干细胞 - 定义，属性，类型，用途，挑战

干细胞定义

干细胞是存在于体内的独特细胞，其具有潜在的潜力区分成各种细胞类型或无限期地除以产生其他干细胞。

干细胞是替代因疾病而丢失的受损细胞或细胞的必需细胞。
这些细胞是所有组织中的细胞谱系的最早细胞，并且在胚胎和成年生物中发现。
这些细胞提供了连续供应新细胞，这些细胞构成动物和植物的组织和器官。
干细胞具有很大的兴趣作为各种疾病和病症的治疗方法。
胚胎生物中的干细胞存在于内部电池质量中胚泡，然后将其区分为身体中的所有其他细胞。
然而，成人中的干细胞局部地定位于体内的特定区域，如骨髓和性腺。

数字：干细胞更新和分化。图片来源:Maharaj免疫再生医学研究所．

干细胞的特性

在所有生命系统中发现的所有干细胞都有三个重要的特性。这些特性可以在体外通过一个称为克隆基因分析的过程来显示，在这个过程中，单个细胞被评估其分化能力。

以下是干细胞的一些性质：

所有起源的干细胞能够长时间分开和更新自己。这些细胞在保持未分化状态的同时经历一段细胞增殖。
所有干细胞都是未参见的或未分化的。这些作为细胞的质量存在，其在其分裂期间以后区分。
干细胞的另一种基本性质是它们分化为一起构成不同组织类型的专用细胞的能力。这些细胞可以是多能或多能。

干细胞培养

图:培养胚胎干细胞的技术。图片来源:John Wiley＆Sons，Inc。（Nico Heins等人）

不仅因为细胞培养广泛应用于研究干细胞生物学的基础研究，而且由于细胞培养物的基础研究，而且由于培养干细胞的潜在治疗应用。
由于它们能够替换受损细胞，这些细胞在人工条件下培养以产生更多这些细胞。
胚胎干细胞比成体干细胞更有效，因为它们能够区分成各种细胞类型。
然而，成年干细胞的有效性较小，更受限制，因为它们只能区分为特定谱系。
由于这个原因，主要培养胚胎干细胞以获得更多的胚胎干细胞。
干细胞培养条件必须根据干细胞类型进行细化，例如胚胎干细胞(ES)或不同种类的成体干细胞的细胞培养要求可能不一样。
同样，细胞培养参数也需要根据干细胞培养的最终目的来细化。
在整个过程中，干细胞培养方法应在整个过程中精制，因为干细胞总是在自我更新和分化之间平衡。
随着一些干细胞需要非标准细胞培养试剂，例如饲养细胞层，调节培养基或生长基质，干细胞的培养物可能与其他细胞的培养物不同。
考虑到可能进行一些培养物的培养物的目的，将采用不同的媒体和条件以使细胞保持在其茎状态的情况下，而其他培养物可能希望细胞要分化。
在培养过程中，细胞通常在层流罩下方传代，并保持在培养箱中，该培养箱在大气部分氧气压力下。
细胞培养的主要挑战是对照和维持明确定义的细胞培养条件，尤其是pH和氧气压力。

视频：什么是干细胞？- 通过ted-ed的Craig A. Kohn。

干细胞类型/源

取决于干细胞的来源或存在它们的位置，干细胞分为各种类型;

1.胚胎干细胞

胚胎干细胞是一组细胞，其在胚胎的内部细胞质量下存在于胚胎的初期，称为胚泡。
在受精后4-5天内达到胚胎发育中的胚泡阶段，该点的细胞数约为50-150。
这些细胞是多能的，其意味着它们可以在其增殖期间开发和分化成各种细胞类型（大约250种）。然而，这些并不导致胎盘如胎盘的特征细胞。
胚胎中存在胚胎干细胞，在胚胎中分裂并在胚层中分开，因为它们是专门的。
这些细胞越来越多地培养，因为它们可以人工培养以产生不同类型的细胞。
胚胎干细胞的培养是重要的，因为它们作为再生医学、遗传疾病和体外毒理学试验的新来源。
动物中，动物的胚胎生殖细胞也像胚胎干细胞一样。这些细胞也称为原始细胞，后来区分并分裂以形成雄性和雌性配子。

数字：人类胚胎干细胞分化。使用biorender.com创建的图像

2.成体干细胞(体细胞或组织特异性干细胞)

成年干细胞，也称为体细胞干细胞，是在特定组织中发现的细胞，其功能仅用于修复和形成它们的组织的细胞。
这些细胞被认为不如胚胎干细胞有效，因为它们不能分化成不同的细胞类型。
成年干细胞存在于由其他细胞产生的乳头物或区域，该细胞分泌干细胞的液体和营养物体保持活力。
这些细胞在某些组织中发现经过连续的细胞翻转。然而，肝脏组织如肝脏组织这样的一些组织仅在组织被损坏时经历最小的分裂。
在儿童和成人中发现成人干细胞，大部分局部地局限于表皮，骨髓和肠道的衬里。
表皮层中的细胞连续分裂以形成新细胞，因为异肌细胞脱落。
骨髓中的成体干细胞是一种造血细胞，可以分化成三种不同类型的血细胞和免疫细胞。
在脑中也发现干细胞在出生后区分以形成非常少数神经细胞。

数字：非人体成体干细胞可塑性的初步证据。图片来源:NIH干细胞信息．

3.诱导多能干细胞（IPSC）

成体干细胞的限制导致了通过重编程基因的方法从成年细胞中赋予诱导多能细胞的新型多能细胞的产生。
当用胚胎干细胞培养成体细胞时，形成诱导多能干细胞，其中这两个细胞的融合形成具有干细胞状性质的新细胞。
有时，其他体细胞也可以重新编程以获得多能性。
诱导多能干细胞与胚胎干细胞类似，因为它们也可以刺激它们以区分成不同的细胞类型。
然而，它们与基因表达水平和细胞染色质的状况不同的胚胎干细胞不同。
这些细胞非常重要，因为它们可以用于治疗医学，医生将能够为每个病人产生几乎所有身体器官的细胞。
此外，他们还防止使用可能导致道德问题的更多胚胎干细胞。
它还有助于通过从成年或体细胞产生诱导的多能干细胞来研究新的遗传疾病。
心脏和眼睛的诱导干细胞可以用于严重的心脏和眼睛相关疾病的细胞移植。

数字：基于IPSCS的治疗进展。图片来源:自然评论Genetics（R. Grant Rowe＆George Q. Daley）．

4.围产期干细胞

围产期干细胞是一种兼具胚胎干细胞和成体干细胞特性的中间细胞。它们来自于胎膜、脐带和羊水的胚胎外细胞。
已知产前干细胞具有免疫特异性特性，以及宽的多电容塑性。
此外，这些细胞只是从出生后通常被丢弃的特征组织中分离出来，有效地避免道德问题受累。
这些细胞是活性的，非致瘤的，并且是可以分化成内皮，肝，脂肪，甚至神经组织的细胞的多值。
从胎膜获得的细胞是不朽的，具有高度的分裂和效力。
围产期干细胞还具有研究和治疗应用在治疗肾病，心脏病，炎症疾病，骨再生和脊髓损伤的治疗。
由于这些应用，围产期干细胞被人工培养以获得大量此类细胞。

5.间充质干细胞（MSCs）

间充质干细胞是一种成年干细胞或体细胞干细胞，主要在肌肉，肝脏和骨髓组织中发现。
人体MSCs（HMSCs）是具有区分成骨细胞，脂肪细胞和软骨细胞的能量的多能干细胞，以及异形细胞（神经细胞）和内胚层细胞系（肝细胞）。
最常见的间充质干细胞类型是骨髓中的一种，其中它们分化以形成骨骼系统的细胞，包括骨骼和软骨。
间充质干细胞不仅在胎儿组织中发现，也发现了许多成年组织。
这些细胞大多数量较少，但它们很重要，因为它们为骨髓中的血液干细胞创造了生存环境。
间充质干细胞可以相对容易地分离，并且还产生比其他干细胞更高的产率，这使得它们在严重免疫条件下的细胞生长，细胞分化和组织的恢复中有用。
此外，MSCs具有分泌细胞因子和免疫受体的免疫调节特征，该细胞因子和免疫受体调节宿主组织中的微环境。
产生不同细胞系，免疫调节和抗炎分子分泌细胞的潜力使得该干细胞成为治疗慢性疾病的有用工具。

数字：间充质干细胞（MSCs）。图片来源:Promocell GmbH.．

干细胞研究的例子

干细胞研究是研究干细胞的性质及其在药物和治疗应用中的潜力的研究领域。
这一领域的研究对研究人员产生了极大的兴趣，以便了解这些细胞的特性，最终将它们用于医疗目的。
与这些细胞有关的研究也有助于了解健康和患病的身体的发展和稳态。
然而，干细胞研究由于与干细胞如何获得相关的伦理问题而受到一些争议。
众所周知，在从胚胎获得干细胞的同时，胚胎丢弃，这引发了道德问题。
但是，由于成人干细胞和诱导多能干细胞的发现和使用，胚胎干细胞的使用减少了，伦理问题也随之减少。

干细胞研究的一些常见和公知的例子是：

细胞分化过程

干细胞研究中最重要的例子之一在进行研究中，了解未分化的干细胞如何发展和分成专用细胞的研究。
许多研究也参与了对干细胞分化的过程的过程。
多年来，众所周知，许多研究人员和科学家们正在研究方法来操纵干细胞分化过程以产生专用细胞。

2.干细胞的疗法

还已经进行了与控制干细胞分化相关的研究，以便它们可用于治疗某些疾病。
其中的一个例子是干细胞的转化分化成胰岛素的细胞，使得这些细胞可以移植到1型糖尿病患者中。
还正在进行旨在不同疾病和条件的其他几个项目。

3.用干细胞来测试新药

在实验室中培养的干细胞用于测试新药以避免它们对人体细胞的使用。
这是与干细胞有关的新型研究领域之一。

干细胞研究的应用/用途

由于其性质，在各个领域中使用了干细胞研究。干细胞研究的一些常见应用包括;

干细胞研究已在再生医学领域使用，涉及患有严重伤害或慢性疾病的患者的组织或器官的恢复。
干细胞研究领域所取得的进展为其他基于细胞的疾病疗法奠定了基础，这些疾病疗法不能用常规药物治愈。
与人类干细胞研究有关的研究具有巨大的潜力，促进我们对基本人类生物学的理解。
多年来对干细胞的研究使得在癌症治疗后移植造血干细胞成为可能。
干细胞研究也已被用于测试新药，然后在动物或人体中进行测试。
培养的干细胞用于细胞的移植在骨髓等各种疾病的情况下，帕金森和阿尔茨海默病的神经细胞，心脏病心脏肌肉，以及糖尿病的胰岛。

干细胞研究的局限性/挑战

由于与干细胞研究有关的不同的道德和其他问题，因此干细胞研究存在一些局限性或挑战。其中一些是：

对干细胞研究的最重要的挑战是与使用胚胎干细胞相关的道德问题。由于这些问题，甚至有甚至是干细胞研究的政治和宗教障碍。
一些干细胞系的来源可能具有增加移植物中突变机会的突变。
将在实验室中产生的干细胞移植到靶细胞中也难以移植到靶细胞中。
胚胎干细胞也不能在体内永久地自我更新，而是很快分化为三个胚胎胚层的不同谱系的祖细胞。
可以在人造条件下在体外进行这些细胞的自我更新，其抑制它们的分化。
获得足够数量的干细胞，并能分化成所需的细胞类型也是一项挑战。
胚胎和成体干细胞的分化，即使通过添加分化因子引导，不可避免地涉及一定量的自发分化成各种细胞类型
另外，分化尚未同步，导致细胞混合在各种发育阶段。

干细胞系

干细胞系是一组在体外培养的某些干细胞，使得它们可以无限期地传播各种目的。
这些细胞系的来源是人或动物，其中这些是胚胎干细胞，成体干细胞或诱导的干细胞。
干细胞系广泛用于遗传研究和再生医学目的。
自我更新的能力允许它们繁殖到一种不确定的状态，这使它们非常有价值。
茎细胞系即使在开发无限分裂的能力之后，也要保持原始遗传性质。
根据干细胞的来源，有三种类型的干细胞系;胚胎干细胞系，成体干细胞系和诱导干细胞系。
成体干细胞系在分裂产生分化细胞方面不如胚胎干细胞系有效。
然而，诱导的干细胞系可以在体外无限期地自我更新，同时保持分化为所有三个胚层衍生物的能力。
与这些细胞系相关的研究有利于理解人组织的分化和功能，用于药物筛网和毒性测试，以及细胞移植治疗。

干细胞疗法

干细胞疗法，也称为再生医学，是干细胞的应用之一，其促进功能障碍和受伤组织及其衍生物的修复。
多能干细胞通常不会在人体治疗上使用，因为这些细胞中的一些可能导致不希望的不希望的固体肿瘤形成，称为畸胎瘤。
然而，在动物身上，它已经被用于治疗脊髓损伤和视力障碍。
另一方面，从20世纪60年代以来，从20世纪60年代处理了从骨髓收获的多引物干细胞以治疗白血病，骨髓瘤和淋巴瘤。
在形成全关节的能力中使用间充质干细胞可能对其他疾病有益。
在多能细胞的地方使用多能干细胞，随着多能干细胞将防止身体的免疫系统抑制移植物的抑制剂也更好。
因此，干细胞疗法是改善治疗设施和各种慢性疾病方法的优异途径。
然而，在充分发挥其治疗潜力之前，对其生物学、操作和安全性仍有很多需要了解的地方。

视频：干细胞治疗的承诺|Neil Neimark，MD |TEDX.

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