脑中风是耗费社会资源最多的一种疾病。脑中风患者,往往在中风之后,就会残障,一侧的肢体就会偏瘫,不但个人不方便,整个家庭也会陷入苦难。然而目前并没有良好有效的医疗技术能让这些中风患者再站起来,重新照顾自己。干细胞疗法的临床试验,就是在尝试利用干细胞使中风患者的大脑及神经、血管再生,恢复行走能力。
急性中风的干细胞治疗
粒细胞刺激因子(GCSF)是常规用于健康人的激素,每天皮下打一针,连打五天,就可使骨髓内的干细胞增生,并离开骨髓腔,到达外周血,干细胞可增加5~10倍。急性中风患者,在中风一周内,打GCSF连续五天,七个患者当中有六个患者皆能于半年内恢复独立行走的能力,独自生活而对照组的三位患者仍然无法行走。
用正电子发射断层扫描(PET)作脑部葡萄糖新陈代谢的比较,发现打GCSF的急性中风治疗组,也有良好的神经新陈代谢的恢复,且与其肢体行动恢复能力成正比!
慢性中风的干细胞治疗
在台湾花莲慈济医学中心林欣荣完成急性中风患者的GCSF疗法临床研究后,许多患者皆咨询,中风半年以上、已一侧肢体偏瘫无法行走的患者能否治疗。
因此他们又进行了慢性中风的动物实验。在大白鼠中风一周后(约人类中风一年),再进行GCSF皮下注射五天,并于第五天时,利用仪器把动物周边血干细胞分离出来,并注射到中风的大脑。结果发现这些干细胞的确可分化成神经细胞、胶质细胞,并使缺血的中风大脑血管再生。动物的偏瘫肢体也于4星期左右恢复力气,部分恢复了行动能力。移植到中风大脑的干细胞除了修补中风的大脑外,也分泌许多重要的神经生长激素及干细胞回归因子(Homingfactor),使全身的干细胞能回归到慢性中风的病灶,加速中风大脑的再生。
由于慢性中风的动物试验效果良好,又无副作用,因此已获得医院及卫生署的人体试验许可,进行慢性中风的人体试验。预计于2007年12月会有初步的成果,期望人类的结果会和动物实验一样良好!
拓展阅读:
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干细胞
1998年11月,威斯康星大学的汤姆生和约翰.霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别在《科学》(Science,1998, Vol282:1145-1147)和《美国科学院论文集》(PNAS,1998,Vol95:13726-13731)上报道,他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人胚胎干细胞。这一成就将会给移植治疗、药物发现及筛选、细胞及基因治疗和生物发育的基础研究等带来深远的影响,打开在体外生产所有类型的可供移植治疗的人体细胞、组织乃至器官的大门。因为从理论上讲,人胚胎干细胞具有全能性,在一定的诱导条件下,既可发育分化为感受和传导生物电信号的神经组织,也可分化为携带氧的血细胞,还可分化为提 供血液循环动力的心肌细胞等等。 这条消息立刻引起世界的关注,并引发对干细胞研究热潮。
在细胞的分化过程中,细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力,最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足,保留了一部分未分化的原始细胞,称之为干细胞(stem cell)。一旦生理需要,这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。即干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。
细胞分化(cell differentiation ):同一来源的细胞,通过细胞分裂在细胞间产生形态结构、生化特征和生理功能有稳定性差异的过程。
细胞分化是个体发育中组织器官形成的基础
细胞分化是发育生物学的中心问题
时间上的分化:一个细胞在不同的发育阶段有不同的形态结构、生化特征和生理功能,如骨髓内血细胞的发生过程
空间上的分化:同一种细胞的子代细胞所处的环境位置不同,其形态结构、生化特征和生理功能也不一样,如外胚层来源的细胞可发育成表皮细胞、神经细胞等。
2.干细胞的特点:
干细胞有以下特点:
(1)干细胞本身不是处于分化途径的终端。
(2)干细胞能无限的增殖分裂。
(3)干细胞可连续分裂几代,也可在较长时间内处于静止状态。
(4)干细胞通过两种方式生长 ,一种是对称分裂--形成两个相同的干细胞,另一种是非对称分裂--由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配,使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞;另一个保持亲代的特征,仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。可以说,干细胞是具多潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。
3.干细胞的分类:
根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。
干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。根据其发育阶段,它包括胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞。成体干细胞是存在于成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力的细胞。在特定条件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能细胞,从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。最近研究表明,成体干细胞普遍存在于机体的大多数组织器官中。
在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中,正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。传统观点认为:胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织。这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能,也就是说干细胞具有横向分化的能力。这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。
按分化潜能的大小 ,干细胞还可分为三种类型:
(1)全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞(简称ES细胞),具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的所有组织、器官。人类的全能干细胞可以分化成人体的各种细胞,这些分化出的细胞构成人体的各种组织和器官,最终发育成一个完整的人。人类的精子和卵子结合后形成受精卵,这个受精卵就是一个最初始的全能干细胞,受精卵继续分化,在前几个分化过程中,可以分化出许多全能干细胞,提取出这些细胞中的任意一个放置到妇女子宫中,就可以发育出一个完整的人体。
(2)多能性干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十二种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞。
(3)单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫卫星细胞。
按分化潜能的大小,干细胞分成全能性干细胞、 多能性干细胞、单能干细胞 4.干细胞的意义:
目前,世界各国都十分重视干细胞研究工作,纷纷投入大量的人力物力加紧研究开发。2000年4月,美国61名诺贝尔获得者及其他科学家联名要求美国政府对干细胞研究给予全面支持。美国总统同年8月4日宣布:美国政府自即日起准许用政府经费进行人体胚胎干细胞研究;2000年5月,日本把干细胞技术视作在生命科学和生物技术领域超欧美国家的绝好机遇。在2000年度启动的“千年世纪工程”中,日本把干细胞工程作为四大重点之一,并且在第一年度就投入108亿日元的巨额资金;2000年12月19日,英国下议院也以超过2/3的多数票通过了允许克隆人类早期胚胎,并从中提取干细胞进行医疗研究的决议。
三。胚胎干细胞(ES)
1.什么是胚胎干细胞
胚胎干细胞是在人胚胎发育早期——囊胚(受精后约5—7天)中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞,外表是一层扁平细胞,称滋养层,可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔,腔内一侧的细胞群,称内细胞群,这些未分化的细胞可进一步分裂、分化,发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等,中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织,内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体,因而这些细胞被认为具有全能性。当内细胞群在培养皿中培养时,我们称之为胚胎干细胞。
2.胚胎干细胞研究的意义:
早在1970年Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞,小鼠胚胎干细胞就可以成功地在体外进行培养。人的胚胎干细胞的体外培养在1998年由美国科学家培养成功。
研究证实:分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成各种细胞,包括神经细胞,造血干细胞(血细胞的前体)和心肌细胞。令人惊奇的是,这些细胞还具有自发发育成某些原始结构的趋势。如在一定的培养条件下,一部分胚胎干细胞会分化为胚状体(与小的跳动的心脏具有奇异的相似之处),而另一些细胞会发育成包含造血干细胞的卵黄囊。形成胚状体和卵黄囊的比例可通过改变培养基而改变,但至今还没有诱导胚胎干细胞发育为一纯的分化细胞群的报道。从理论上讲,小鼠胚胎干细胞具有发育成某一器官的能力,但还没有用干细胞体外培养成器官的报道。不过,如果将小鼠胚胎干细胞移植到重度复合免疫缺损小鼠(SCID,它不会排斥移植的细胞)体内时,胚胎干细胞则能够发育成肌肉、软骨、骨骼、牙齿和毛发。但无论如何,如果直接将分离的小鼠胚胎干细胞植入子宫内,它们不会发育成个体小鼠,因为没有着床必需的滋养层细胞。这种条件下,胚胎干细胞被认为是多能的(pluripotent),而不是全能的(totipotent)。尽管如此,如果将胚胎干细胞植入不能发育成个体的四倍体胚胎中,再将该胚胎植入小鼠子宫中,那么可以获得完全是由培养的胚胎干细胞产生的正常个体小鼠。这表明了胚胎干细胞具有难以置信的全能性。
由于以下几个原因,胚胎干细胞的研究使人感到激动。首先是它们拥有类似胚胎的全能分化性,可以从单个的受精卵发育成完整的个体,能够给我们解释完整的发育体系,而成体个体来源的多能干细胞就不可能。同时,极早期的胚胎发育均可追溯到ES细胞,而不可能是成熟个体来源的多能干细胞。ES细胞也是唯一不死的细胞,能够非限定地分化,是细胞的源头。ES细胞天生就是全能的,这就是问题的关键,换言之,他们能制造机体需要的全部细胞。最后,ES细胞是遗传操作的最早期细胞。因此,尽管目前的争论集中在治疗方面,但也许ES细胞最伟大的用途是作为科学研究的工具。
