干細(xì)胞生物工程研究展望

黃河

摘 要：本文主要探討了干細(xì)胞生物工程研究展望，文章中首先介紹了干細(xì)胞分裂的演繹，其次介紹了細(xì)胞發(fā)育的基因調(diào)控，其中包括內(nèi)源調(diào)控以及外源調(diào)控兩種方式。然后介紹了干細(xì)胞臨床技術(shù)的應(yīng)用前景，其中包括干細(xì)胞的基因調(diào)控、定向誘導(dǎo)、和橫向分化，干細(xì)胞治療的特點(diǎn)兩個方面。最后對本文做出了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：干細(xì)胞工程；研究；分化；分裂

中圖分類號：Q81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0185-02

動物在發(fā)育過程中，離不開干細(xì)胞分裂以及分化過程，胚胎干細(xì)胞分裂或者分化的方向取決于胚胎干細(xì)胞所處的環(huán)境，科學(xué)家門為了研究生命的發(fā)育過程以及為了讓干細(xì)胞在醫(yī)療中發(fā)揮作用，成功實(shí)現(xiàn)了在體外培養(yǎng)干細(xì)胞的技術(shù)，并且成功的通過改變培養(yǎng)環(huán)境來控制干細(xì)胞的分裂分化方向。目前我國關(guān)于這方面的技術(shù)還不夠成熟，相信有朝一日生物工程技術(shù)一定能夠成功的運(yùn)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。本文主要針對干細(xì)胞在生物體系中的作用做了探討，并且對干細(xì)胞在未來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用做出了展望。

1 干細(xì)胞分裂的演繹

根據(jù)發(fā)育階段的不同，干細(xì)胞可以分為胚胎干細(xì)胞以及成體干細(xì)胞兩種類型，干細(xì)胞作為一種有自我復(fù)制能力的細(xì)胞，有著極強(qiáng)的分裂分化能，并且在一定條件下可以分化為很多種類型的細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞的分裂以及分化是動物發(fā)育的基礎(chǔ)，最早期的干細(xì)胞是受精卵，通過受精卵的分裂分化，形成了成體[1]。成體干細(xì)胞通過分裂分化可以實(shí)現(xiàn)成體內(nèi)的各個組織以及器官的修復(fù)和再生功能。而干細(xì)胞生物工程則指的是通過對干細(xì)胞進(jìn)行體外操作，使其達(dá)到分裂分化的效果。

在受精卵向胚囊發(fā)育的過程中，可以將其中的內(nèi)胚團(tuán)專門取出來進(jìn)行培養(yǎng)，在適宜的外界條件下，這些細(xì)胞在體外可以無限增值，并且還可以分化成各種細(xì)胞，同時也不會失去其全能性。所以內(nèi)胚團(tuán)同時也被稱作為胚胎干細(xì)胞，同時在動物體內(nèi)的胚芽細(xì)胞也具有分裂和分化的功能，所以動物的胚芽細(xì)胞也屬于胚胎干細(xì)胞。早在1971年，科學(xué)家就成功的實(shí)現(xiàn)了對小鼠胚胎干細(xì)胞在體外培養(yǎng)，小鼠體外培養(yǎng)技術(shù)以轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因敲除技術(shù)為基礎(chǔ)，這種技術(shù)的成功實(shí)現(xiàn)為我們后期對基因技術(shù)的研究以及在生面起源的研究具有非常重要的意義。而對人的胚胎干細(xì)胞的研究卻晚出現(xiàn)了很多年，直到最近幾年，科學(xué)家才宣布這方面的培養(yǎng)已經(jīng)研制成功，1998年，美國為了研究人的胚胎干細(xì)胞分裂分化的原理，專門成立了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室。

2 細(xì)胞發(fā)育的基因調(diào)控

干細(xì)胞既有復(fù)制能也有分化的能力，干細(xì)胞的復(fù)制或者分化取決于干細(xì)胞所處的外環(huán)境的條件，以及干細(xì)胞本來的狀態(tài)。

2.1 內(nèi)源調(diào)控

通過細(xì)胞的內(nèi)活性不對稱的分布，干細(xì)胞分裂分化所形成的子代細(xì)胞仍然保留了干細(xì)胞的全部信息，同時子代細(xì)胞也具有自我復(fù)制的功能。而子代細(xì)胞所處的生長環(huán)境中由于缺乏所需要的條件[2]，所以只能進(jìn)行細(xì)胞分化，然而在哺乳類動物細(xì)胞的分裂分化的過程中，并不是每一類細(xì)胞都具備有不對稱性的分裂分化的能力，細(xì)胞的自我復(fù)制能力以及分裂分化能力是建立在群體意義的基礎(chǔ)之上的。干細(xì)胞根據(jù)外界的生長環(huán)境可以有全分裂、半分裂、以及復(fù)制等三種行為，干細(xì)胞中存在的一些蛋白質(zhì)可以調(diào)控干細(xì)胞的不對稱分裂，而這些蛋白質(zhì)在是通過刺激紡錘體來改變干細(xì)胞分裂的不對稱性。細(xì)胞中的血影小體與紡錘體相互關(guān)聯(lián)，血影小體通過刺激紡錘體來調(diào)控紡錘體的位置，從而使得紡錘體改變干細(xì)胞的分裂分化的方向，血影小體還有一個作用就是可以讓干細(xì)胞的全部信息以及位子子代生長的所需營養(yǎng)成分完整的保留到子代細(xì)胞中，使得細(xì)胞的自我復(fù)制功能得到實(shí)現(xiàn)，而另外一個細(xì)胞則走向分化方向。

2.2 外源調(diào)控

2.2.1 內(nèi)分泌因子

影響干細(xì)胞分化以及分裂方向的因子至少有兩種，分別是轉(zhuǎn)化生長因子以及編碼組調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育的蛋白質(zhì)。比如，在干細(xì)胞分化為角膜的過程中，轉(zhuǎn)化因子可以對角膜緣干細(xì)胞周圍的細(xì)胞質(zhì)起到影響，同時誘導(dǎo)干細(xì)胞的分泌因子使其分裂分化形成各種細(xì)，并且也會對角膜緣干細(xì)胞的增值和分化過程中起到促進(jìn)作用[3]。其他的一些細(xì)胞分裂因子例如細(xì)胞衍生營養(yǎng)神經(jīng)因子不僅可以起到對干細(xì)胞分化以及分裂能力促進(jìn)的作用，同時也可以起到激活轉(zhuǎn)錄因子的效果，從而可以從整體上調(diào)節(jié)干細(xì)胞的發(fā)育。

2.2.2 細(xì)胞外基質(zhì)對于干細(xì)胞的調(diào)控

干細(xì)胞在分裂分化過程中要吸收外界基質(zhì)的營養(yǎng)成分，而整合蛋白家族是在干細(xì)胞膜表面附著的可以為干細(xì)胞與基質(zhì)起到介導(dǎo)作用的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)通過激活生長因子的受體，為細(xì)胞的生長提供相應(yīng)的營養(yǎng)環(huán)境。表皮細(xì)胞分化中B1蛋白質(zhì)是通過激活了有絲分裂的蛋白質(zhì)霉，使得細(xì)胞開始進(jìn)入周期分裂的狀態(tài)，然后在細(xì)胞外基質(zhì)的共同作用之下一同完成了細(xì)胞的有絲分裂以及分化[4]。B1整合蛋白質(zhì)在在表皮干細(xì)胞中表達(dá)，當(dāng)完成分化之后，角膜干細(xì)胞就停止表達(dá)B1整合蛋白質(zhì)。所以在表皮細(xì)胞的分化過程中B1蛋白質(zhì)發(fā)揮著非常重要的作用。

3 干細(xì)胞臨床技術(shù)的應(yīng)用前景

干細(xì)胞技術(shù)在治療疾病的過程中主要在以下幾個方面發(fā)揮作用：第一，為干細(xì)胞提供來源基礎(chǔ)。第二、通過干細(xì)胞的分化能力，使得干細(xì)胞成分化為對病人有用的細(xì)胞。第三，避免免疫排斥的副作用。第四，對干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，使其分化形成一個具有特性結(jié)構(gòu)的臟器。

3.1 干細(xì)胞的基因調(diào)控、定向誘導(dǎo)、和橫向分化

定向誘導(dǎo)技術(shù)指的是通過體外操作，對干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)并且誘導(dǎo)，使其分化形成具有成熟功能的細(xì)胞。橫向分化技術(shù)則是對某一種組織細(xì)胞的“干細(xì)胞”進(jìn)行誘導(dǎo)使其發(fā)生分化，不定項(xiàng)誘導(dǎo)也是細(xì)胞橫向分化的一種形式，共同點(diǎn)就是對干細(xì)胞基因進(jìn)行調(diào)控。

美國的科學(xué)家曾經(jīng)利用基因芯片技術(shù)成功對小鼠造血干細(xì)胞中的基因調(diào)控過程進(jìn)行研究，并且發(fā)現(xiàn)每三萬個基因中中就有三千個基因參與對干細(xì)胞發(fā)育過程的調(diào)控[5]。其中多一半的基因?qū)儆谝阎?，并且還包括了信號分子、轉(zhuǎn)錄因子等等。通過對基因做出進(jìn)一步的研究可以實(shí)現(xiàn)對干細(xì)胞的分裂分化達(dá)到調(diào)控的目的，通過對干細(xì)胞的研究可以了解細(xì)胞發(fā)育的過程以及原理，從而為臨床醫(yī)學(xué)的研究鋪墊了基礎(chǔ)。

3.2 干細(xì)胞治療的特點(diǎn)

在干細(xì)胞充足并且實(shí)現(xiàn)定向誘導(dǎo)以及橫向分裂技術(shù)的基礎(chǔ)上，將干細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)中可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)很多的不足，第一，生物技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中可以達(dá)到永久性治療的效果。第二，不需要對疾病的詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行了解就可以利用生物技術(shù)進(jìn)行治療[6]。第三，通過實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞移植技術(shù)，克服了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)免疫排斥的副作用。干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)中最大的優(yōu)勢就是可以對任何疾病都能達(dá)到治愈效果。

利用干細(xì)胞治療疾病已經(jīng)變?yōu)榭赡埽绹茖W(xué)省曾經(jīng)在患有糖尿病的老鼠中提取了胰島干細(xì)胞，然后對提取出來的胰島干細(xì)胞在體外培養(yǎng)，并且通過加入特定的培養(yǎng)液使得胰島干細(xì)胞分化形成胰島B細(xì)胞。經(jīng)過移植后發(fā)現(xiàn)接受移植后的糖尿病老鼠能夠正常存活，而未經(jīng)過移植的老鼠卻死于糖尿病。這個實(shí)驗(yàn)的成功實(shí)現(xiàn)意味著利用干細(xì)胞治療疾病成為可能。

4 結(jié)語

目前我國的醫(yī)學(xué)主要以傳統(tǒng)的中醫(yī)和西醫(yī)為主，在治療方面雖然兩種醫(yī)學(xué)各有千秋，但是都存在著不少缺點(diǎn)，并且很多疾病目前還無法通過醫(yī)學(xué)途徑來治療。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展以及新的技術(shù)不斷突破，生物技術(shù)將來在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)變?yōu)榭赡?。干?xì)胞在動物的發(fā)育過程中起著非常重要的作用，利用干細(xì)胞不但可以修復(fù)人體器官，同時也可以達(dá)到很多醫(yī)學(xué)達(dá)不到的效果。我國目前的醫(yī)療存在很多弊端，發(fā)展生物工程技術(shù)，利用干細(xì)胞分裂分化的特點(diǎn)，不但可以對很多種疾病達(dá)到治愈效果，同時也能突破傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的瓶頸，克服傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的弊端，降低醫(yī)療對人體造成的副作用。

參考文獻(xiàn)

[1]林建芳.現(xiàn)代生物技術(shù)制藥研究及展望[J].大眾科技，2014，16（04）：84-85.

[2]鞠成群.脫細(xì)胞角膜基質(zhì)聯(lián)合內(nèi)皮樣細(xì)胞構(gòu)建生物工程角膜后板層的實(shí)驗(yàn)研究[D].山東大學(xué)，2012，（05）.

[3]孫錦章，韓春茂.組織工程皮膚構(gòu)建的研究進(jìn)展[J].國際外科學(xué)雜志，2006，（05）：389-393.

[4]周聯(lián).大黃素等中藥單體對HT-29細(xì)胞TLR4表達(dá)及MAPKs信號通路的影響[D].廣州中醫(yī)藥大學(xué)，2006，（01）.

[5]龔波林.單分散樹脂及其在生物大分子分離中的應(yīng)用[D].西北大學(xué)，2003，（04）.

[6]羅士韋.植物細(xì)胞生物工程展望[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志，1987，（02）：49-52.