Mol,Ther：突破！鉴别出成功化学性重编程人类干细胞的关键基因

Mol,Ther：突破！鉴别出成功化学性重编程人类干细胞的关键基因

2017年2月7日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Molecular Therapy上的研究报告中，来自英国伦敦大学学院和德国海涅大学的研究人员通过研究鉴别出了特殊的基因，该基因或能将人类的羊膜干细胞化学性地重编程为类似胚胎干细胞的多能干细胞，这项研究对于科学家们开发用于储存以及疗法开发的重编程细胞非常关键。

文章中，研究者发现，名为OCT4的基因需要被再度活化才能够在2-3周内使羊水细胞化学性修饰而具有类似胚胎干细胞样的活性和功能；如果该基因没有被再度激活的话，这种化学性的重编程步骤就不会成功，而类似胚胎干细胞样的重编程细胞就会发育成为机体中任何一种类型细胞，这种特性称之为多潜能性。

一旦被处理后，多潜能细胞就会发育成为多种类型的功能性细胞，比如肝脏细胞、骨细胞和神经细胞等；当其冷冻或解冻后还会维持一定的多潜能性；研究者Pascale Guillot表示，对羊水细胞进行化学性重编程非常有效，所有的细胞都会被成功地进行重编程，我们知道基因OCT4非常必要，而且仅利用化学制剂对其重新激活就能够诱导出细胞的多潜能性，如果我们阻断OCT4的表达，这些化学性制剂就不会发挥作用，因此，进行化学性重编程的过程中就需要重点关注OCT4基因的再活化。

此前研究人员还通过研究首次发现，在不利用外源遗传物质的前提下，人类机体的羊膜干细胞还能够被成功化学性重编程；这项最新研究中，研究人员对单个细胞进行了检测，他们发现这种化学性重编程过程非常有效，而且所有细胞都会对化学性疗法产生反应，同时所有基因都会参与到这个过程中来，而OCT4基因是唯一一个必须被激活的基因，否则细胞的重编程就会失败。

2006年，日本科学家山中伸弥发现OCT4基因能够作为四个特殊基因中的一个来将分化细胞转化成为多能干细胞；最后Adjaye教授补充道，我们的研究阐明了建立羊膜多能干细胞的重要性，其对于后期我们进行再生医学疗法开发以及新型药物的筛选都是非常关键的。

人类胚胎干细胞的研究意义

早在1970年Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞，小鼠胚胎干细胞就可以成功地在体外进行培养。人的胚胎干细胞的体外培养在1998年由美国科学家培养成功。
研究证实：分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成各种细胞，包括神经细胞，造血干细胞（血细胞的前体）和心肌细胞。令人惊奇的是，这些细胞还具有自发发育成某些原始结构的趋势。如在一定的培养条件下，一部分胚胎干细胞会分化为胚状体（与小的跳动的心脏具有奇异的相似之处），而另一些细胞会发育成包含造血干细胞的卵黄囊。形成胚状体和卵黄囊的比例可通过改变培养基而改变，但至今还没有诱导胚胎干细胞发育为一纯的分化细胞群的报道。
从理论上讲，小鼠胚胎干细胞具有发育成某一器官的能力，但还没有用干细胞体外培养成器官的报道。不过，如果将小鼠胚胎干细胞移植到重度复合免疫缺损小鼠（SCID，它不会排斥移植的细胞）体内时，胚胎干细胞则能够发育成肌肉、软骨、骨骼、牙齿和毛发。但无论如何，如果直接将分离的小鼠胚胎干细胞植入子宫内，它们不会发育成个体小鼠，因为没有着床必需的滋养层细胞。这种条件下，胚胎干细胞被认为是多能的（pluripotent），而不是全能的（totipotent）。尽管如此，如果将胚胎干细胞植入不能发育成个体的四倍体胚胎中，再将该胚胎植入小鼠子宫中，那么可以获得完全是由培养的胚胎干细胞产生的正常个体小鼠。这表明了胚胎干细胞具有难以置信的全能性。
由于以下几个原因，胚胎干细胞的研究使人感到激动。首先是它们拥有类似胚胎的全能分化性，可以从单个的受精卵发育成完整的个体，能够给我们解释完整的发育体系，而成体个体来源的多能干细胞就不可能。同时，极早期的胚胎发育均可追溯到ES细胞，而不可能是成熟个体来源的多能干细胞。ES细胞也是唯一不死的细胞，能够非限定地分化，是细胞的源头。ES细胞天生就是全能的，这就是问题的关键，换言之，他们能制造机体需要的全部细胞。最后，ES细胞是遗传操作的最早期细胞。因此，尽管争论集中在治疗方面，但也许ES细胞最伟大的用途是作为科学研究的工具。
人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命。如果科学家最终能够成功诱导和调控体外培养的胚胎干细胞正常的分化，这一技术将对基础研究和临床应用产生巨大的影响，有可能在以下领域发挥作用：体外研究人胚胎的发生发育，非正常发育（通过改变细胞系的靶基因），新人类基因的发现，药物筛选和致畸实验，以及作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源等。
人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术，比较胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。另一个令人兴奋的应用在于新药的发现及筛选。胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物实验所需动物的数量。上述实验使用的细胞系或来自其他种属的细胞系，很多时候并不能真正代表正常的人体细胞对药物的反应。胚胎干细胞还可用来研究人类疾病的发生机制和发展过程，以便找到有效和持久的治疗方法。
国家自然科学基金项目――《药物介导胚胎干细胞体外定向分化的干预效应研究》近在杭州取得重大突破。科学家们通过通过生物因子的作用和药物的诱导，已成功地将胚胎干细胞体外定向分化成搏动的心肌细胞，并在此基础上首次利用胚胎干细胞成功地构建了新药筛选模型。到目前为止，他们已在实验室中先后两次成功地培养出了总共30个自主跳动的单一心肌细胞团，分化成功率已高达80%。
实验室观察表明，这些细胞团均具有正常心肌细胞的自律性、应激性和兴奋性。据介绍，在成功分化出心肌细胞的基础上，课题组开始定向分化单一的神经细胞和胰岛细胞的工作。 这一成果的重大意义在于：单一细胞的形成过程重现了胚胎细胞发育过程的全部生物信息，反映人类疾病的发生机制和发展过程，并提供了药物作用的重要靶点，从而在世界上首次利用胚胎干细胞成功地创建了一个新药的筛选模型。该筛选模型可在基因层面上对新药的疗效、作用机理和安全性进行快速安全的鉴定，并对于发现和研制治疗新药具有积极意义。
美国麻省理工学院的科学家2002-03-26日宣布，他们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，进一步证明了胚胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。 在研究中，兰格等首先使这些干细胞发育至能分化成不同细胞类型的阶段，然后从中提取出有可能分化成内皮细胞的干细胞，进一步对其进行培养。当这些细胞形成原始的血管结构时，研究人员将其移植入经过处理后不会产生排异反应的实验鼠体内，并发现它们在14天后形成了毛细血管网。他们的研究还显示，其中一些毛细血管中含有鼠的血细胞，显示这些血管已经自发地与鼠循环系统相结合。

人类在21世纪取得了巨大成就有哪些？

21世纪人类取得的巨大成就如下↓：
一、分子电子学获重大进展，科学家们开发出了分子电路。若干个研究小组将极小的晶体管、导线和开关连在一起，形成可完成基本运算的电路，该技术为未来开发出超小型计算机铺平了道路。这些超小型计算机可用于即时翻译不同语言之间的对话，或计算出气候的变化趋势。
二、对核糖核酸的研究证明，它在人体中的功能是多种多样的，例如，核糖核酸在基因抑制和酶的活性中所起的作用就大大出乎科学家的意料。三、揭开了太阳喷发出的大量中微子丢失之谜。科学家发现，这些中微子失踪的原因在于，中微子在从太阳到地球的旅途中本身特性发生了变化。这一发现对目前物理学的标准模型提出了质疑，因为该标准模型认为，中微子在通过大量物质时不发生变化。
四、人类基因组草图的公布成为今年的第二件大事。目前，有60多种生物体包括若干种致病微生物，正成为科学家绘制基因组图的对象。
五、开发出了新的超导材料。今年，科学家发现了临界温度更高的新型超导材料，使人类朝着开发室温超导材料领域迈出了一大步。
六、研究人员更多地了解了在发育的神经系统中，分子信号是如何吸引和排斥生长的神经轴突———神经通信网络之臂的。
七、今年，临床治疗上开始使用一种特定的“灵巧炮弹”式药物，该药物可在人体内自动寻找并摧毁引起癌症的病变细胞。
八、冷原子仍然是热门话题。今年诺贝尔物理奖的颁奖原因，就是由于发现了被称为爱因斯坦－玻色凝聚态物质，这表明凝聚态物质仍然受到极大的关注。
九、解开精神病之谜。研究人员识别出可增加精神分裂症和抑郁症等遗传疾病风险的特殊基因。该研究成果对于研制治疗这类疾病的新药意义重大。
十、小核糖核酸分子研究继续升温。2003年，科学家继续探索小核糖核酸分子如何影响从早期发育到基因表达等多种细胞行为。对小核糖核酸分子的研究，将有助于人类战胜诸如艾滋病和肝炎等疾病。
十一、生命有可能始于RNA（遗传物质核糖核酸），而非DNA（遗传物质脱氧核糖核酸）。
十三、格鲁吉亚共和国出土170万年前的原始人化石头盖骨，这有可能是从非洲走出的第一批人类祖先的头盖骨。
十四、塑料电子学取得进展。发现导电塑料的三位科学家获得了今年的诺贝尔化学奖。
十五、克隆和干细胞研究取得突破性进展。
十六、研究表明火星表面上可能有流动的水，科学家还通过火星照片推论这一红色星球早期湖泊遍布。
十七、参加“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”的多国科学家通过观测和研究证实了宇宙是平坦的观点。
十八、科学家在激素受体的多种作用方面取得新发现，加深了对胆固醇的代谢、脂肪酸的产生以及糖尿病和癌症发生过程的理解。
十九、美国“近地小行星约会”探测器进入“爱神”小行星的轨道。 二十美国“航海家”1号宇宙飞船飞离太阳系，它已经距我们135亿公里，相当于地球与太阳间距离的90倍，它将到达最近的二颗恒星。
二十一、量子物理取得重大发现，研究人员观察到电流可以同时沿两个方向绕着一个超导导线环流动。
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21世纪的科技成就有哪些？
1、火星月球发现有水 2004年1月4日和1月25日，美国“勇气”号和“机遇”号火星车分别在火星登陆。两辆火星车的最大成就是共同发现了火星上曾经有水的证据。同时，在环火星轨道上运行的欧洲“火星快车”探测器也发现火星南极存在冰冻水。 这是人类首次直接在火星表面发现水。 在经历9个多月的太空旅行后，美国“凤凰”号火星探测器2008年5月25日成功降落在火星北极附近区域，这是第一个在火星北极附近着陆的人类探测器。按照计划，“凤凰”号着陆后展开了为期3个月的火星地面探测。 同年7月30日，“凤凰”号的机械臂把一份土壤样本递送到热量和释出气体分析仪中。在样本加热时，分析仪鉴别出其中有水蒸气产生。这是火星上存在水的最直接证据。 2009年11月，科学家们肯定地表示，月球上有水而且数量可观。2009年10月9日，美国航空航天局利用火箭在月球表面撞出一个直径100英尺的坑，并在产生的碎片中测量到25加仑以水蒸气和冰的形式存在的水。 2、人类基因组序列图完成 2000年6月26日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合宣布：人类有史以来的第一个基因组草图已经完成。 2001年2月12日，中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 人类基因组计划中最实质的内容，就是人类基因组的DNA序列图，人类基因组计划起始、争论焦点、主要分歧、竞争主战场等都是围绕序列图展开的。在序列图完成之前，其他各图都是序列图的铺垫。也就是说，只有序列图的诞生才标志着整个人类基因组计划工作的完成。 2003年4月15日，在DNA双螺旋结构模型发表50周年前夕，中、美、日、英、法、德6国元首或政府首脑签署文件，6国科学家联合宣布：人类基因组序列图完成。 人类基因组图谱的绘就，是人类探索自身奥秘史上的一个重要里程碑，它被很多分析家认为是生物技术世纪诞生的标志。也就是说，21世纪是生物技术主宰世界的世纪，正如一个世纪前量子论的诞生被认为揭开了物理学主宰的20世纪一样。 人类基因组蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息，破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。 2007年，科学家首次阐述了人与人之间的DNA究竟存在着多大的差异。这是一个巨大的概念性飞跃，它将影响从医生如何治疗疾病到人类如何看待自己以及保护个人隐私等各个方面。 3、细胞重新编程技术 美国《科学》杂志评选出的2008年十大科学进展，细胞重新编程“定制”细胞系方面的进展名列第一位。 《科学》杂志说，这些细胞系以及“定制”它们的有关方法，为科研人员理解甚至未来治愈一些医学上的顽疾提供了工具，比如帕金森氏症、Ⅰ型糖尿病等。 所谓细胞重新编程，是指通过植入新的基因，改变细胞的发育“记忆”，使其回到最原始的胚胎发育状态，就能像胚胎干细胞那样进行分化，这样的细胞被称作“诱导式多能干细胞”。 2008年，有两个科研小组从罹患不同疾病的患者身上提取细胞，重新编程，使其“变身”为干细胞。他们选取的疾病大多数是很难或者不可能用动物模型来进行研究，这就使得获取人类细胞系进行研究的需求变得更为迫切。 《科学》杂志认为，这些新的细胞系将成为科研人员理解疾病如何发生、发展的重要工具，另外对医学领域筛选潜在药物可能也有帮助。如果科学家将来完全掌握细胞重新编程技术，能够更准确地控制这一技术，使其变得更加有效、安全，那么患有不同疾病的患者将有可能用自体健康细胞来治病。 4、人类最早祖先确定 身高4英尺(约合1.21米)的“阿尔迪”成为迄今为止人类发现的最古老原始人。她生活在440万年前，直到1992年被发现。经过17年的探寻和研究，科学家将埃塞俄比亚出土的100多块碎片拼接起来，并成功复原了她的骨骼模型。 2009年10月，科学家公布了这一成果。令人吃惊的是，作为人与黑猩猩的共同祖先，“阿尔迪”却与黑猩猩大不相同。此外，尽管生活在森林中但却能够直立行走的事实，推翻了此前有关空旷草原地形对于人类两足发展至关重要的理论。 5、证实宇宙暗物质存在 2003年，美国匹兹堡大学斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组，借助了美国“威尔金森微波各向异性探测器”卫星的观测数据以及另一项名叫“斯隆数字天宇测量”的观测计划的结果进行了对比分析。 观测分析得出结论认为，宇宙中仅有4%是普通物质，23%是暗物质，73%是暗能量。2006年一个美国天文学家小组通过美宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜等设备观测遥远星系的碰撞，发现了宇宙暗物质存在的最直接证据。2007年，欧洲和美国的科学家在《自然》杂志上发表了首次为宇宙暗物质绘出的三维图。

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