胚胎干細(xì)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(xì)胞：它們來(lái)自哪里，它們能做什么？

關(guān)于胚胎干細(xì)胞我們知道什么？

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

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

通過(guò)用轉(zhuǎn)基因胚胎干細(xì)胞培育“嵌合體”小鼠，人們對(duì)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(cè)試特定基因如何影響細(xì)胞功能和疾病。

胚胎干細(xì)胞的起源

胚胎干細(xì)胞是從剛出生幾天的胚胎中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞生長(zhǎng)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(xì)胞組成的球。它被稱為囊胚 ，分為兩部分：

外層細(xì)胞或滋養(yǎng)外胚層將形成胎盤(pán)，支持胚胎在子宮內(nèi)生長(zhǎng)。

稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的內(nèi)部細(xì)胞團(tuán)是一個(gè)由10-20個(gè)細(xì)胞組成的球。這些細(xì)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(xì)胞。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中的一些細(xì)胞是多能的：它們可以制造體內(nèi)的每一種細(xì)胞。

小鼠胚胎干細(xì)胞基礎(chǔ)知識(shí)

如果從小鼠囊胚中取出內(nèi)細(xì)胞團(tuán)并給予適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)，多能細(xì)胞就可以在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)。

通常發(fā)生在胚胎中的細(xì)胞成熟和特化過(guò)程停止了。相反，細(xì)胞會(huì)繁殖以產(chǎn)生更多類(lèi)似于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞的未??分化細(xì)胞。這些實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞被稱為胚胎干 (ES) 細(xì)胞。

將小鼠胚胎干細(xì)胞用于科學(xué)和醫(yī)學(xué)

可以將小鼠 ES 細(xì)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(xì)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(xì)胞，(a) 來(lái)自宿主胚泡和 (b) 來(lái)自注射的ES細(xì)胞的細(xì)胞。這種具有來(lái)自兩個(gè)不同來(lái)源的細(xì)胞的新小鼠被稱為嵌合體。 

嵌合小鼠和他的后代

嵌合體可以將基因從胚胎干細(xì)胞傳遞給它們的后代。研究人員可以在實(shí)驗(yàn)室中精確地改變ES細(xì)胞的基因，將細(xì)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(xì)胞制成的轉(zhuǎn)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(xiàn)的突變的小鼠。可以對(duì)這些小鼠進(jìn)行研究，以了解更多關(guān)于癌癥如何生長(zhǎng)和測(cè)試潛在藥物的信息。

2007年，諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予三位率先使用ES細(xì)胞培育轉(zhuǎn)基因小鼠的科學(xué)家，這一技術(shù)在科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大價(jià)值得到了認(rèn)可。

人類(lèi)胚胎干細(xì)胞

科學(xué)家們還通過(guò)采用與分離小鼠ES細(xì)胞的技術(shù)類(lèi)似的技術(shù)，從人類(lèi)胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中制造了干細(xì)胞。您可以在資料單《胚胎干細(xì)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(xì)胞注射回胚泡，但這些細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室中分化成許多不同的特化細(xì)胞類(lèi)型。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中使用人類(lèi) ES 細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞或心臟細(xì)胞等特殊細(xì)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(xì)胞。然后他們可以詳細(xì)研究這些專門(mén)的成體細(xì)胞，以了解某些疾病出了什么問(wèn)題，或者研究這些細(xì)胞對(duì)潛在新藥的反應(yīng)。

關(guān)于胚胎干細(xì)胞研究人員在研究什么？

研究人員正在學(xué)習(xí)如何通過(guò)將ESC暴露于不同的信號(hào)分子和生長(zhǎng)條件來(lái)創(chuàng)建體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的許多不同的特殊細(xì)胞類(lèi)型。

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

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

許多研究正在研究胚胎干細(xì)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(xì)胞目前研究的挑戰(zhàn)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(yàn)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(xì)胞如何以更復(fù)雜和間接的方式工作。

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

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

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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