干細胞：過去、現在和未來-第一篇

抽象的

       近年來，干細胞治療已成為極具前景和前沿的科研課題。治療方法的發展引起了人們的極大期望。本文是一篇綜述，重點關注不同干細胞的發現以及基于這些細胞的潛在療法。干細胞的起源之后是受控干細胞培養和衍生的實驗室步驟。質量控制和畸胎瘤形成測定是評估所測試干細胞特性的重要程序。推導方法和培養基的利用對于為受控分化設置適當的環境條件至關重要。該綜述總結了干細胞療法必須克服的挑戰才能在世界范圍內被接受。各種各樣的可能性使這種尖端療法成為現代醫學的轉折點，為無法治愈的疾病提供了希望。

干細胞分類

       干細胞是人體的非特化細胞。它們能夠分化成生物體的任何細胞，并具有自我更新的能力。干細胞存在于胚胎和成體細胞中。專業化有幾個步驟。每一步都會降低發育潛能，這意味著單能干細胞無法分化成與多能干細胞一樣多的細胞類型。本章將重點介紹干細胞分類，以便讀者更容易理解后面的章節。

       全能干細胞能夠分裂和分化成整個生物體的細胞。全能性具有最高的分化潛能，允許細胞形成胚胎和胚胎外結構。全能細胞的一個例子是受精卵，它是在精子使卵子受精后形成的。這些細胞以后可以發育成三個胚層中的任何一個或形成胎盤。大約 4 天后，囊胚的內細胞團變成多能細胞。這種結構是多能細胞的來源。

       多能干細胞 (PSC) 形成所有胚層的細胞，但不形成胚外結構，例如胎盤。胚胎干細胞 (ESC) 就是一個例子。ESC 來源于植入前胚胎的內細胞團。另一個例子是源自植入胚胎外胚層的誘導多能干細胞 (iPSC)。它們的多能性是一個連續體，從完全多能細胞（如 ESC 和 iPSC）開始，到效力較低的代表——多能、專能或單能細胞——結束。評估其活性和光譜的方法之一是畸胎瘤形成測定。iPSC 是由體細胞人工生成的，它們的功能與 PSC 類似。它們的培養和利用對于現在和未來的再生醫學來說是非常有前途的。

       與 PSC 相比，多能干細胞的分化范圍更窄，但它們可以專注于特定細胞譜系的離散細胞。一個例子是造血干細胞，它可以發育成多種類型的血細胞。分化后，造血干細胞變成專能細胞。然后其分化能力僅限于其譜系的細胞。然而，一些多能細胞能夠轉化為不相關的細胞類型，這建議將它們命名為多能細胞。

       專能干細胞可以分化成幾種細胞類型。骨髓干細胞就是一個例子，它可以分裂成白細胞，但不能分裂成紅細胞。

       單能干細胞的特征在于最窄的分化能力和反復分裂的特殊性質。它們的后一個特征使它們成為再生醫學治療用途的有前途的候選者。這些細胞只能形成一種細胞類型，例如皮膚細胞。

干細胞生物學

       精子和卵子受精融合后形成囊胚。它的內壁排列著短命的干細胞，即胚胎干細胞。囊胚由兩種不同的細胞類型組成：內細胞團 (ICM)，它發育成外胚層并誘導胎兒發育，以及滋養外胚層 (TE)。囊胚負責 ICM 微環境的調節。TE 繼續發育并形成胚胎成功起源所需的胚胎外支持結構，例如胎盤。隨著 TE 開始形成專門的支持結構，ICM 細胞保持未分化、完全多能和增殖. 干細胞的多能性使它們能夠形成生物體的任何細胞。人類胚胎干細胞 (hESC) 來源于 ICM。在胚胎發生過程中，細胞形成稱為胚層的聚集體：內胚層、中胚層和外胚層（圖 1），每一個最終都會產生胎兒的分化細胞和組織，然后是成體有機體. 在 hESCs 分化成一個胚層后，它們成為多能干細胞，其效力僅限于胚層細胞。這個過程在人類發展中是短暫的。之后，多能干細胞以未分化細胞的形式出現在整個生物體中，其關鍵能力是通過形成下一代干細胞進行增殖，并在特定生理條件下分化為特化細胞。

       影響干細胞特化過程的信號可分為外部信號，如細胞之間的物理接觸或周圍組織的化學分泌，以及內部信號，即由 DNA 中的基因控制的信號。

       干細胞還充當身體的內部修復系統。只要有機體還活著，新細胞的補充和形成是無限的。干細胞活性取決于它們所在的器官；例如，在骨髓中，它們的分裂是恒定的，盡管在胰腺等器官中，分裂只發生在特殊的生理條件下。