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

關(guān)于胚胎干細胞我們知道什么？

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

許多科學領域都使用小鼠胚胎干細胞來研究胚泡如何長成成人，以及研究哪些信號指導干細胞分化為特化細胞。

通過用轉(zhuǎn)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(xiàn)的細胞生長而來的。在人類、小鼠和其他哺乳動物中，胚胎在這個階段是一個由大約100個細胞組成的球。它被稱為囊胚^?，分為兩部分：

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

稱為內(nèi)細胞團的內(nèi)部細胞團是一個由10-20個細胞組成的球。這些細胞未分化或未特化。它們會大量繁殖和分化，從而產(chǎn)生形成整個動物所需的多種類型的細胞。內(nèi)細胞團中的一些細胞是多能的：它們可以制造體內(nèi)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(nèi)細胞團并給予適當?shù)臓I養(yǎng)，多能細胞就可以在實驗室中生長。

通常發(fā)生在胚胎中的細胞成熟和特化過程停止了。相反，細胞會繁殖以產(chǎn)生更多類似于內(nèi)細胞團細胞的未??分化細胞。這些實驗室培養(yǎng)的細胞被稱為胚胎干 (ES) 細胞。

將小鼠胚胎干細胞用于科學和醫(yī)學

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)生的幼崽出生時混合了細胞，(a) 來自宿主胚泡和 (b) 來自注射的ES細胞的細胞。這種具有來自兩個不同來源的細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胞傳遞給它們的后代。研究人員可以在實驗室中精確地改變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家使用由ES細胞制成的轉(zhuǎn)基因小鼠來研究與許多人類疾病有關(guān)的基因。例如，他們制造了帶有在人類癌癥中發(fā)現(xiàn)的突變的小鼠?？梢詫@些小鼠進行研究，以了解更多關(guān)于癌癥如何生長和測試潛在藥物的信息。

2007年，諾貝爾醫(yī)學獎授予三位率先使用ES細胞培育轉(zhuǎn)基因小鼠的科學家，這一技術(shù)在科學和醫(yī)學領域的巨大價值得到了認可。

人類胚胎干細胞

科學家們還通過采用與分離小鼠ES細胞的技術(shù)類似的技術(shù)，從人類胚胎的內(nèi)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胚胎及其來源的信息?。不允許將人類細胞注射回胚泡，但這些細胞可以在實驗室中分化成許多不同的特化細胞類型。通過在實驗室中使用人類 ES 細胞產(chǎn)生神經(jīng)細胞或心臟細胞等特殊細胞，科學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門的成體細胞，以了解某些疾病出了什么問題，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？

研究人員正在學習如何通過將ESC暴露于不同的信號分子和生長條件來創(chuàng)建體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的許多不同的特殊細胞類型。

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。

研究人員正在通過嘗試在實驗室中培養(yǎng)原始器官來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(zhàn)是什么

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

另一個具有挑戰(zhàn)性的領域是精確控制胚胎干細胞如何分化為多種特殊細胞類型。

尋找方法來獲得大量由干細胞制成的均勻且提供可靠結(jié)果的特化細胞是一個主要目標，但不是一個容易實現(xiàn)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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