国际新格局下的干细胞研究发展与展望

干细胞具有自我更新和多分化潜能。随着研究的不断深入,干细胞已成为生命科学领域最令人瞩目的研究项目之一,在为基础研究做出巨大贡献的同时也为再生医学展现了美好的应用前景。然而由于国家、民族、宗教信仰及政党等不同,干细胞在各地区发展程度并不一致。最近美国总统奥巴马宣布联邦政府将支持干细胞的研究,这势必会对目前干细胞研究领域的发展格局产生深远的影响。而我国对干细胞及治疗性克隆的研究一直持支持态度,并且在该领域取得了一定的原创性成果。因此面对新的研究格局,我国应继续积极制定相应对策,不断推动干细胞的研究,并且加速干细胞在产业化领域中的应用。

胰酶和Ⅳ型胶原酶在人胚胎干细胞传代中的作用特点

目的对比人胚胎干细胞(hESC)培养过程中不同的酶消化细胞的特点,探讨适合hESC长期体外培养的消化传代方法。方法将正常生长在小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)滋养层上的hESC分别用0.05%胰酶-EDTA和Ⅳ型胶原酶消化,重新接种,了解两种酶消化后的细胞存活率、克隆形成数量、细胞产量、冻存-复苏后细胞的存活率以及长期传代后细胞核型情况。结果用0.05%胰酶-EDTA消化传代后形成的克隆大小均一,每代第3d可获得碱性磷酸酶(AP)阳性克隆数(21.2±3.5)个/10倍视野,每次传代时hES细胞产量可达(4.56±1.29)×105/cm2,传代时细胞存活率高达95.60%,经冻存-复苏后也有81.20%细胞存活率。用Ⅳ型胶原酶消化组每代仅可获得低浓度胰酶消化组AP阳性克隆数的一半,克隆大小不均,细胞产量也比低浓度胰酶消化组少,传代时细胞存活率和复苏后细胞存活率和低浓度胰酶组相似。分别用两种酶处理传代十余代,核型均无异常。结论两种酶消化均适用于hESC培养,二者作用特点不完全相同,分别适用于不同的实验需要。

不同滋养层对维持人胚胎干细胞的生长作用

目的比较不同滋养层对保持连续传代培养的人胚胎干细胞(hESC)不分化和高增殖能力作用的差异。方法分别用小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)、人包皮成纤维细胞(hFF)、人骨髓间充质细胞(hMSC)作为滋养层培养hESC系H9细胞,采用碱性磷酸酶染色和台盼蓝染色观察不同滋养层支持的hESC的碱性磷酸酶阳性克隆数、细胞产量和细胞存活率,并采用免疫荧光染色对传代5代以后的hESC进行生物学鉴定。结果3种滋养层细胞均可维持hESC呈克隆样生长,但是不同滋养层支持的克隆的形态差异大。3种滋养层细胞支持的hESC的大鼠抗阶段特异性胚胎抗原-3及碱性磷酸酶染色均呈阳性。MEF支持的hESC的碱性磷酸酶阳性克隆数、细胞产量和细胞存活率均显著高于人来源滋养层(均P<0.01)。hMSC支持的hESC的碱性磷酸酶阳性克隆数、细胞产量均显著高于hFF的hESC(均P<0.01)。结论3种滋养层细胞均可支持hESC的正常生长。MEF最有利于hESC的增殖,但是两种人来源滋养层细胞为去除动物源性的hESC培养体系奠定了基础。在维持hESC增殖方面,hMSC优于hFF。

食蟹猴胚胎干细胞的培养及向神经细胞诱导分化

目的建立食蟹猴胚胎干细胞系体外培养体系,并诱导其向神经细胞分化,为在体移植实验奠定基础。方法用小鼠胚胎成纤维细胞作为饲养层,长期培养食蟹猴胚胎干细胞。在无血清培养基中添加小鼠重组Noggin的方式诱导其向神经细胞分化,并对分化各阶段细胞进行免疫组化染色检测分化效果。结果食蟹猴胚胎干细胞在饲养层上成克隆样生长,可以长期扩增超过20代并保持胚胎干细胞的特性。诱导向神经细胞分化约14 d,即可形成呈玫瑰花环样的神经前体细胞结构,可见大量Nestin阳性细胞,及部分Tu j-1阳性细胞;分化约21 d时,可见大量Nes-tin阳性细胞以及大量Tu j-1阳性细胞;分化超过35 d,可见GFAP阳性细胞,而Tu j-1阳性细胞减少。结论成功建立食蟹猴胚胎干细胞的培养体系,在此基础上诱导其分化可获得大量神经前体细胞,尤其是早期神经细胞。

含GDNF基因的慢病毒载体的构建和其在人胚胎神经干细胞中的表达

利用含胶质源性神经营养因子(Glial cell derived neurotrophic factor,GDNF)基因的慢病毒载体转染了人胚胎来源的神经干细胞,探讨了转染后GDNF在神经干细胞中的体外表达水平及其影响因素。首先GDNF基因被克隆入慢病毒载体,通过瞬时转染法包装出病毒上清,经滴度鉴定后分别按拷贝数为1、2.5、5、10转染神经干细胞。转染后细胞经过潮霉素筛选得到均一表达GDNF的神经干细胞体系。其后分别利用酶联免疫吸附(ELISA)方法和Real-time PCR方法测定不同转染组细胞在不同时间点GDNF的蛋白分泌水平和基因表达水平。实验中构建了表达GDNF基因的慢病毒载体,包装出的病毒上清在体外培养条件下成功转染了神经干细胞,经潮霉素筛选可以得到均一的持续表达分泌GDNF的人胚胎皮层神经干细胞体系。实验结果表明转染拷贝数可以影响GDNF的分泌水平,相同条件下转染拷贝数越高,GDNF分泌量越多,其基因表达水平越高。因此,含GDNF的慢病毒载体可以成功转染人胚胎来源的神经干细胞,使其持续表达GDNF,转染过程中可以通过拷贝数在一定水平上控制GDNF的蛋白分泌水平和基因表达水平。

慢病毒介导绿色荧光蛋白转染人胚胎干细胞及其培养

目的稳定培养人胚胎干细胞,并通过慢病毒载体对其进行绿色荧光蛋白标记。方法利用小鼠胚胎成纤维细胞作为饲养层或Matrigel作为基质培养人胚胎干细胞,包装带有GFP序列的慢病毒转染人胚胎干细胞。对转染前后的人胚胎干细胞进行了碱性磷酸酶和SSEA-3免疫组化鉴定。结果在MEF饲养层和Matrigel上均可培养出呈克隆样生长,表达标志抗原的人胚胎干细胞,经慢病毒转染及抗生素筛选后仍可稳定表达GFP。结论成功地培养了人胚胎干细胞系,并进行了GFP标记。

干细胞临床研究和治疗的伦理、道德及法律问题探讨

干细胞的临床研究和应用给人类多种重大疾病的治疗带来了希望,干细胞和再生医学已成为当今最受瞩目的生命科学研究领域,但同时干细胞技术的蓬勃发展也受到了伦理、道德和法律方面的冲击。本文重点分析了干细胞和再生医学领域的研究现状与发展趋势,尤其是干细胞技术与产品带来的伦理争议,深入探讨我国应如何制定相关的政策、法规和管理办法,并关注其它需要重视或亟待解决的问题,希望有助于推动我国干细胞临床研究和治疗的健康发展。

利用巢式聚合酶链反应检测单个胚胎小体细胞中时钟基因的表达

目的建立一组灵敏的检测时钟基因(c lock gene)的巢式聚合酶链反应(nested PCR)方法,并检测小鼠胚胎小体(EB)来源的单细胞中重要时钟基因的表达情况。方法培养小鼠胚胎干细胞(mESC),体外诱导分化为EB,提取总RNA并进行反转录,用BMAL1、CLOCK、CRY1和CRY2基因特异引物进行巢式聚合酶链反应,电泳检测扩增产物,从而建立相应的巢式PCR反应体系。利用膜片钳获取胚胎小体来源的单个细胞,通过巢式PCR反应检测相应时钟基因的表达情况。结果确定了BMAL1、CLOCK、CRY1和CRY2基因的扩增参数。证明在此条件下无非特异扩增,并且能够检测到至少两个拷贝的目的分子。利用此检测体系发现,部分胚胎小体细胞中BMAL1、CLOCK、CRY1和CRY2时钟基因环路不完整。结论巢式PCR方法能够灵敏地、而且特异地从单细胞中检测出一组时钟基因的表达,时钟基因的转录在胚胎小体细胞中并不一致,即时钟基因的环路不完整。时钟基因可能在细胞分化过程中发挥着某种作用。

HtsA表达质粒克隆和蛋白质的纯化

目的克隆HtsA重组表达质粒以获得HtsA表达蛋白。方法通过PCR方法扩增获得A组链球菌HtsA基因完整的序列,将此片段定向克隆到表达载体pET21d质粒中,在E.coli BL21(DE3)中表达融合蛋白,并运用离子交换层析和疏水层析分离纯化HtsA蛋白。结果经琼脂糖电泳证实成功克隆了重组表达质粒pET21d-HtsA,pET21d-HtsA融合蛋白在E.coli BL21(DE3)中得到表达,SDS-PAGE分析表明纯化的HtsA纯度较高。结论成功构建了A族链球菌HtsA基因重组表达质粒,并纯化获得了目的蛋白HtsA。

免疫磁珠分选降低分化体系中胚胎干细胞的比例

研究目的:采用免疫磁珠分选系统(magnetic activated cell sorting,MACS)分离去除小鼠胚胎干细胞(murine embryonic stem cells,mES)向神经细胞分化时培养体系中的ES细胞,即对分化细胞进行纯化,以期减少移植致瘤性。方法:诱导mES细胞向神经细胞分化,取分化第四期的细胞,胰酶消化制成单细胞悬液,用mES特异性表面抗原SSEA-1(special stage embryonic antigen-1)单抗标记,间接免疫磁珠分选系统分离去除SSEA-1阳性细胞,流式细胞仪检测分选前后细胞中mES细胞的比例,台盼蓝染色检测分选前后细胞存活率。结果:经MACS分选后的阴性细胞中的SSEA-1阳性率可以由分选前的(7.19±1.36)%下降到(1.34±0.80)%,结果具有显著性差异;分选后的细胞存活率仍为92%左右,与分选前存活率无明显变化。结论用SSEA-1作为表面标志,用MACS方法能有效地去除胚胎干细胞分化细胞中残存的胚胎干细胞,得到高纯度的分化细胞,并且细胞存活率不受影响,为下一步进行移植实验奠定基础。

小鼠胚胎干细胞分化扩增期连续低密度传代对原始细胞中Oct-4阳性细胞比例及神经分化能力的影响

目的:探讨在分化扩增期采用连续低密度传代的方法是否能降低小鼠胚胎干细胞向神经细胞分化的前体细胞中Oct-4阳性细胞的比例,以及对神经分化能力的影响。方法:采用"五步法"将小鼠胚胎干细胞向神经元分化,进入扩增期后采用连续低密度传代的方法连续传10代。然后应用细胞免疫组化鉴定Oct-4阳性细胞、神经元与胶质细胞、流式细胞仪检测Oct-4阳性细胞比例、凋亡试剂盒测定细胞凋亡。结果:流式细胞仪检测出扩增期连续低密度传代得到的前体细胞中Oct-4阳性细胞的比例由16.17±4.8%降至4.33±1.63%,扩增期低密度传代细胞和正常高密度传代细胞的细胞凋亡率鉴定分别为15.16±3.64%和11.88±2.63%,步骤5诱导分化后的细胞GFAP和Tuj-1免疫组化染色呈阴性。结论:低密度传代培养可以减少分化后Oct-4阳性细胞的比例,且该比例下降不是由Oct-4阳性细胞的凋亡引起的。同时可能是因为低密度传代培养和高密度相比引起了细胞的质变、或者改变了前体细胞向神经元分化的某种微环境,导致了前体细胞不能分化为神经细胞。提示高密度培养在前体细胞向神经元分化过程中具有重要作用,高密度和低密度培养的比较,提供了研究ES细胞向神经元分化机制的新平台和研究方向。

食蟹猴胚胎干细胞向间充质前体细胞诱导分化及鉴定

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)可以诱导分化成脂肪、软骨、骨骼和骨骼肌细胞,并可作为骨骼、软骨或肌肉移植中的再生干细胞,广泛应用于细胞治疗和组织工程。胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)具有体外培养无限增殖和多向分化的特性,能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。该研究通过无血清条件下诱导食蟹猴ESCs形成类胚体(embryoid bodies,EBs),然后在血清条件下贴壁分化EBs成间充质前体细胞(mesenchymal precursor cells,MPCs),再经过长期体外培养,纯化和扩增MPCs。结果显示,纯化后的MPCs具有MSCs生物学特征,并能在体外诱导分化成脂肪细胞和骨细胞。将这些细胞皮下注射给SCID小鼠,并未发现形成肿瘤,提示食蟹猴ESCs来源的MPCs具有一定的安全性。

小分子化合物组合改善多能干细胞向脑类器官定向分化的效率

目的优化多能干细胞(PSCs)定向分化为脑类器官的条件,提高人脑类器官的分化效率。方法利用人胚胎干细胞(hESCs)系H9向人脑类器官诱导分化体系,在早期脑类器官分化到神经祖细胞的发育阶段添加小分子化合物组合,通过形态学观察不同分化阶段脑类器官中的神经祖细胞形成的效率、细胞凋亡的情况以及分化成神经元的效率,通过RT-qPCR检测标志性基因的表达量,综合评估添加的小分子化合物组合对脑类器官形成的影响。结果在脑类器官神经祖细胞发育的关键阶段(1 d~14 d),培养基中依次添加多索啡(dorsomorphine)、A83-01、GSK-3β抑制剂CHIR99021和SMAD抑制剂SB-431542,可使神经祖细胞阶段的相关标志性基因的表达量显著提高,促进特异性神经管样结构形成,脑类器官中心区域的细胞凋亡减少。结论通过使用上述4种小分子化合物组合,可明显提高早期脑类器官的形成效率,减少脑类器官中的细胞凋亡、促进神经元形成,减少培养过程中的组织结构异质性。

缝隙连接蛋白26缺陷聋的神经细胞中缝隙连接蛋白的表达差异

目的:通过诱导多能干细胞(iPSCs)技术获得缝隙连接蛋白26(Cx26)缺陷聋患儿的神经细胞,研究Cx26缺陷对神经细胞发育和基因表达的影响。方法:从3例Cx26缺陷造成的极重度耳聋患儿取得成纤维细胞,将之诱导为数个非整合iPSC细胞系,鉴定这些细胞系的形态和内源性、外源性基因表达。然后将这些细胞系向神经细胞方向分化,检测整个过程中形态、多能性基因、神经标记物、缝隙连接蛋白基因表达变化。结果:能够成功建立Cx26缺陷的3个iPSC细胞系,并且可以在体外分化为神经前体细胞和神经元细胞;这些细胞的形态、增殖、内源性、外源性基因表达与人胚胎干细胞基本一致;iPSC细胞系分化出的神经元细胞中,Cx32的表达明显上调,Cx36的表达略微上调,Cx26的表达没有明显变化。结论:Cx26缺陷不影响诱导多能干细胞的神经分化,但其过程中Cx32和Cx36表达上调,提示Cx32可能对Cx26缺陷发挥了代偿作用。