干细胞生物工程研究展望

黄河

摘 要：本文主要探讨了干细胞生物工程研究展望，文章中首先介绍了干细胞分裂的演绎，其次介绍了细胞发育的基因调控，其中包括内源调控以及外源调控两种方式。然后介绍了干细胞临床技术的应用前景，其中包括干细胞的基因调控、定向诱导、和横向分化，干细胞治疗的特点两个方面。最后对本文做出了总结。

关键词：干细胞工程；研究；分化；分裂

中图分类号：Q81 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0185-02

动物在发育过程中，离不开干细胞分裂以及分化过程，胚胎干细胞分裂或者分化的方向取决于胚胎干细胞所处的环境，科学家门为了研究生命的发育过程以及为了让干细胞在医疗中发挥作用，成功实现了在体外培养干细胞的技术，并且成功的通过改变培养环境来控制干细胞的分裂分化方向。目前我国关于这方面的技术还不够成熟，相信有朝一日生物工程技术一定能够成功的运用到医学领域中。本文主要针对干细胞在生物体系中的作用做了探讨，并且对干细胞在未来医学领域的应用做出了展望。

1 干细胞分裂的演绎

根据发育阶段的不同，干细胞可以分为胚胎干细胞以及成体干细胞两种类型，干细胞作为一种有自我复制能力的细胞，有着极强的分裂分化能，并且在一定条件下可以分化为很多种类型的细胞。胚胎干细胞的分裂以及分化是动物发育的基础，最早期的干细胞是受精卵，通过受精卵的分裂分化，形成了成体[1]。成体干细胞通过分裂分化可以实现成体内的各个组织以及器官的修复和再生功能。而干细胞生物工程則指的是通过对干细胞进行体外操作，使其达到分裂分化的效果。

在受精卵向胚囊发育的过程中，可以将其中的内胚团专门取出来进行培养，在适宜的外界条件下，这些细胞在体外可以无限增值，并且还可以分化成各种细胞，同时也不会失去其全能性。所以内胚团同时也被称作为胚胎干细胞，同时在动物体内的胚芽细胞也具有分裂和分化的功能，所以动物的胚芽细胞也属于胚胎干细胞。早在1971年，科学家就成功的实现了对小鼠胚胎干细胞在体外培养，小鼠体外培养技术以转基因技术和基因敲除技术为基础，这种技术的成功实现为我们后期对基因技术的研究以及在生面起源的研究具有非常重要的意义。而对人的胚胎干细胞的研究却晚出现了很多年，直到最近几年，科学家才宣布这方面的培养已经研制成功，1998年，美国为了研究人的胚胎干细胞分裂分化的原理，专门成立了相关的实验室。

2 细胞发育的基因调控

干细胞既有复制能也有分化的能力，干细胞的复制或者分化取决于干细胞所处的外环境的条件，以及干细胞本来的状态。

2.1 内源调控

通过细胞的内活性不对称的分布，干细胞分裂分化所形成的子代细胞仍然保留了干细胞的全部信息，同时子代细胞也具有自我复制的功能。而子代细胞所处的生长环境中由于缺乏所需要的条件[2]，所以只能进行细胞分化，然而在哺乳类动物细胞的分裂分化的过程中，并不是每一类细胞都具备有不对称性的分裂分化的能力，细胞的自我复制能力以及分裂分化能力是建立在群体意义的基础之上的。干细胞根据外界的生长环境可以有全分裂、半分裂、以及复制等三种行为，干细胞中存在的一些蛋白质可以调控干细胞的不对称分裂，而这些蛋白质在是通过刺激纺锤体来改变干细胞分裂的不对称性。细胞中的血影小体与纺锤体相互关联，血影小体通过刺激纺锤体来调控纺锤体的位置，从而使得纺锤体改变干细胞的分裂分化的方向，血影小体还有一个作用就是可以让干细胞的全部信息以及位子子代生长的所需营养成分完整的保留到子代细胞中，使得细胞的自我复制功能得到实现，而另外一个细胞则走向分化方向。

2.2 外源调控

2.2.1 内分泌因子

影响干细胞分化以及分裂方向的因子至少有两种，分别是转化生长因子以及编码组调节胚胎发育的蛋白质。比如，在干细胞分化为角膜的过程中，转化因子可以对角膜缘干细胞周围的细胞质起到影响，同时诱导干细胞的分泌因子使其分裂分化形成各种细，并且也会对角膜缘干细胞的增值和分化过程中起到促进作用[3]。其他的一些细胞分裂因子例如细胞衍生营养神经因子不仅可以起到对干细胞分化以及分裂能力促进的作用，同时也可以起到激活转录因子的效果，从而可以从整体上调节干细胞的发育。

2.2.2 细胞外基质对于干细胞的调控

干细胞在分裂分化过程中要吸收外界基质的营养成分，而整合蛋白家族是在干细胞膜表面附着的可以为干细胞与基质起到介导作用的蛋白质，这种蛋白质通过激活生长因子的受体，为细胞的生长提供相应的营养环境。表皮细胞分化中B1蛋白质是通过激活了有丝分裂的蛋白质霉，使得细胞开始进入周期分裂的状态，然后在细胞外基质的共同作用之下一同完成了细胞的有丝分裂以及分化[4]。B1整合蛋白质在在表皮干细胞中表达，当完成分化之后，角膜干细胞就停止表达B1整合蛋白质。所以在表皮细胞的分化过程中B1蛋白质发挥着非常重要的作用。

3 干细胞临床技术的应用前景

干细胞技术在治疗疾病的过程中主要在以下几个方面发挥作用：第一，为干细胞提供来源基础。第二、通过干细胞的分化能力，使得干细胞成分化为对病人有用的细胞。第三，避免免疫排斥的副作用。第四，对干细胞进行诱导，使其分化形成一个具有特性结构的脏器。

3.1 干细胞的基因调控、定向诱导、和横向分化

定向诱导技术指的是通过体外操作，对干细胞进行培养并且诱导，使其分化形成具有成熟功能的细胞。横向分化技术则是对某一种组织细胞的“干细胞”进行诱导使其发生分化，不定项诱导也是细胞横向分化的一种形式，共同点就是对干细胞基因进行调控。

美国的科学家曾经利用基因芯片技术成功对小鼠造血干细胞中的基因调控过程进行研究，并且发现每三万个基因中中就有三千个基因参与对干细胞发育过程的调控[5]。其中多一半的基因属于已知基因，并且还包括了信号分子、转录因子等等。通过对基因做出进一步的研究可以实现对干细胞的分裂分化达到调控的目的，通过对干细胞的研究可以了解细胞发育的过程以及原理，从而为临床医学的研究铺垫了基础。

3.2 干细胞治疗的特点

在干细胞充足并且实现定向诱导以及横向分裂技术的基础上，将干细胞技术应用到医学中可以弥补传统医学很多的不足，第一，生物技术应用在医学中可以达到永久性治療的效果。第二，不需要对疾病的详细机理进行了解就可以利用生物技术进行治疗[6]。第三，通过实现干细胞移植技术，克服了传统医学免疫排斥的副作用。干细胞在医学中最大的优势就是可以对任何疾病都能达到治愈效果。

利用干细胞治疗疾病已经变为可能，美国科学省曾经在患有糖尿病的老鼠中提取了胰岛干细胞，然后对提取出来的胰岛干细胞在体外培养，并且通过加入特定的培养液使得胰岛干细胞分化形成胰岛B细胞。经过移植后发现接受移植后的糖尿病老鼠能够正常存活，而未经过移植的老鼠却死于糖尿病。这个实验的成功实现意味着利用干细胞治疗疾病成为可能。

4 结语

目前我国的医学主要以传统的中医和西医为主，在治疗方面虽然两种医学各有千秋，但是都存在着不少缺点，并且很多疾病目前还无法通过医学途径来治疗。随着生物技术的不断发展以及新的技术不断突破，生物技术将来在医学中的应用已经变为可能。干细胞在动物的发育过程中起着非常重要的作用，利用干细胞不但可以修复人体器官，同时也可以达到很多医学达不到的效果。我国目前的医疗存在很多弊端，发展生物工程技术，利用干细胞分裂分化的特点，不但可以对很多种疾病达到治愈效果，同时也能突破传统医学的瓶颈，克服传统医学的弊端，降低医疗对人体造成的副作用。

参考文献

[1]林建芳.现代生物技术制药研究及展望[J].大众科技，2014，16（04）：84-85.

[2]鞠成群.脱细胞角膜基质联合内皮样细胞构建生物工程角膜后板层的实验研究[D].山东大学，2012，（05）.

[3]孙锦章，韩春茂.组织工程皮肤构建的研究进展[J].国际外科学杂志，2006，（05）：389-393.

[4]周联.大黄素等中药单体对HT-29细胞TLR4表达及MAPKs信号通路的影响[D].广州中医药大学，2006，（01）.

[5]龚波林.单分散树脂及其在生物大分子分离中的应用[D].西北大学，2003，（04）.

[6]罗士韦.植物细胞生物工程展望[J].细胞生物学杂志，1987，（02）：49-52.