生物医学技术创新与产业化浅议——中南大学生殖与干细胞工程研究所技术创新实践的思考

回顾辅助生殖技术到干细胞工程的发展历程,探讨生物医学技术产业化过程中存在的问题及生物医学技术创新对学科建设和发展的影响。结论是生物医学科学创新原理必须转化为技术创新原理才能进而转化为生产力。而生物医学技术的不断创新要通过产业化来实现,产业化促进了学科发展规模和科学研究的持续深入。

哺乳动物卵巢中生殖干细胞的研究历史与进展

对于出生后的哺乳动物卵巢中是否存在生殖干细胞以维持卵泡的更新一直争议不断,现就该领域的研究历史及最新进展进行综述.

干细胞来源的组织工程血管的研究及应用进展

血管在人体的绝大多数组织的形成和维持中起到重要作用.内皮细胞和平滑肌细胞是血管的重要组成细胞,同时还参与血管形成的调节、血压调节、脂代谢、血管内膜增生、肿瘤、炎症和血栓形成等生理病理过程.内皮和平滑肌细胞在治疗血管性疾病和促进缺血组织生长等应用中潜能巨大,其相关研究引起广泛关注.

人类胚胎干细胞向造血细胞和内皮细胞诱导分化的初步研究

胚胎干(ES)细胞是一种能够自我更新、长期增殖并且具有多向分化潜能的干细胞。近年来的研究表明, 小鼠胚胎干细胞体外分化能够模拟体内造血发育的过程。为探讨诱导人类胚胎干细胞向造血细胞和内皮细胞的 分化的方法,将人类胚胎干细胞去饲养层,形成拟胚体(EB)培养3天后消化;采用基质细胞条件培养基联合细胞 因子的诱导体系,诱导8天后,种植到半固体培养基中培养7-14天。应用RT-PCR检测诱导细胞flk-1、BMI-1、scl、 Zeta-globin造血相关基因的表达;流式细胞术检测KDR、CD34等造血细胞表面抗原的表达;免疫组织化学检测集落 细胞的表面标记。结果表明:①半固体培养基中出现20-30个细胞组成的集落,集落细胞再种植仍然能够形成大 小相似的细胞集落;另外一些较大的细胞集落中CD45细胞呈阳性。②部分细胞贴壁生长形成内皮细胞样集落,Ⅷ 因子、KDR、UEA检测均为阳性。③在ES细胞内有少量flk-1、BMI-1表达,而scl、Zeta-globin基因不表达;自发分化 3天的EB可见flk-1、BMI-1表达上调;消化形成单细胞并诱导4天,检测到flk-1、BMI-1、scl、Zeta-globin基因的表 达,第8天仍然检测到flk-1、BMI-1、scl基因的表达,Zeta-globin基因不表达。④诱导8天的细胞中表达flk-1阳性细 胞的率为9.8％,CD34阳性细胞占总细胞量的16.8％。

人羊膜上皮细胞干细胞特性及向胰岛素分泌细胞分化的研究

目的建立人羊膜上皮细胞(hAECs)的分离及培养方法,探讨其向胰岛素分泌细胞分化的能力。方法观察不同培养方法对hAECs生长倍增时间的影响以优化其培养体系;通过细胞免疫荧光法检测不同培养代数细胞多能干细胞的表面标记;通过体外添加诱导因子的方法,探讨诱导hAECs向胰岛素分泌细胞分化的潜能。结果在10 ng表皮生长因子培养下,hAECs可长期传代。hAECs表达胚胎干细胞表面标记如阶段特异性胚胎抗原4等;采用悬浮培养法诱导分化,可检测到胰岛发育、胰岛功能基因如胰腺十二指肠同源盒、神经源素3、同源异形盒转录因子6、胰岛素、胰高糖素的表达,免疫组化检测细胞可以表达胰岛素,并且随着外界葡萄糖浓度升高,胰岛素分泌显著增加。结论建立了人羊膜上皮细胞的分离和培养方法(不添加动物血清);在体外可诱导分化为胰岛素分泌细胞。

人类胚胎干细胞分化前后CDCA8基因启动子区甲基化状态的实验研究

目的:分析在人类胚胎干细胞分化过程中,CDCA8基因启动子区甲基化的状态。方法:生物信息学预测人类CDCA8基因上游2 kb区域的CpG岛。抽提未分化和自然分化的人类胚胎干细胞gDNA,应用重亚硫酸盐修饰和DNA序列分析方法检测CDCA8基因启动子区CpG岛甲基化情况。结果:未分化和自然分化的人类胚胎干细胞中,被检测的CDCA8基因启动子区CpG岛均未发现明显的甲基化修饰。结论:在人类胚胎干细胞分化前后,CDCA8基因启动子关键区域的甲基化状态未发生明显改变。

发育重演律与干细胞研究

发育重演律是生物个体发育的一般规律,也是干细胞分化的一般规律,可以为干细胞研究提供指导。本文根据发育重演律提供的个体发育基本模式和干细胞分化的一般过程,提出了干细胞分化周期的概念,不但指出了成体干细胞在体内存在的部位,还对多潜能干细胞和单能干细胞存在的部位进行了区分,并对间充质干细胞的本质及相关现象进行了阐释。

血液血管干细胞的研究进展

血液血管干细胞是一种具有双向分化潜能的干细胞,在体内外发育过程中,能够分化成为造血细胞和内皮细胞。近年来,血液血管干细胞在起源、生物学特性、相关的分子生物学特点、体外诱导分化等几个方面的研究取得了较大的进展。本文围绕以上几个方面对近几年的研究成果进行综述。

人类胚胎干细胞向造血干细胞分化的微环境研究

目的探讨胎肝基质细胞和骨髓基质细胞在诱导胚胎干细胞向血液血管干细胞分化中的作用,分析基因表达差异。方法通过将分化4d的EBs分别接种到以下两组中:(1)胎肝基质细胞层+细胞因子;(2)骨髓基质细胞层+细胞因子;诱导结束后,流式细胞术检测各组中血液血管干细胞标志KDR阳性细胞数以及造血干细胞标志CD34阳性细胞数,计数细胞分化过程中形成的造血干细胞样的集落数,比较诱导分化效果;收集胎肝基质细胞和胚胎骨髓基质细胞,采用cDNA芯片分析基因表达差异。结果流式细胞术检测发现,两组中KDR+细胞的比例为分别为:(1.06±0.20)%、(8.8±1.49)%;CD34+细胞比例为分别为:(1.25±0.16)%、(9.19±2.10)%;血岛样集落数量分别为0.9±0.36、10.6±0.63;上述结果均以骨髓基质细胞联合细胞因子诱导方法效率最高。基因芯片(hBMSCs/hFLSCs)中总共有240条基因在骨髓基质细胞中高表达,397条基因的在肝脏基质细胞中高表达。对细胞因子、细胞黏附分子以及细胞外基质蛋白的基因加以分析,结果发现在hBMSCs高表达的相关的21条基因,推测可能与造血分化相关。结论人类胚胎干细胞向造血干细胞分化过程中,涉及到细胞与细胞之间的相互作用,相关的细胞因子、细胞黏附分子、细胞外基质蛋白等可能起重要的作用。

开展《干细胞工程学》教学初探

干细胞工程学是一门医学博士生新开的课程。在干细胞工程学内容安排上我们兼顾了医学博士生中医学基础研究方向和临床医学研究方向，含盖了干细胞的基础理论和临床应用。授课前均要求教师进行预讲，对各授课教师的教学内容进行把关，并对教学模式、教学方法、教学手段等方面给予合理建议以确保教学质量。采取启发式教学，增进教学互动。因所学内容非常实用，很受学生的欢迎。授课教师也认为通过授课提高了自身教学水平．丰富了教学经验。

造血干细胞体外扩增方法研究进展

造血干细胞具有自我更新和多向分化的潜能,能够发育为血液系统和免疫系统。脐带血作为造血干细胞的主要来源,成为近年来的研究热点。但单份脐带血中,造血干细胞的数量有限,不能支持成年人的造血重建,需要进行体外扩增。造血干细胞体外扩增的方法有很多,现就造血干细胞体外培养方法的研究进展予以综述。

染色质修饰因子在诱导多能干细胞重编程中的研究进展

诱导多能干细胞(i PSCs)因其独特优势在再生医学领域具有广泛的应用前景。近年来,一系列的研究发现染色质修饰因子对于干性的维持和促进重编程进程不可或缺。在重编程过程中抑制一些染色质修饰酶能提高重编程效率,而敲减或敲除一些染色质修饰因子则使重编程效率下降或不能实现重编程。该文就近几年发现的在i PSCs重编程过程中发挥重要作用的染色质修饰因子及其作用机制予以综述。

Wnt3a和Activin A共同促进人胚胎干细胞向限定性内胚层细胞分化

【目的】研究Wnt3a和ActivinA存限定性内胚层诱导中共同作用的最佳时间窗。【方法】在无饲养层体系培养的人胚胎于细胞中，加入25ng／mLWnt3a和100ng／mLActivinA，共同作用不同时间（1～4d），收集不同作用时间点（0，1，2，3，4，5d）细胞，对原条、内中胚层前体标记Brachyury及限定性内胚层标记Sox17分别进行免疫荧光染色，统计阳性细胞总数，计算阳性细胞率。以看家基阕β-actin作为对照，采用RTPCR方法对原肠作用基因（Goosecoid（GSC）、Mixll）及三胚层发育相关基因（内胚层基因Sox17、Foxa2，内中胚层前体基因Braarchyury，中胚层基因Flk-1，外胚层基闪Pax6，胚外内胚层基因Sox7、CDX2）的表达进行检测。【结果]Wnt3a与ActivinA共同作用1～4d，均能获得限定性内胚层细胞，其中二者共同作用1d分别能获得（78．9±7．3）％Brachyury阳性细胞和（85．2±3．8）％的Sox17阳性细胞。RTPCR结果显示，在Wnt3a与ActivinA共同作用下，原肠作用基因及三胚层发育相关基因表达的时间有差异。【结论】Wnt3a和ActivinA共同作用1d，是有效促进人胚胎干细胞向限定性内胚层细胞分化的最佳作用时间窗。

人胚胎干细胞和分化细胞差别基因的筛选

人类胚胎干细胞 (humanembryonicstemcell,hESC)在增殖过程中如何保持未分化状态是干细胞生物学的核心问题之一 ,已有的LIF通路、Oct 4因子及Nanog基因的作用还不能对这一问题做出全面的解释。为进一步了解维持hESC未分化状态的机制 ,采用自行建立培养的hESC及分化的hESC细胞克隆 (differentiatedhESC ,dhESC) ,应用抑制消减杂交 (SuppressionSubtractiveHybridization ,SSH)结合反向cDNA斑点杂交技术 ,筛选出在hESC高表达、在dhESC中低表达或不表达的表达序列标签 (ExpressedSequenceTag,EST)共 10 5个。通过与GenBank比较 ,显示其中76个EST代表 6 1个已知基因 ,18个EST代表 15个假想基因 ,另有 11个属于未知EST。选取其中 8个克隆进行半定量RT PCR分析 ,证实其中 7个克隆在hESC中高表达 ,在dhESC中低表达或不表达。结果表明 ,hESC分化前后涉及多个基因的差异表达 ,对这些在hESC中高表达、在dhESC中低表达或不表达基因的进一步功能研究为阐明维持hESC未分化状态的机制提供了基础。

人孤雌胚胎干细胞与正常胚胎干细胞分化能力的比较

目的比较人类孤雌胚胎干细胞(pESCs)系与正常胚胎干细胞(nESCs)系的分化能力,探讨pESCs是否和nESCs一样具有多向分化潜能。方法将pESCs和nESCs分别注射到重症联合免疫缺陷(SCID)小鼠体内形成畸胎瘤,瘤体组织切片和HE染色后进行组织学分析;将pESCs和nESCs体外悬浮培养形成拟胚体(EB),利用RT-PCR检测3个胚层主要器官以及滋养层细胞发育关键基因的表达;将pESCs和nESCs定向诱导分化为滋养层细胞,通过流式细胞仪测定人绒毛膜促性腺激素-β(hCG-β)阳性细胞比例以及通过酶联免疫吸附测定(ELISA)进行hCG-β的定量分析。结果在体内生长和体外培养过程中,pESCs和nESCs均能够向3个胚层的细胞类型分化。在SCID小鼠体内可形成畸胎瘤,有神经上皮、软骨、腺上皮等3个胚层的衍生物产生;pESCs和nESCs来源的EB在体外自发分化5～21d后,均检测到3个胚层主要器官以及滋养层细胞发育关键基因的表达;pESCs定向分化为滋养细胞后,可以检测到hCG-β的表达,但其阳性细胞比例和分泌量均低于nESCs。结论 pESCs具有向3个胚层以及滋养层细胞分化的能力,但是向滋养层细胞分化的能力仍低于nESCs。

血清及细胞因子对人骨髓间质干细胞增殖的影响

目的 :探讨影响体外骨髓间质干细胞增殖的因素。方法 :取胸部外科手术无血液系统疾病病人肋骨 ,采用密度梯度离心法分离单个核细胞 ,以每皿 5× 10 5个的细胞浓度接种 ,9d后 ,瑞士 吉姆萨染色 ,计数集落并进行统计分析。结果 :在 5 %～ 30 %的血清浓度范围内 ,骨髓间质干细胞集落数随血清浓度的升高而增多。bFGF ,IL 1α ,IL 3,IL 6等细胞因子可促进骨髓间质干细胞的增殖。结论 :血清浓度与细胞因子bFGF ,IL 1α ,IL 3,IL

人类胚胎干细胞向造血细胞的自发分化

目的研究人类胚胎干细胞自发向造血分化过程中造血干细胞和成熟血细胞标志出现时间,这将为胚胎干细胞定向诱导分化提供依据。方法将我所建立的人类胚胎干细胞系(chESC3)自发分化形成拟胚体,RT-PCR方法检测不同时间点造血相关基因KDR、Bmi1、Scl、gata2等的表达、流式细胞术检测6、8、10、12d造血干细胞标志CD34表达,并通过造血集落培养方法检测这些时间点造血集落形成能力,最后将拟胚体制备石蜡切片,免疫细胞化学检测10、12、15、18d CD45阳性阳性细胞数。结果造血干细胞早期基因KDR、Bmi1在hESCs中有表达,同时该基因随着拟胚体培养时间的延长,在第4～6天开始上调表达;造血干细胞标志性基因Scl,gata2在6～8d开始表达,并且维持高表达到12d。流式细胞术检测不同时间点hEBs中CD34阳性细胞数,发现其随时间的延长有增多的趋势,6、8、10、12d分别为(1.4±0.4)%、(3.4±1.3)%、(5.5±2.2)%、(5.1%±1.7)%;6、8、10、12d的拟胚体细胞进行集落培养检测形成的集落数在每105个拟胚体细胞中分别为0、7±2、37±11、89±29,P<0.01;集落细胞表达CD45,瑞士吉姆撒染色,可以检测到分叶核粒细胞;免疫细胞化学法对10、12、15、18d拟胚体进行切片染色,发现在这4d中可以明显观察到CD45阳性细胞的出现,并随时间的延长而数量增多,分别为:0、40.5±15.09、178.6±55.89、253.0±52.04,P<0.05。结论在自发向造血细胞分化的过程中经历了3个阶段:hESCs向胚层特异性细胞分化(前6～8d);造血干祖细胞扩增期(第8～12天);成熟血细胞大量出现期(15d以后)。

干细胞概述

干细胞是存在于胚胎和成体中的一类特殊细胞,它能长期地自我更新,在特定的条件下具有分化形成多种终末细胞的能力,不同来源的干细胞分化潜能各异。从早期胚胎内细胞团分离的胚胎干细胞能分化形成个体所有的细胞类型,并具有在体外无限增殖的能力,是最具有临床应用前景和研究价值的干细胞之一。在成体各种组织和器官中也存在成体干细胞,用于维持机体结构和功能的稳态。近期有关成体干细胞可塑性的研究和成体组织中多能干细胞存在的证据扩大了人们对成体干细胞分化潜能的认识。干细胞具有的多向分化潜能和自我更新能力使其成为未来再生医学的重要种子细胞,并成为研究人类早期胚层特化和器官形成、药物筛选以及基因治疗的最佳工具。

大鼠胚胎视网膜干细胞的分离培养

目的分离培养大鼠胚胎视网膜干细胞。方法从胎龄第16d的SD大鼠视网膜神经上皮分离视网膜细胞并进行悬浮培养,观察细胞增殖以及自发分化情况,采用免疫细胞化学方法检测Nestin、β-Tubulin、GFAP和Recoverin的表达。结果原代细胞可形成悬浮生长的神经球,传代后能形成新的细胞球。原代及传代细胞大部分表达神经干细胞标记物Nestin,分化后的细胞部分表达神经元标记物β-Tubulin或神经胶质细胞标记物GFAP,少数细胞表达光感受器细胞标记物Recoverin。结论分离培养的SD胚鼠视网膜神经干细胞可以在体外扩增并具有多分化潜能。