干细胞技术在肾病研究中的应用

时间
2006-03-31

干细胞(Stem Cells)是一类未分化的细胞或原始细胞,它是一种具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定的条件下,干细胞可以分化成机体内的多功能细胞,形成任何类型的组织和器官,以实现机体内部结构重建和自我康复,因此,它也被誉为“源泉细胞”或“万能细胞”。干细胞是目前细胞工程研究最活跃的领域,随着基础研究、应用研究的进一步深化,这项技术将会在相当大的程度上引发医学领域的重大变革,它已成为21世纪生命科学领域的一个热点。

干细胞的研究起始于20世纪40年代对造血干细胞的研究,造血干细胞是最早发现、研究最多且最先应用于临床治疗的成体干细胞。长期以来,人们一直认为干细胞只属于造血系统,随着干细胞的不断深入研究,近年来,几乎在所有组织中都发现了干细胞,1998年美国威斯康辛大学Thomason等发表了胚胎干细胞的研究程序,把世界干细胞的研究推向高潮。干细胞生物学和干细胞生物工程已成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科。

2003年,借助干细胞技术,以色列魏茨曼科学研究所成功地让老鼠体内长出了微型人类肾脏,为解决医疗中肾脏捐献供应不足带来了新希望。他们在研究中采用的是肾脏前体细胞,这种胚胎干细胞能够定向形成肾脏细胞。研究人员将人体肾脏前体细胞移植入老鼠体内后发现,该细胞不仅能发育成与老鼠本身肾脏大小差不多的类似器官,而且微型人类肾脏仍同时具有功能。研究中发现,这种人类肾脏虽然在老鼠体内长成,但如果对其发育时间进行控制,让肾脏只生长7~8个星期就移植入人体,那么它将不会遭到人体免疫系统淋巴细胞的攻击,人体免疫系统对它产生排异的可能性将降至最小。而且,肾脏前体细胞对其移植入的宿主有很强适应性,可直接从宿主循环系统中获取供血,这也有助于降低排异风险。赖斯纳等人利用猪肾脏前体细胞进行实验得出了差不多的结果,老鼠体内也成功长出了微型猪肾脏。魏茨曼科学研究中心的科学家在医学期刊《自然医学》发表的文章说,和移植整个猪的肾脏到人体内相比,这种方法好的多。因为人体免疫系统接受干细胞的程度,远远大于移植整个肾脏。

英国科学家近日报道,他们已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织,这在器官移植手术中是一个重大突破。这一突破,使那些等待器官移植的病人不必再依赖于器官捐献,医生可通过修补受损肾脏来达到治疗的目的。同时,也第一次证明了成人骨髓干细胞可以发育成成熟的肾脏细胞。

澳大利亚研究人员以人的鼻子为载体,成功培育出成熟的干细胞,从而避开了利用人类胚胎提取干细胞面临的一系列伦理和法律问题。澳大利亚法律禁止培育人类胚胎以提取干细胞,而通过鼻子等其他途径获取干细胞则完全合法,从鼻子内部提取的成熟干细胞,可用于分化成为神经、心脏、肝脏、肾脏及肌肉等器官和组织的细胞。

德国科学家从人和大鼠的腺组织中成功分离出一种细胞,它在很大程度上表现出成体干细胞的特征,具有分化出多种细胞组织的潜力。科学家们高度评价这一成就,认为是干细胞研究中的“开拓性成绩”。德国吕贝克大学研究人员在研究中发现,培养皿中的细胞经过数月后能长成几毫米大小的组织合成物,其中包含具备内胚层、中胚层和外胚层特征的细胞和细胞层系,这一特征类似胚胎干细胞。不过,研究中这些细胞还没像胚胎干细胞那样形成心脏、肾脏等器官。研究人员说,这些干细胞系的另一个重要特征是,在-196℃的液氮中能完好保存,而不损伤增殖和分化的能力。这样,它们可以提前几个月甚至几年储存,使用时仍然能够保持活性,经过合适的培养步骤,仍然能够诱导这种细胞定向分化。

日本慈惠医科大学研究人员从人的骨髓中提取干细胞,植入实验鼠胚胎中生成和人具有相同遗传特征的“克隆肾”。采用这种方法生成的“克隆肾”已被确认具有滤尿功能。研究人员先把生成肾脏的神经营养因子基因植入骨髓含有的干细胞,然后在实验鼠胚胎未生成肾脏前,将干细胞注入胚胎中可生成肾脏的部位。随后,研究人员摘出胚胎中相当于肾脏的部分。经过6天的培养,这部分组织长出了让肾脏发挥功能的肾单位及其周围的肾间质。基因检查结果确认该肾脏是由人的骨髓干细胞生成。研究人员再将这一“克隆肾”移植到其他实验鼠的腹部,约2周时间后,“克隆肾”长到150mg。目前,利用骨髓干细胞进行再生医疗,生成皮肤和软骨等已经进入实用阶段,但利用动物再生人类器官还没有先例。参加研究的横尾隆认为,从理论上说,用这种方法生成的器官不会发生排异反应。除肾脏外,这种方法还可用来生成胰腺和肝脏。

从理论上来讲,干细胞是各类疾病的克星。人们期望有这么一天,没有夭殇,没有残疾,没有病魔的折磨,没有白发人送黑发人的悲哀,甚至没有死亡;人可以像机器换零件那样,随时都可以从工厂里取出新的器官以代替身体的衰老部分,而干细胞技术在这方面能给人们带来无限希望。

我国十分重视并大力支持有关科研院所与学校积极开展这方面的研究工作,成立了专门研究干细胞的基地,并积累了大量经验。相信我国的科学家在不久的将来,在干细胞生物工程研究上将取得辉煌的成就。