細胞的基礎上，課題組開始定向分化單一的神經細胞和胰島細胞的工作。這一成果的重大意義在於：單一細胞的形成過程重現了胚胎細胞發育過程的全部生物信息，反映人類疾病的發生機制和發展過程，並提供了藥物作用的重要靶點，從而在世界上首次利用胚胎幹細胞成功地創建了一個新葯的篩選模型。該篩選模型可在基因層面上對新葯的療效、作用機理和安全性進行快速安全的鑒定，並對於發現和研製治療新葯具有積極意義。

美國麻省理工學院的科學家2002年3月26日宣布，他們首次利用人體胚胎幹細胞培育出毛細血管，進一步證明了胚胎幹細胞技術在治療心血管疾病等領域的應用潛力。在研究中，蘭格等首先使這些幹細胞發育至能分化成不同細胞類型的階段，然後從中提取出有可能分化成內皮細胞的幹細胞，進一步對其進行培養。當這些細胞形成原始的血管結構時，研究人員將其移植入經過處理后不會產生排異反應的實驗鼠體內，並發現它們在14天後形成了毛細血管網。他們的研究還顯示，其中一些毛細血管中含有鼠的血細胞，顯示這些血管已經自發地與鼠循環系統相結合。