胚胎干細胞激發(fā)了科學(xué)家和非科學(xué)家的想象力。但它們是什么，它們來(lái)自哪里，為什么全世界的研究人員都在努力了解它們？

胚胎干細胞：它們來(lái)自哪里，它們能做什么？

關(guān)于胚胎干細胞我們知道什么？

人類(lèi)胚胎干細胞 (ESC) 是多能細胞，意思是可以制造體內任何其他細胞的細胞。它們是由非常早期的人類(lèi)胚胎中發(fā)現的細胞制成的，稱(chēng)為囊胚。

許多科學(xué)領(lǐng)域都使用小鼠胚胎干細胞來(lái)研究胚泡如何長(cháng)成成人，以及研究哪些信號指導干細胞分化為特化細胞。

通過(guò)用轉基因胚胎干細胞培育“嵌合體”小鼠，人們對胚胎發(fā)育和疾病有了很多了解。這些小鼠使研究人員能夠測試特定基因如何影響細胞功能和疾病。

胚胎干細胞的起源

胚胎干細胞是從剛出生幾天的胚胎中發(fā)現的細胞生長(cháng)而來(lái)的。在人類(lèi)、小鼠和其他哺乳動(dòng)物中，胚胎在這個(gè)階段是一個(gè)由大約100個(gè)細胞組成的球。它被稱(chēng)為囊胚 ，分為兩部分：

外層細胞或滋養外胚層將形成胎盤(pán)，支持胚胎在子宮內生長(cháng)。

稱(chēng)為內細胞團的內部細胞團是一個(gè)由10-20個(gè)細胞組成的球。這些細胞未分化或未特化。它們會(huì )大量繁殖和分化，從而產(chǎn)生形成整個(gè)動(dòng)物所需的多種類(lèi)型的細胞。內細胞團中的一些細胞是多能的：它們可以制造體內的每一種細胞。

小鼠胚胎干細胞基礎知識

如果從小鼠囊胚中取出內細胞團并給予適當的營(yíng)養，多能細胞就可以在實(shí)驗室中生長(cháng)。

通常發(fā)生在胚胎中的細胞成熟和特化過(guò)程停止了。相反，細胞會(huì )繁殖以產(chǎn)生更多類(lèi)似于內細胞團細胞的未??分化細胞。這些實(shí)驗室培養的細胞被稱(chēng)為胚胎干 (ES) 細胞。

將小鼠胚胎干細胞用于科學(xué)和醫學(xué)

可以將小鼠 ES 細胞放回小鼠囊胚中，然后可以將該囊胚放回雌性小鼠的子宮中發(fā)育成胎兒。注射的ES細胞參與胎兒的發(fā)育，由此產(chǎn)生的幼崽出生時(shí)混合了細胞，(a) 來(lái)自宿主胚泡和 (b) 來(lái)自注射的ES細胞的細胞。這種具有來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同來(lái)源的細胞的新小鼠被稱(chēng)為嵌合體。 

嵌合小鼠和他的后代

嵌合體可以將基因從胚胎干細胞傳遞給它們的后代。研究人員可以在實(shí)驗室中精確地改變ES細胞的基因，將細胞放回囊胚中，并培育出含有修飾基因的新小鼠?？茖W(xué)家使用由ES細胞制成的轉基因小鼠來(lái)研究與許多人類(lèi)疾病有關(guān)的基因。例如，他們制造了帶有在人類(lèi)癌癥中發(fā)現的突變的小鼠?？梢詫@些小鼠進(jìn)行研究，以了解更多關(guān)于癌癥如何生長(cháng)和測試潛在藥物的信息。

2007年，諾貝爾醫學(xué)獎授予三位率先使用ES細胞培育轉基因小鼠的科學(xué)家，這一技術(shù)在科學(xué)和醫學(xué)領(lǐng)域的巨大價(jià)值得到了認可。

人類(lèi)胚胎干細胞

科學(xué)家們還通過(guò)采用與分離小鼠ES細胞的技術(shù)類(lèi)似的技術(shù)，從人類(lèi)胚胎的內細胞團中制造了干細胞。您可以在資料單《胚胎干細胞研究：倫理困境》中了解更多有關(guān)本研究中使用的人類(lèi)胚胎及其來(lái)源的信息 。不允許將人類(lèi)細胞注射回胚泡，但這些細胞可以在實(shí)驗室中分化成許多不同的特化細胞類(lèi)型。通過(guò)在實(shí)驗室中使用人類(lèi) ES 細胞產(chǎn)生神經(jīng)細胞或心臟細胞等特殊細胞，科學(xué)家們可以在不從患者身上獲取組織的情況下獲得成人細胞。然后他們可以詳細研究這些專(zhuān)門(mén)的成體細胞，以了解某些疾病出了什么問(wèn)題，或者研究這些細胞對潛在新藥的反應。

關(guān)于胚胎干細胞研究人員在研究什么？

研究人員正在學(xué)習如何通過(guò)將ESC暴露于不同的信號分子和生長(cháng)條件來(lái)創(chuàng )建體內發(fā)現的許多不同的特殊細胞類(lèi)型。

小鼠胚胎干細胞正被用于了解身體如何發(fā)育，從早期胚胎階段到復雜器官的形成。

研究人員正在通過(guò)嘗試在實(shí)驗室中培養原始器官來(lái)了解細胞如何組裝成復雜的組織，例如大腦各層。

許多研究正在研究胚胎干細胞如何能夠用于治療多種不同的疾病，從多發(fā)性硬化癥到失明和糖尿病。

胚胎干細胞目前研究的挑戰是什么

ESCs 在小鼠和人類(lèi)中的功能存在差異。出于道德和倫理原因，研究人員不能像在小鼠ESC實(shí)驗中那樣使用人類(lèi) ESC。這需要研究人員弄清楚人類(lèi)胚胎干細胞如何以更復雜和間接的方式工作。

另一個(gè)具有挑戰性的領(lǐng)域是精確控制胚胎干細胞如何分化為多種特殊細胞類(lèi)型。

尋找方法來(lái)獲得大量由干細胞制成的均勻且提供可靠結果的特化細胞是一個(gè)主要目標，但不是一個(gè)容易實(shí)現的目標。

參考資料：本資料單由Kate Blair創(chuàng )建 并由Jenny Nichols 和 Austin Smith 審核 。

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