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    幹細胞(stem cell)是一種未充分分化,尚不成熟的細胞,具有再生各種組織器官和人體的潛在功能,醫學界稱之為“萬用細胞”。

    人體幹細胞分兩種型別:

    一種是全功能幹細胞,可直接克隆人體;

    另一種是多功能幹細胞,可直接複製各種臟器和修復組織。人類寄希望於利用於細胞的分離和體外培養,在體外繁育出組織或器官,並最終透過組織或器官移植,實現對臨床疾病的治療。

    “原位培植面板幹細胞再生新面板技術”不僅實現了利用於細胞複製面板器官,而且做到了人體原位面板器官的複製,從而使人類從幹細胞體外培植組織成器官移植治療,直接跨入了人體原位幹細胞複製器官。科學家普遍認為:幹細胞的研究將為臨床醫學提供更為廣闊的應用前景。

    幹細胞具有經培養不定期地分化併產生特化細胞的能力。在正常的人體發育環境中,它們得到了最好的詮釋。人體發育起始於卵子的受精,產生一個能發育為完整有機體潛能的單細胞,即全能性受精卵。受精後的最初幾個小時內,受精卵分裂為一些完全相同的全能細胞。這意味著如果把這些細胞的任何一個放入女性子宮內,均有可能發育成胎兒。實際上,當兩個全能細胞分別發育為單獨遺傳基因型的人時,即出現了各方面都完全相同的雙胞胎。大約在受精後四天,經過幾個迴圈的細胞分裂之後,這些全能細胞開始特異化,形成一箇中空環形的細胞群結構,稱之為胚囊,胚囊由外層細胞和位於中空球形內的細胞簇(稱為內細胞群)所構成。

    外層細胞繼續發展,形成胎盤以及胎兒在子宮內發育所需的其它支援組織。內細胞群細胞亦繼續發育,形成人體所須的全部組織。儘管內細胞群可形成人體內的所有組織,但它們不能發育為一個單獨的生物體,因為它們不能形成胎盤以及子宮內發育所需的支援組織。這些內細胞群細胞是多能性的----它們能產生許多種型別的細胞,但並非胎兒發育所需的全部細胞型別。因為它們不是全能性的,不是胚胎,沒有完全的發育潛能。如果內細胞群被放入女性子宮,它不會發育成胎兒。

    多能性幹細胞經歷進一步的特異分化,發展為參與生成特殊功能細胞的幹細胞。如造血幹細胞,它能產生紅細胞、白細胞和血小板。又如面板幹細胞,它能產生各種型別的面板細胞。這些更專門化的幹細胞被稱為專能幹細胞。

    幹細胞對早期人體的發育特別重要,在兒童和成年人中也可發現專能幹細胞。舉我們所最熟知的幹細胞之一,造血幹細胞為例,造血幹細胞存在於每個兒童和成年人的骨髓之中,也存在於迴圈血液中,但數量非常少。在我們的整個生命過程中,造血幹細胞在不斷地向人體補充血細胞——紅細胞、白細胞和血小板的過程中起著很關鍵的作用。如果沒有造血幹細胞,我們就無法存活。

    幹細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。它包括胚胎幹細胞和成體幹細胞。幹細胞的發育受多種內在機制和微環境因素的影響。目前人類胚胎幹細胞已成功地在體外培養。最新研究發現,成體幹細胞可以橫向分化為其它型別的細胞和組織,為幹細胞的廣泛應用提供了基礎。

    在胚胎的發生發育中,單個受精卵可以分裂發育為多細胞組織或器官。在成年動物中,正常的勝生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是幹細胞進一步分化的結果。胚胎幹細胞是全能的,具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內的幹細胞一般認為具有組織特異性,只能分化特定的細胞或組織。

    然而,這個觀點目前受到了挑戰。最新的研究表明,組織特異性幹細胞同樣具有分化成其它細胞或組織的潛能,這為幹細胞的應用開創了更廣泛的空間。按分化潛能的大小,幹細胞基本上可分為三種類型:一類是全能性幹細胞,它具有形成完整個體的分化潛能。如胚胎幹細胞,它是從早期胚胎內的細胞團分離出來的一種高度未分化的細胞系,具有與早期胚胎細胞相似的形態特徵和很強的分化能力,它可以無限增殖並分化成為全身200多種細胞型別,進一步形成機體的所有組織、器官。另一類是多能性幹細胞,這種幹細胞具有分化出多種細胞組織的潛能,但卻失去了發育成完整個體的能力,發育潛能受到一定的限制,骨髓多能造血幹細胞是典型的例子,它可分化出至少十一中血細胞,但不分化出造血系統以外的其他細胞。還有一類幹細胞為單能幹細胞(也稱專能、偏能幹細胞),這類幹細胞只能向一種型別或密切相關的兩種型別的細胞分化,如上皮組織基底層的幹細胞、肌肉中的成肌細胞。

    總之,凡需要不斷產生新的分化細胞以及分化細胞本身不能再分裂的細胞或組織,都要透過幹細胞所產生的具有分化能力的細胞來維持肌體細胞的數量,可以這樣說,生命是透過幹細胞的分裂來實現細胞的更新及保證持續生長。

    人胚胎幹細胞倫理之爭

    儘管人胚胎幹細胞有著巨大的醫學應用潛力,但圍繞該研究的倫理道德問題也隨之出現。這些問題主要包括人胚胎幹細胞的來源是否合乎法律及道德,應用潛力是否會引起倫理及法律問題。從體外受精人胚中獲得的ES細胞在適當條件下能否發育成人?幹細胞要是來自自願終止妊娠的孕婦該如何辦?為獲得ES細胞而殺死人胚是否道德?是不是良好的願望為邪惡的手段提供了正當理由?使用來自自發或事故流產胚胎的細胞是否恰當?一些人爭辯,從人胚中收集胚胎幹細胞是不道德的,因為人的生命沒有得到珍重,人的胚胎也是生命的一種形式,無論目的如何高尚,破壞人胚是不可想象的。而某些人辯稱,由於科學家們沒有殺死細胞,而只是改變了其命運,因而是道德的。有些人擔心,為獲得更多的細胞系,公司會資助體外受精獲得囊胚及人工流產獲得胎兒組織,人流將在美國氾濫。他們建議應該鼓勵成人體幹細胞研究而應放棄胚胎幹細胞研究。

    如果胚胎幹細胞和胚胎生殖細胞可以作為細胞系而可買賣獲取,科學家使用它們符合道德規範嗎?什麼型別的研究可被接受?能允許科學家為研究發育過程或建立醫學移植組織而培養個體組織和器官嗎?由於目前已接受人體基因可以插入動物細胞中,將人胚胎幹細胞嵌入家畜胚胎中創立嵌合體來獲得移植用人體器官是否道德?為了治療,改變來自有基因缺陷胚胎的ES細胞的基因,並使其繼續發育成健康個體是否道德?如果人的替代組織極易獲取,會不會有更多的人將不負責任地生活,而從事高風險的活動?這些問題很難簡單回答,必須認真研究人胚胎幹細胞研究涉及的倫理、社會、 法律、醫學、神學和道德問題。

    考慮到美國法律禁止使用政府資金資助人胚胎研究,美國國立衛生研究所(NIH)主任沃馬斯教授曾向主管NIH的政府部門——美國衛生和福利部(DHHS)諮詢有關法律意見。DHHS在1998年12月決定:“美國國會關於禁止人胚胎研究的法案不適用於胚胎幹細胞研究,因為按目前的定義胚胎幹細胞不等於胚胎”,此外,“由於胚胎幹細胞植入子宮後,不具有依靠自身發育成個體人的能力,不能將其視為人胚胎。”因此,DHHS可以資助來自胚胎的多能幹細胞的研究。至於人胚胎生殖細胞,因為胚胎生殖細胞來自無活力的胎兒,獲得和使用此類細胞符合聯邦法律有關胎兒組織研究的規定,因而也可獲得DHHS資助。對此決定人們反應不一。美國73位著名科學家(其中67位是諾貝爾獎獲得者)馬上聯名錶示支援,稱這一決定是值得讚賞和高瞻遠矚的(Science,1999,Vol283:1849),某類研究引起如此眾多諾貝爾獎得主的關注在科學史上是絕無僅有的,這也從一個側面反映了胚胎幹細胞研究的重要性及艱鉅性。美國幾個頗具影響的學術團體如美國實驗生物學會聯盟,美國細胞生物學會和美國發育生物學會也都支援有關聯邦資金可以資助人胚胎幹細胞研究的決定。民主黨參議員湯姆.哈金稱這一決定將為科學發現許多疾病的新療法鋪平道路,並且強調政府不應該對醫學研究設定禁令。NIH主任沃馬斯稱這項科研工作的前景將燦爛輝煌,不過他還是提醒研究人員,用聯邦資金從事獲得新的胚胎幹細胞系仍違法,但是科學家可以使用聯邦資金對湯姆生和吉爾哈特獲得的人胚胎幹細胞系進行研究。

    DHHS有關ES細胞研究的規定卻遭到某些國會、教會和人權組織人士的反對。天主教人士道爾福林格指責這一規定嚴重違反目前法律精神:“他們將用私人資金摧毀胚胎,而用聯邦資金從事胚胎實驗。”在1999年2月,70位眾議員在一封寫給衛生和福利部部長的信中要求廢除此項規定,稱它“違犯了美國政府嚴禁資助破壞人胚胎的實驗研究的聯邦法律條文和精神”。美國生命聯盟人權組織主席朱迪布朗抗議使用幹細胞,因為它們來自應受美國法律保護的可發育成人的胚胎。國會議員傑.迪凱極力反對該規定,甚至要將DHHS告上法庭,他認為目前的法律不允許聯邦資金用於胚胎幹細胞研究,也不必對此做任何修改,他強調“科學應為人類服務,而不是人為科學服務”。反墮胎活動分子更是要求國會干預和阻撓此類研究。在廣泛聽取各方意見的基礎上,NIH在NBAC的指導下終於在1999年12月公佈了“關於胚胎幹細胞研究的指導原則”(表1)。從表中可以看出,再用湯姆生的方法從人胚中獲得新的胚胎幹細胞系是違法的,但允許對已獲得的來自人胚的細胞系進行研究。對於用吉爾哈特方法獲得、使用和研究來自胎兒組織的細胞系則相對寬容。儘管該規定還很苛刻,但畢竟為人胚胎幹細胞的研究打開了大門。

    NIH關於胚胎幹細胞研究的指導原則

    允許

    1、從人胚中獲得新細胞系

    2、使用私人資助、已經獲得的來自人胚的細胞系進行研究

    3、從胎組織中獲得新細胞系

    禁止

    1、使用來自胎兒組織的細胞系進行研究

    2、用幹細胞建立人胚胎的研究

    3、將人胚胎幹細胞與動物胚胎結合的研究

    4、使用幹細胞進行生殖克隆

    5、來自為研究目的而專門建立的胚胎的幹細胞有關研究

    幹細胞研究及其意義

    分化後的細胞,往往由於高度分化而完全喪失了再分化的能力,這樣的細胞最終將衰老和死亡。然而,動物體在發育的過程中,體內卻始終保留了一部分未分化的細胞,這就是幹細胞。幹細胞又叫做起源細胞、萬用細胞,是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。可以這樣說,動物體就是透過幹細胞的分裂來實現細胞的更新,從而保證動物體持續生長髮育的。

    幹細胞根據其分化潛能的大小,可以分為兩類:全能幹細胞和組織幹細胞。前者可以分化、發育成完整的動物個體,後者則是一種或多種組織器官的起源細胞。人的胚胎幹細胞可以發育成完整的人,所以屬於全能幹細胞。

    早在19世紀,發育生物學家就知道,卵細胞受精後很快就開始分裂,先是1個受精卵分裂成2個細胞,然後繼續分裂,直至分裂成有16至32個細胞的細胞團,叫做桑椹胚。這時如果將組成桑椹胚的細胞一一分開,並分別植入到母體的子宮內,則每個細胞都可以發育成一個完整的胚胎。這種細胞就是胚胎幹細胞,屬於全能幹細胞。骨髓、臍帶、胎盤和脂肪中則可以獲取組織幹細胞。每個人的體內都有一些終生與自己相伴的幹細胞。但是,人的年齡越大,幹細胞就越少。為了彌補幹細胞的不足,一些科學家建議從胚胎或胎兒以及其他動物身上獲取幹細胞。進行培養和研究。

    幹細胞的用途非常廣泛,涉及到醫學的多個領域。目前,科學家已經能夠在體外鑑別、分離、純化、擴增和培養人體胚胎幹細胞,並以這樣的幹細胞為“種子”,培育出一些人的組織器官。幹細胞及其衍生組織器官的廣泛臨床應用,將產生一種全新的醫療技術,也就是再造人體正常的甚至年輕的組織器官,從而使人能夠用上自己的或他人的幹細胞或由幹細胞所衍生出的新的組織器官,來替換自身病變的或衰老的組織器官。假如某位老年人能夠使用上自己或他人嬰幼兒時期或者青年時期儲存起來的幹細胞及其衍生組織器官,那麼,這位老年人的壽命就可以得到明顯的延長。美國《科學》雜誌於1999年將幹細胞研究列為世界十大科學成就的第一,排在人類基因組測序和克隆技術之前。

    新加坡國立大學醫院和中央醫院透過臍帶血幹細胞移植手術,根治了一名因家族遺傳而患上嚴重的地中海貧血症的男童,這是世界上第一例移植非親屬的臍帶血幹細胞而使患者痊癒的手術。醫生們認為,臍帶血幹細胞移植手術並不複雜,就像給患者輸血一樣。由於臍帶血自身固有的特性,使得用臍帶血幹細胞進行移植比用骨髓進行移植更加有效。現在,利用造血幹細胞移植技術已經逐漸成為治療白血病、各種惡性腫瘤放化療後引起的造血系統和免疫系統功能障礙等疾病的一種重要手段。科學家預言,用神經幹細胞替代已被破壞的神經細胞,有望使因脊髓損傷而癱瘓的病人重新站立起來;不久的將來,失明、帕金森氏綜合症、艾滋病、老年性痴呆、心肌梗塞和糖尿病等絕大多數疾病的患者,都可望藉助幹細胞移植手術獲得康復。

    同胚胎幹細胞相比,成人身體上的幹細胞只能發育成20多種組織器官,而胚胎幹細胞則能發育成幾乎所有的組織器官。但是,如果從胚胎中提取幹細胞,胚胎就會死亡。因此,倫理道理問題就成為當前胚胎幹細胞研究的最大問題之一。美國政府明確反對破壞新的胚胎以獲取胚胎幹細胞,美國眾議院甚至提出全面禁止胚胎幹細胞克隆研究的法案。美國的一些科學家則對此提出了尖銳的批評,他們認為,將幹細胞用於醫學研究,在減輕患者痛苦方面很有潛力。如果浪費這樣一個絕好的機會,結果將是悲劇性的。

    中國的幹細胞研究和應用已經具備了一定的基礎,早在20世紀60年代就開始了骨髓幹細胞移植方面的研究,目前研究和應用得最多的是造血幹細胞。1992年,中國內地第一個骨髓移植非親屬供者登記組在北京成立,“中華骨髓庫”也正式接受捐贈。2002年,北京建立了臍帶血幹細胞庫。關於胚胎幹細胞的研究,中國目前還沒有明確的法律規定。

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