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什麼是幹細胞?

幹細胞是生命的基石

幹細胞,是一類具有多向分化潛能和自我復制能力的原始的未分化細胞,可以在人體中發揮多種再生功能。例如,成體幹細胞可以橫向分化為其他類型的細胞和組織,調節免疫系統,在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。

幹細胞存在於人類的整個生命中,從胚胎發育直到死亡。根據幹細胞所處的發育階段分為胚胎幹細胞(embryonic stem cell,ES細胞)和成體幹細胞(somatic stem cell)。根據起源和產生新細胞的功能來定義,幹細胞分為五種類型。

  • 全能幹細胞:也被稱為受精卵,這個細胞將發育成為其他所有細胞,能夠創造一個人類。

  • 多能幹細胞:可以分化為任何其他類型的細胞,但是,它們缺乏像全能幹細胞那樣創造一個完整有機體的能力。

  • 多能干细胞:具有分化出多种细胞组织的潜能,如胚胎干细胞、诱导性多能干细胞。

  • 單能幹細胞:類似於多能幹細胞,只能向一種或兩種密切相關的細胞類型分化。

  • 單核細胞:這些幹細胞只能分化成一種細胞。

胚胎幹細胞(ESC)和成體幹細胞(ASC)是兩種性質迥異的幹細胞。在個體出生後,在兩種情況下發生細胞替換和再生:自然死亡細胞的更新(雕亡)和對外部損傷的反應(由創傷性損傷、感染、癌癥、梗死、毒素、炎癥等因素引起)。參與再生過程的幹細胞是成體幹細胞(也稱為體細胞)。

成體幹細胞和胚胎幹細胞

胚胎幹細胞細胞(Embryonic Stem cell,ES細胞)是一種高度未分化細胞。它具有發育的全能性,能分化出成體動物的所有組織和器官。當受精卵分裂發育成囊胚時,內層細胞團(Inner Cell Mass)的細胞即為胚胎幹細胞。胚胎幹細胞存在於囊胚的內部細胞群中,囊胚主要是一個中空的細胞球,人體內,一個卵細胞被精子受精後的三到五天內形成。在正常發育過程中,內部細胞群中的細胞會產生更特殊的細胞,這些細胞會分化成整個身體——我們所有的組織和器官。胚胎幹細胞具有多能性,正如前面提到的,這意味著它們可以在完全成形的身體中產生各種類型的細胞,但不能產生胎盤和臍帶。

成體幹細胞(也稱為體細胞)比胚胎幹細胞更加特化。通常,這些幹細胞可以為它們所生活的特定組織或器官產生不同的細胞類型。成體幹細胞包括許多不同類型的,它們都有各自獨特的再生功能。例如,造血幹細胞可以產生紅細胞、白細胞和血小板。然而,造血幹細胞不能生成肝細胞或肺細胞,其他組織和器官中的幹細胞也不能生成紅細胞或白細胞或血小板。妳體內的一些組織和器官含有組織特異性幹細胞的小貯藏,這些幹細胞的作用是替換那些在日常生活或受傷中丟失的組織細胞。

幹細胞如何靶向損傷組織-“歸巢”(Homing)

幹細胞科學中,用“歸巢”一詞來形容幹細胞找到它們的目的地或“利基”的能力。“在這個過程中,受損或發炎組織會發出信號,要求修復,信號會作為幹細胞的線索,吸引它們進入受損組織。”這個過程相當迅速(以小時為單位,不超過1-2天)。

幹細胞是如何進行組織修復的?-直接分化和旁分泌作用

當幹細胞到達損傷組織,它們將通過兩種不同的機制開始再生作用:通過直接分化來直接替換受損細胞,或者通過旁分泌效應促進組織再生。

那麽旁分泌效應是什麽呢?在幹細胞科學中,它可以被定義為幹細胞釋放因子的過程,這些因子作為周圍細胞的信號,迫使它們改變自己的行為,從而啟動再生過程。在這個過程中,幹細胞不會通過直接分化來促進組織再生。

為什麽旁分泌效應如此重要?

在大量關於幹細胞移植的研究中,研究人員觀察到,患者的受損組織在捐贈者的幹細胞移植後逐漸得到修復。然而,在分析新生成的組織後,研究發現供體細胞出現缺失。科學家們證明,供體幹細胞分泌的細胞因子,能夠觸發患者自身的細胞自行修復組織。研究表明,大部分再生過程是通過旁分泌信號而非直接分化完成的。

旁分泌機制被證明是非常有益的,優勢非常明顯。盡管供體幹細胞的壽命非常有限,但它們對組織再生具有持久的影響,這種影響在供體幹細胞完全耗盡後仍會持續很長時間。

幾種不同類型的幹細胞可以引起旁分泌反應,如臍帶間充質幹細胞和臍帶血幹細胞。Umbilical cord blood stem cells.

幹細胞通過直接分化和旁分泌作用能完成什麽?

  1. 修復受損組織:幹細胞具有激活人體幹細胞休眠狀態的能力,對過氧化和代謝廢物引起的損傷組織和器官具有修復作用。自由基和抗氧化劑之間的平衡對於正常的生理功能是必要的。如果自由基超過了身體調節它們的能力,就會產生氧化應激。因此,自由基會對脂質、蛋白質和DNA產生負面影響,並引發壹系列人類疾病。幹細胞還可以幹預自由基應激,恢復其正常功能。
  2. 分泌營養因子:幹細胞能促進受損組織內的組織增殖分化,恢復組織器官的生理功能。
  3. 調節免疫功能:幹細胞通過分泌可溶性因子和直接接觸調節免疫細胞的增殖及其活性,能夠降低炎癥反應。
  4. 調節代謝功能:利用幹細胞多向分化的能力,可以提高代謝系統的效率,從而加快機體代謝廢物的運轉和排泄,促進營養物質的吸收,從而維持正常的生理功能。

此外,研究表明,由於輸入的幹細胞被吸引到需要它們幫助的受損組織,旁分泌效應將被放大。患者受損的幹細胞將分泌細胞因子,這是一種調節蛋白,可以作為介質,產生吸引供體幹細胞的免疫反應。反過來,供體細胞分泌自己的混合蛋白,刺激患者的幹細胞,幫助減少炎癥,促進細胞增殖,增加血管化和血液流向需要愈合的區域。旁分泌效應細胞也能分泌抑制病人細胞因損傷或疾病死亡的因子。

第三個重要的的能力是旁分泌效應,它们“抑制”移植排斥反應或自身免疫性疾病期間發生的免疫反應。在這種情況下,幹細胞可以直接或與其他幹細胞聯合起來用於治療目的。例如,在骨髓移植中聯合應用間充質細胞和造血幹細胞可以減少移植物抗宿主疾病。

與藥物治療相比,使用幹細胞促進再生的優點是,移植的幹細胞會對環境做出反應,並分泌適當濃度的細胞因子。這些細胞可以被認為是“藥物工廠”,在組織修復時適應環境。臨床研究已經證實間充質細胞和臍帶血細胞對神經、心臟、腎臟和肌肉疾病的治療效果。關於臍帶血幹細胞對神經的修復作用已有令人信服的研究。

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北科幹細胞研究

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