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3. 复制基因组---开发哺乳动物克隆技术! T/ J" c; p3 F" d- u9 ^
没有人可能立刻想到要把哺乳动物克隆技术作为干细胞相关的话题,但是让体细胞基因组产生表观遗传学可塑性---这也是克隆技术的关键性基础---可以告诉我们很多关于多能性的分子基础方面的知识。该技术也可能作为一种可行的方法为单个病人产生胚胎干细胞,而大量来自克隆实验的数据能够改善重编程体细胞的技术,因此将克隆技术列为我们的列表当中。
+ B8 v- p& u- ?' u9 YBriggs和King等证实体细胞核转移(somatic cell nuclear transfer, SCNT)能够用来克隆青蛙。利用来自美洲豹蛙(Rana pipiens)的卵母细胞和供者细胞核,他们发现“重建”的胚胎能够至少发育至早期卵裂期,在一些实验中还能发育至蝌蚪阶段。Gurdon等利用来自蝌蚪的肠道细胞证实已分化的体细胞能够产生有活力的胚胎。相反,在哺乳动物中开展体细胞核转移研究更加困难,多年来人们相信成年脊椎动物只是太特化了而不能退回到全能状态。然而,1996年“多利(Dolly)”羊的成功克隆决定性地反驳了这种观点。科学家将来自芬兰多塞特母羊的乳腺上皮细胞与来自一个不同供者羊的去核卵母细胞融合而克隆出多利羊。如今,很多研究表明体细胞核转移在许多哺乳动物中是可行的。$ c: f( t$ P& s w; I
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4. 人胚胎干细胞(human embryonic stem cell, hESC)9 w% c8 Z: M3 u0 Z7 G# b
在发现小鼠胚胎干细胞之后,科学家并没有快速地获得人胚胎干细胞,当美国威斯康星大学James Thomson报道他首次获得的5种人胚胎干细胞系时它花费了17年。体外受精产生的新鲜或冻存的早期卵裂期人胚胎是由个人捐赠的,在获得知情同意后用于临床目的。他将胚胎培养到胚泡阶段,分离出14个内细胞团,从5个独立的胚胎中获得5种人胚胎干细胞系。Thomson等所用的方法实际上非常类似于Evans在获得小鼠胚胎干细胞上所采用的方法。最早描述Thomson等构建出的5种人胚胎干细胞系的文章发表在1998年11月6日那期《科学》杂志上,文章名为《从人胚泡中获得的胚胎干细胞系》(Embryonicstem cell lines derived from human blastocysts)。) I8 ~; a0 W; ^4 e" f$ O s5 T
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5. 当好细胞变坏时---提出肿瘤干细胞(cancer stem cell)概念6 L* _1 L- f; _! g
人们一直在开发杀死形成恶性肿瘤的癌细胞的方法,但是复发一直是一个问题,尤其是原发性肿瘤会运行到较远的地方产生转移肿瘤。解释这些现象的一种观点是存在能够再生原发性肿瘤中存在的所有已分化细胞类型的致瘤性干细胞(tumorigenic stem cell)。大多数化疗治疗策略杀死可复制的已分化细胞---它们形成肿瘤块中大部分---,但是可能不能杀死所有假定中的数量稀少的静止肿瘤干细胞。如果肿瘤干细胞拥有类似于非致瘤性干细胞的自我更新和增殖的特征,它将产生全新的肿瘤。支持肿瘤干细胞假说的关键研究论文来自John Dick实验室1997年所做的研究:John Dick和Dominique Bonnet证实一种分离的细胞类型能够启动急性骨髓样白血病(acute myeloid leukaemia)产生。这些细胞是特定的CD34+ CD38-,类似于正常的造血祖细胞,这就暗示是正常原始细胞类型而不是更加特化的造血细胞类型造成白血病转化。0 w% p) q# l- t( n# w5 `. M
4 d, _& ]7 `9 i/ P7 Z$ V6. 诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)
9 ]0 n/ x" V& q胚胎干细胞多能性使得它们成为一个潜在性有吸引力的产生临床上有用的体细胞的来源,但是它们存在免疫排斥的问题,另外还存在伦理问题。. k5 ~8 x2 E Y$ H/ F! F
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2006年,Shinya Yamanaka实验室证实重编程小鼠体细胞可以构建出iPSCs,通过逆病毒转导仅4个基因(Oct4, Sox2, Klf4和c-Myc)就可重编程小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast)和成体尾巴成纤维细胞(adult tail fibroblast)并且显现出类似小鼠胚胎干细胞的特征。这些形成的细胞被称作iPSCs,它们能够通过生殖系传递(germline transmission)产生嵌合动物以及所形成后代的所有组织,这意味着它们存在多能性。Yamanaka研究小组继续延续他们的早期研究,表明通过逆病毒转导Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc也可高效地重编程人成体真皮成纤维细胞(adult dermal fibroblast)。James Thomson实验室发现通过慢病毒而不是逆病毒转导一套略有差异的因子(OCT4, SOX2, NANOG和LIN28)也足以允许从胎儿和成体成纤维细胞产生iPSCs。
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