干細胞生物工程研究展望

黃河

摘 要：本文主要探討了干細胞生物工程研究展望，文章中首先介紹了干細胞分裂的演繹，其次介紹了細胞發育的基因調控，其中包括內源調控以及外源調控兩種方式。然后介紹了干細胞臨床技術的應用前景，其中包括干細胞的基因調控、定向誘導、和橫向分化，干細胞治療的特點兩個方面。最后對本文做出了總結。

關鍵詞：干細胞工程；研究；分化；分裂

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

動物在發育過程中，離不開干細胞分裂以及分化過程，胚胎干細胞分裂或者分化的方向取決于胚胎干細胞所處的環境，科學家門為了研究生命的發育過程以及為了讓干細胞在醫療中發揮作用，成功實現了在體外培養干細胞的技術，并且成功的通過改變培養環境來控制干細胞的分裂分化方向。目前我國關于這方面的技術還不夠成熟，相信有朝一日生物工程技術一定能夠成功的運用到醫學領域中。本文主要針對干細胞在生物體系中的作用做了探討，并且對干細胞在未來醫學領域的應用做出了展望。

1 干細胞分裂的演繹

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

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

2 細胞發育的基因調控

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

2.1 內源調控

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

2.2 外源調控

2.2.1 內分泌因子

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

2.2.2 細胞外基質對于干細胞的調控

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

3 干細胞臨床技術的應用前景

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

3.1 干細胞的基因調控、定向誘導、和橫向分化

定向誘導技術指的是通過體外操作，對干細胞進行培養并且誘導，使其分化形成具有成熟功能的細胞。橫向分化技術則是對某一種組織細胞的“干細胞”進行誘導使其發生分化，不定項誘導也是細胞橫向分化的一種形式，共同點就是對干細胞基因進行調控。

美國的科學家曾經利用基因芯片技術成功對小鼠造血干細胞中的基因調控過程進行研究，并且發現每三萬個基因中中就有三千個基因參與對干細胞發育過程的調控[5]。其中多一半的基因屬于已知基因，并且還包括了信號分子、轉錄因子等等。通過對基因做出進一步的研究可以實現對干細胞的分裂分化達到調控的目的，通過對干細胞的研究可以了解細胞發育的過程以及原理，從而為臨床醫學的研究鋪墊了基礎。

3.2 干細胞治療的特點

在干細胞充足并且實現定向誘導以及橫向分裂技術的基礎上，將干細胞技術應用到醫學中可以彌補傳統醫學很多的不足，第一，生物技術應用在醫學中可以達到永久性治療的效果。第二，不需要對疾病的詳細機理進行了解就可以利用生物技術進行治療[6]。第三，通過實現干細胞移植技術，克服了傳統醫學免疫排斥的副作用。干細胞在醫學中最大的優勢就是可以對任何疾病都能達到治愈效果。

利用干細胞治療疾病已經變為可能，美國科學省曾經在患有糖尿病的老鼠中提取了胰島干細胞，然后對提取出來的胰島干細胞在體外培養，并且通過加入特定的培養液使得胰島干細胞分化形成胰島B細胞。經過移植后發現接受移植后的糖尿病老鼠能夠正常存活，而未經過移植的老鼠卻死于糖尿病。這個實驗的成功實現意味著利用干細胞治療疾病成為可能。

4 結語

目前我國的醫學主要以傳統的中醫和西醫為主，在治療方面雖然兩種醫學各有千秋，但是都存在著不少缺點，并且很多疾病目前還無法通過醫學途徑來治療。隨著生物技術的不斷發展以及新的技術不斷突破，生物技術將來在醫學中的應用已經變為可能。干細胞在動物的發育過程中起著非常重要的作用，利用干細胞不但可以修復人體器官，同時也可以達到很多醫學達不到的效果。我國目前的醫療存在很多弊端，發展生物工程技術，利用干細胞分裂分化的特點，不但可以對很多種疾病達到治愈效果，同時也能突破傳統醫學的瓶頸，克服傳統醫學的弊端，降低醫療對人體造成的副作用。

參考文獻

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

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