胚胎幹細胞

胚胎幹細胞（Embryonic stem cell，ESCs，簡稱ES、EK或ESC細胞）是早期胚胎(原腸胚期之前)或原始性腺中分離出來的一類細胞，它具有體外培養無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內環境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。是一類具有多能性的幹細胞。

1981年，英國劍橋大學遺傳學部中，兩個分別由馬丁·埃文斯（Martin Evans）以及馬修·考夫曼（Matthew Kaufman）率領的研究團隊分別在體外建立了小鼠胚胎幹細胞系^[1]。而胚胎幹細胞這一術語則是由加州大學舊金山分校（UCSF）解剖學部的教授蓋爾·馬丁（Gail R. Martin）於當年12月的一篇論文中首次提出。1998年，威斯康星大學教授詹姆斯·湯姆森（James Thomson）等人成功建立了人胚胎幹細胞系。2007年，馬丁·埃文斯與另外兩名科學家因「利用胚胎幹細胞引入特異性基因修飾的原理上的發現」而獲得當年諾貝爾生理學或醫學獎。

胚胎幹細胞被認爲在再生醫學、組織工程、藥物實驗等領域擁有廣闊的應用前景，胚胎幹細胞對發育生物學的基礎研究也有很大助益。但是，因爲道德、宗教與法律上的問題（比如目前分離胚胎幹細胞的方法會無可避免地殺死胚胎），有關胚胎幹細胞的研究（即治療性克隆）在各國都受到了一定的限制。

簡介

自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠ES細胞，國內外研究人員已在倉鼠、大鼠、兔、豬、牛、綿羊、山羊、水貂、恆河猴、美洲長尾猴以及人類都分離獲得了ES細胞，而且已經證明小鼠ES細胞可以分化為心肌細胞、造血細胞、卵黃囊細胞、骨髓細胞、平滑肌細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、內皮細胞、黑色素細胞、神經細胞、神經膠質細胞、少突膠質細胞、淋巴細胞、胰島細胞、滋養層細胞等。人類ES細胞也可以分化為滋養層細胞、神經細胞、神經膠質細胞、造血細胞、心肌細胞等。ES細胞不僅可以作為體外研究細胞分化和發育調控機制的模型，而且還可以作為一種載體，將通過同源重組產生的基因組的定點突變導入個體，更重要的是，ES細胞將會給人類移植醫學帶來一場革命。

進一步說，胚胎幹細胞 (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，包括生殖細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領域的核心問題之一。ES細胞的研究可追溯到上世紀五十年代，由於畸胎瘤幹細胞(EC細胞)的發現開始了ES細胞的生物學研究歷程。

目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的，如：德美醫學小組在去年成功的向試驗鼠體內移植了由ES細胞培養出的神經膠質細胞。此後，密蘇里的研究人員通過鼠胚細胞移植技術，使癱瘓的貓恢復了部分肢體活動能力^[2]。隨着ES細胞的研究日益深入，生命科學家對人類ES細胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末，兩個研究小組成功的培養出人類ES細胞，保持了ES細胞分化為各種體細胞的全能性。這樣就使科學家利用人類ES細胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES 細胞的研究工作引起了全世界範圍內的很大爭議，出於社會倫理學方面的原因，有些國家甚至明令禁止進行人類ES細胞研究。無論從基礎研究角度來講還是從臨床應用方面來看，人類ES細胞帶給人類的益處遠遠大於在倫理方面可能造成的負面影響，因此要求展開人類ES細胞研究的呼聲也一浪高過一浪。目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的，如：德美醫學小組在去年成功的向試驗鼠體內移植了由ES細胞培養出的神經膠質細胞。此後，密蘇里的研究人員通過鼠胚細胞移植技術，使癱瘓的貓恢復了部分肢體活動能力^[3]。隨着ES細胞的研究日益深入，生命科學家對人類ES細胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末，兩個研究小組成功的培養出人類ES細胞，保持了ES細胞分化為各種體細胞的全能性。這樣就使科學家利用人類ES細胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES 細胞的研究工作引起了全世界範圍內的很大爭議，出於社會倫理學方面的原因，有些國家甚至明令禁止進行人類ES細胞研究。無論從基礎研究角度來講還是從臨床應用方面來看，人類ES細胞帶給人類的益處遠遠大於在倫理方面可能造成的負面影響，因此要求展開人類ES細胞研究的呼聲也一浪高過一浪。

生物學特性

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形態學特徵

ES細胞具有與早期胚胎細胞相似的形態結構，細胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質，胞質胞漿少，結構簡單^[4]。體外培養時，細胞排列緊密，呈集落狀生長。用鹼性磷酸酶染色，ES細胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細胞呈淡黃色。細胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細胞彼此界限不清，細胞表面有折光較強的脂狀小滴。細胞克隆形態多樣，多數呈島狀或巢狀。小鼠ES細胞的直徑7 μm～18 μm，豬、牛、羊ES細胞的顏色較深，直徑12 μm～18 μm。

功能

胚胎幹細胞具有多能性(Pluripotency)，特點是可以通過細胞分化(Cellular differentiation)成多種組織(所有組織，包括生殖系細胞)的能力，但無法獨自發育成一個個體(利用四倍體融合技術可以得到完全由所用ES細胞發育而來的個體)。它可以發育成為外胚層、中胚層及內胚層三種胚層的細胞組織。天然胚胎里的幹細胞是一種"全能"細胞，可以分化成所有類型的細胞。

臨床實驗

2009年1月23日，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准了一項I期臨床試驗，該試驗將分化自胚胎幹細胞的寡突膠細胞（oligodendrocyte，一種中樞神經系統中的細胞）移植入脊髓損傷的患者體內。這是世界首例應用人胚胎幹細胞的臨床實驗，該項研究由加州大學爾灣分校（UCI）的漢斯‧柯爾斯特德（Hans Keirstead）及他的同事們主持，邁克爾·D·維斯特博士（Michael D. West, Ph.D）創立的加州門洛帕克傑龍公司（Geron Corporation）爲這項研究提供資助。此前用大鼠進行的研究表明，脊髓損傷的大鼠接受由人胚胎幹細胞分化成的寡突膠細胞移植7天後，運動能力得到了一定恢復。這一療法的I期臨床試驗計劃徵募8到10名截癱病人，他們都是在試驗開始前兩周以內受傷的，因爲細胞需要在瘢痕組織開始生長前注射。研究者強調，即使注射了這種細胞，基本上也不可能完全恢復病人的運動能力。該階段的試驗旨在測試該療法的安全性，如果進展順利，下一步他們將會讓病情更嚴重的患者試用這一療法。2009年8月，FDA下令暫停這項試驗，因爲一部分接受這種療法的大鼠在顯微鏡下觀察到長出了囊腫。2010年7月30日，這項研究獲許繼續進行。2010年10月，研究者在亞特蘭大的牧者中心（Shepherd Center）對第一名病人施行了該療法。2011年11月，傑龍公司宣布因爲財政上的原因，暫停這項研究以及相關試驗，但會繼續觀察已接受治療的患者。同時，他們希望能夠找到合作夥伴以繼續這項研究。2013年，由邁克爾D.維斯特博士領導並繼承所有傑龍公司幹細胞資產的BioTime公司，宣布重啓此前傑龍公司暫停的臨床研究。

應用前景、法律法規與挑戰

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胚胎幹細胞具有相當大的分化潛能，這使得胚胎幹細胞可以分化爲人體的各種細胞、組織，乃至器官。這使得胚胎幹細胞在組織工程與再生醫學領域擁有巨大的應用前景。另外，胚胎幹細胞也是發育生物學研究以及藥物試驗的良好材料，利用胚胎幹細胞技術產生的基因敲除小鼠、轉基因小鼠對生物醫學研究也有重要作用。研究人員已能夠誘導胚胎幹細胞分化爲NK細胞和骨髓組織。另外，研究人員已經能誘導胚胎幹細胞分化爲產生胰島素的細胞。這爲糖尿病的治療帶來了希望。亦有研究者試圖誘導胚胎幹細胞分化爲產生多巴胺的細胞，以治療帕金森綜合症。目前，使用胚胎幹細胞的細胞替代療法主要面臨的挑戰有：如何克服因基因型不同而可能產生的免疫排異反應、如何產生足夠數量的細胞、如何誘導幹細胞產生一個完整的器官、植入後的細胞、組織或器官如何與周圍的組織融合，以及如何剔除未分化的幹細胞，以免這些細胞一同移入患者體內，形成腫瘤。

另外，胚胎幹細胞亦可以用於幹細胞治療中。例如，利用基因工程技術將特定具有治療效果的基因導入胚胎幹細胞中，再誘導這些胚胎幹細胞分化爲目標細胞。再將這些工程細胞導入患者體內，可達到治療疾病的目的。

胚胎幹細胞良好的分化、增殖潛能使其成爲藥物安全性以及藥效試驗的良好材料。目前，已經有使用胚胎幹細胞分化而成的心肌細胞測試藥物對心臟毒性的案例。未分化的胚胎幹細胞也可以用於藥物對發育毒性等的藥物毒理研究）、非洲國家（除南非）都對胚胎幹細胞研究施加較大的限制。

歐盟內部的國家對幹細胞研究的態度截然不同。瑞典、芬蘭、比利時、希臘、英國、丹麥和荷蘭等國目前允許人類胚胎幹細胞的研究（其中英國對胚胎幹細胞研究的限制尤其少），但這類研究在德國、奧地利、愛爾蘭、意大利和葡萄牙等國卻仍然是非法的^[5]。

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