干细胞培育心肌细胞原理

二、细胞工程

细胞工程是以细胞为基本单位，通过人们的精细操作，在离体条件下人为干预细胞，使细胞的某些遗传特性按照人们的意愿发生改变，从而达到改良和创造新品种的目的，或者通过细胞生产有用的物质。它主要包括细胞融合技术、细胞核组织培养、染色体移植及细胞核移植等技术。

(一)细胞融合技术

细胞融合又叫体细胞杂交，是将两个不同类型的细胞，通过物理、化学方法，使它们彼此融合在一起，形成一个具有两个亲本的遗传性状的细胞。由于融合发生在两个体细胞之间，因而又称体细胞杂交。从种间、属间、科间一直到动、植物界之间，细胞融合具有很广阔的范围。

淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合是目前人类在动物细胞融合方面取得的激动人心的成就。肿瘤是一种新生质，或是蜕化了的组织的畸形生长物。它的最大的特点是不受整体的控制，自主生长，分裂，到外扩散。而淋巴细胞能够根据需要制造某种抗体，并在机体免疫中发挥重要作用。但是淋巴细胞没有独立繁殖能力，需用细胞的融合技术，将这两种不同类型的细胞结合在一起，形成一个杂种细胞，就可以从该杂种细胞中获得大量的抗体。这种抗体通常称为单克隆抗体，简称单抗。由于单抗能够引导药物定向和有选择性地攻击肿瘤细胞，因而被称做“生物导弹”。该技术在诊断、治疗癌症、艾滋病等多种疑难病方面已取得明显进展，在动植物病症的早期诊断中也初露锋芒。运用细胞融合方法目前已实现了人与鼠、人与兔、人与鸡、人与蛙、鼠与猴、鼠与兔、鼠与螺、兔与鸡等的细胞融合。

(二)细胞核组织培养

从植物机体中取出细胞或组织，模拟有机体内的生理条件进行体外培养，从而得到有用物质或新的植株，这种方法称为植物细胞组织培养。其原理基于细胞的全能性，即植物体的每一个活细胞都像受精卵那样具有发展成为一个完整植株的潜在能力。利用这种方法可以大量地、快速地定向培育种苗，无论在生产上或科学上都具有重大意义。

尽管这项技术兴起的历史不长，但诱人的前景已使它进展极其迅速，约有一千余种植物获得了再生植株。目前，这项技术已广泛应用于花卉、果木、蔬菜、药用植物，大田作物育种和快速繁殖，创造出了巨大的经济效益。

(三)染色体及染色体工程

细胞中有一种线形组分，由DNA和蛋白质组成，极易被染上颜色，在决定生物的遗传性上起主要作用，这就是染色体。将一种生物的某一染色体，按照人们的意图予以添加、剔除或置换，使染色体数量或结构发生变化，导致遗传物质的变异，形成新的性状，从而创造出新的物种，这就是染色体工程。

(四)克隆技术与干细胞的应用

自1997年由取自一只6岁成年羊身上的乳腺细胞培育成功的克隆羊“多莉”在英国问世以来，克隆技术获得了空前的发展，克隆鼠、克隆牛、克隆猪、克隆猫、克隆猴等相继问世，这些成功使人们看到了利用克隆技术培育优良品种家畜以及挽救濒危珍惜野生动物的可能性。不过克隆技术最大的应用可能还在医学领域:利用克隆技术培育人类胚胎，使其发育成各种组织和器官，以供医疗或研究之用。而这又牵扯出另一重要的技术领域，即干细胞的研究。

干细胞是指动物体在发育过程中，体内所保留的部分未分化的细胞。干细胞根据其分化潜能的大小，可以分为三类:一类是全能干细胞，它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞，它具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型，从而可以进一步形成机体的任何组织或器官。第二类是多能干细胞，它具有分化出多种细胞组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。第三类称为专能干细胞，只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。

干细胞的用途非常广泛，涉及到医学的多个领域。目前，科学家已经能够在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命就可以得到明显的延长。美国《科学》杂志于1999年将干细胞研究列为世界十大科学成就的第一位，排在人类基因组测序和克隆技术之前。

鉴于干细胞在未来医疗、尤其是器官移植领域的巨大应用前景，世界各国、尤其是发达国家都开展了这方面的探索研究，并取得了一些成就。如德国科学家在用脐带血干细胞治疗中风综合征研究方面取得重要进展。动物试验表明，接受干细胞疗法治疗的试验鼠病情明显好转。而来自欧洲和美国的多个研究小组发布的一批研究成果中，显示长期以来被认为是无法逆转的心脏病发作导致的心脏损伤，却能够被患者自身的干细胞所修复，这充分展示了干细胞技术在心脏病治疗中的潜力。此外，新加坡国立大学医院和中央医院通过脐带血干细胞移植手术，根治了一名因家族遗传而患上严重的地中海贫血症的男童，这是世界上第一例移植非亲属的脐带血干细胞而使患者痊愈的手术。科学家预言，用神经干细胞替代已被破坏的神经细胞，有望使因脊髓损伤而瘫痪的病人重新站立起来；不久的将来，失明、帕金森综合征、艾滋病、老年性痴呆、心肌梗塞和糖尿病等绝大多数疾病的患者，都可望借助干细胞移植手术获得康复。

干细胞的应用前景的确诱人，但由于它涉及敏感的医学伦理道德问题，尤其是克隆人问题，因此世界各国一直对此类研究争论不休。英国、俄罗斯、日本、比利时、法国、德国等国在宣布禁止克隆婴儿的同时，都有限度地支持开展用于研究和医学试验的人类克隆。2001年1月，英国在世界上率先将克隆研究合法化，允许科学家培养克隆胚胎进行干细胞研究，并将这一研究定性为“治疗性克隆”。

总之，现代生生物学的进步，使人们对细胞这个生物工厂有了更深刻的认识。随着对细胞各种功能的不断揭示，细胞工程的应用范围也日益扩展，不久将会在更广阔的天地造福人类。