生物技术服务

干细胞是生物学和医学应用中功能最强大的工具。那么科学家们要如何来开发利用这些细胞的惊人潜能呢？

患有黄斑变性的患者会进行性地丧失他们的视力。最初，他们只是感觉看到的人和物边缘模糊，逐渐在弱光下无法识别面目，之后阅读和驾车也变得困难，最终直至完全失明。

其原因是由于视网膜上的感光细胞受到了损害，丧失了功能。黄斑变性是一种老龄化疾病，是65岁以上老年人视力丧失的主要病因。预计到2020年美国将有将近300万人受累于这一疾病。

相关的疾病还包括一种称为Stargardt病（少年型黄斑营养不良）的遗传性疾病，主要累及青少年。罹患此疾病，会导致视网膜深层脂质堆积，破坏视网膜功能，最终导致视力丧失。如果视网膜中这些坏死细胞能够被修复或替换会怎样呢？科学家们正在检测一种针对黄斑变性和黄斑营养不良的大胆的新治疗策略。开展这项试验Advanced Cell Technology公司利用人类胚胎细胞生成了替换的眼部细胞，并将替换细胞注入到眼底修复视网膜。

干细胞的功能非常强大。干细胞具有多能性，这意味着它们能够转化为人体220种细胞类型中的任意一种。一个干细胞也可以分裂生成数以百万计的干细胞。干细胞自我更新及生成新组织的潜能可以说几乎是无限的。这些特性使得干细胞成为了实验室和医学应用中的重要工具。它们使科学家们对于人类的发育有了更深入的认识，提供了一条不危害人类志愿者的药物测试途径，以及替换受损组织，例如视网膜细胞、肌肉细胞或脊髓细胞的途径。但是我们才能充分利用干细胞？如何才能使这些干细胞在我们期望的地方，以我们期望的方式生长，并替换损伤或病变组织？

要了解干细胞，我们首先必须构建它们的基础生物学。从微小的蠕虫到小鼠和人类，几乎所有的动物都具有干细胞。干细胞可分为三种类型：胚胎干细胞、成体干细胞和诱导多能干细胞(iPS)，每种类型的干细胞均具有自身的性能和局限。胚胎干细胞来自最早期发育阶段生物体。当精子与卵子相遇，生成的受精卵开始分裂，此时每个细胞均具有形成机体所有细胞类型的潜能。这就是多潜能性的本质。直至细胞经过几次分裂后，它们才开始倾向于选择命运，表达某种细胞类型特异的基因。这一过程就称之为分化。

一旦胚胎发育为成熟的生物体，大部分的细胞均会发生分化，但也有少量的特殊细胞。不同于大部分成体细胞，它们保有增殖及形成其他类型细胞的能力。这些成体干细胞定位在某些组织特异的干细胞微环境中，等待来自生物体的指令替换或修复组织。它们通常被发现存在于必须不断补充自身的组织中，例如血液、皮肤和肠。它们也被发现存在于较少频繁更替细胞的大脑中。这些成体干细胞可以说具有多能性，但不同于多潜能细胞，它们不能转化为人类220种细胞类型中的所有类型。例如，大脑中的神经干细胞可以分化为几种脑细胞，但不会形成肝细胞。在过去的10年里，科学家们学会了如何利用成熟分化的细胞来生成干细胞。科学家们驱使这些达到分化状态的细胞重新获得多能性，将其命名为诱导多能干细胞。例如，通过上调少量基因的表达，科学家们就能够让皮肤细胞从分化信号通路折回，恢复到灵活的多潜能状态。

掌控了操纵细胞命运的能力，让科学家们愈加对这些令人着迷的细胞的潜力感到兴奋。然而干细胞领域是一个新兴的领域，还有大量基础的问题仍悬而未解。例如，3种干细胞类型有何区别？它们又有哪些共同之处？我们能利用这些细胞来治疗疾病吗？我们能否利用它们来重建组织与器官？