现代生物技术讲义(4)

等。它被《自然》、《科学》杂志分别评为2007年第一大和第二大科学进展。

干细胞研究将主要集中在以下几个方面：自我更新的机理，定向分化的机理，人类胚胎干细胞的间隙，细胞移植和细胞工程，胚胎干细胞定向发育成三维器官，胚胎干细胞移植的安全问题等。干细胞疗法也许可以在十年之内用于临床血液病治疗。 这一成就被评为世界十大科技进展之一。

2、羊水干细胞培育出多种人体组织

美国科学家7日宣布，他们在女性子宫的羊水中发现了丰富的干细胞来源，而且在没有损害胚胎的情况下提取出干细胞，并利用这些干细胞培育出多种人体组织。这项成果不仅避免了关于胚胎干细胞的伦理争论，而且为今后的医学治疗开辟了新途径。

为器官移植提供更大可能性

这项研究由美国维克森林大学和哈佛大学的科学家共同进行，研究成果发表在科学期刊《自然-遗传学》上。研究发现，从羊水中提取的干细胞含有大量与胚胎干细胞相同的成分，可以培育成各种人体组织，如大脑、肝脏和骨骼等。研究人员强调，用于研究的羊水干细胞都是一些受孕妇女自愿捐助的，而且提取过程并不会损害母亲，也不会像胚胎干细胞研究那样扼杀胚胎。在进行约7年的研究后，科学家们才最终确认了这些干细胞可以培育用于医学治疗的多种细胞。这一项目的研究人员、维克森林大学教授安东尼·阿塔拉表示，“希望这些干细胞能为组织修复和器官移植提供有价值的资源”。在去年11月举行的美国心脏协会会议上，瑞士苏黎世大学的西蒙·赫斯特鲁普博士曾宣布，他们首次用取自羊水的人体干细胞培育出人的心脏瓣膜。目前，阿塔拉的相关研究已被认为是再生医学领域中的新突破。利用这种技术，未来先天缺陷儿的父母可以选择将羊水细胞冷冻起来，以后为孩子进行器官移植，而不用担心出现免疫排斥等情况。人类胚胎干细胞是最早期的未分化细胞，能培育成人体各种组织和器官，有研究认为超过220种。科学家们一直希望通过培育胚胎干细胞，在医学实践上有所贡献，如器官修复或移植等。但传统的胚胎干细胞提取法需要从胚胎中采集大量细胞，必须先将胚胎撕裂或切开，这无异于杀鸡取卵。美国总统布什曾否决了美国参众两院通过的人类胚胎干细胞研究法案。而通过羊水提取的干细胞则避免了上述问题。不过也有专家认为，这项研究还不能替代人类胚胎干细胞研究。

去年阿塔拉公布一项临床试验结果：他领导的研究小组首次成功利用患者自身的细胞组织在实验室培植出了人体膀胱，然后再把健康膀胱移植回病人身上，接受治疗7人的膀胱功能都获得了持续改善。虽然再生膀胱技术取得了成功，但相对于心脏、肾脏和肝脏等其他器官而言，膀胱无论从结构还是功能上来说，都还算是比较简单的器官。阿塔拉也表示，目前为止科学家们仍不能确定羊水干细胞到底能培育出多少种类型的细胞。而且研究还在初步阶段，具体投入到临床试验中可能还需要数年时间。

最近，科学家们发现了干细胞的一个新来源，并在实验室中用它们成功地分化出了肌肉、骨、脂肪、血管、神经和肝脏等各个组织、器官的细胞。这篇从羊水(参看备注1)中获得干细胞的研究成果发表在了近期的《Nature Biotechnology》杂志上。此项研究由威克森林大学医学院和哈佛大学医学院的研究者合作完成。

正是因为干细胞有着如此广泛的分化能力，科学家们才会如此“痴迷”地坚信可以用干细胞替换一些损伤的细胞或组织，从而治疗脊髓损伤，糖尿病，阿尔茨海默氏病和中风等疑难疾病。

3、研究显示干细胞有望治疗肌营养不良症

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据最新一期《新科学家》杂志报道，意大利研究人员在一项研究中用干细胞使患肌营养不良症的狗恢复了行走能力。研究人员希望这一方法未来能够治疗人类肌营养不良症。

假肥大型肌营养不良症是由抗肌营养不良蛋白的基因变异造成的。这种蛋白能损害身体中的所有肌肉，包括骨骼肌、心肌和膈肌等。这种疾病多发于男孩中，通常会导致患者在３０岁前死亡。

在本次实验中，该所研究人员从抗肌营养不良蛋白基因变异的狗身上提取这种成体干细胞，用基因方法使干细胞具有正常的抗肌营养不良蛋白基因。然后再将干细胞重新注入狗的腿部动脉，同时将取自健康狗的成体干细胞移植到患肌营养不良症的狗体内，并施加药物抑制免疫排斥。

结果显示，在不断给病狗注射取自健康狗的干细胞的过程中，５只病狗中有４只的肌肉功能得到恢复，恢复了行走能力。尽管这４只狗中又有２只旧病复发，但它们在实验后都存活了１年以上。不仅在接受注射的病狗的腿部，这些干细胞还在包括横膈膜在内的其他部位使肌体产生了抗肌营养不良蛋白。但是，病狗自身经基因技术改进的干细胞虽然能产生抗肌营养不良蛋白，但不能恢复肌肉功能。

研究人员准备继续利用生长因子做实验，以激发患病狗自身细胞抵抗疾病。研究人员还希望使用同样方法，用匹配的捐献细胞进行人体试验。

干细胞可以帮助肌肉萎缩症的狗重新走路。医生希望用类似的方法来治愈人类，一项RNA阻断的药物正在临床试验中。

4、科学家首次用羊水干细胞培育出人类心脏瓣膜

科学家首次利用胎儿羊水干细胞培育出人类心脏瓣膜—这为将来修复有缺陷的心脏提供了一种革命性的方法。

科学家的想法是，在孕期，先在实验室培育好新的心瓣膜，待胎儿出生后再将其植入心脏有缺陷的婴儿体内。瑞士进行的这项实验是在近年成功培育膀胱和血管的经验的基础上进行的，结果显示，人们在将来可以培育自己的心脏的某些部分——在某些情况下，甚至在出生前就准备好需要更换的部分。

这种事儿过去只在科学小说中出现，但随着技术的发展，正在变成现实：利用组织工程为婴儿和成人培育出的自产型心瓣膜效果会更好，比人工瓣膜或捐献的瓣膜更耐用，更有效。 全世界每年的新生儿中，有百分之一(超过100万)患有心脏疾病。 据(美国)全国卫生研究所统计，这类疾病比其它先天性身体缺陷更严重，导致美国1岁婴儿死亡的人数最多。 传统治疗心瓣膜疾病的方法也都存在问题。人工瓣膜会造成血液凝结，因此病人必须终生服用抗凝药物。来自人尸体或动物的生物瓣膜也不行，需要心脏外科手术植入。对婴儿来尤为严重，因为这些瓣膜都不会长大。日本大阪国家心血管研究中心的科学家说，病人自身细胞培育出的心瓣膜没有免疫问题，并且能够随着患者一起成长。还有一个优势就是：使用婴儿羊水细胞进行培育避免了伦理问题，因为它不用破坏胚胎来取得干细胞。西蒙在会上也说：“这确实是一个伦理优势。”

实验过程是这样的：在羊水诊断时，利用插入子宫的探针获取羊水。羊水诊断是一项产前测试，常用于35岁或年龄更大的孕妇。接下来从羊水中分离出胎儿干细胞，置于实验盘上，再放到一种生物塑胶上进行培养。四到六周的时间，12个心瓣膜就培育完成了。研究员对培育出的心瓣膜在实验室环境下进行了测试，结果表明一切功能正常。

今年初，据报道美国科学家利用患者自身细胞组织培养出七个患病的膀胱。而去年，有报道称研究员两名来自阿根廷的肾透析病人接受了世界上首次组织工程培育出的血管移植，

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而培育血管的细胞取自他们自身的皮肤和血管组织。心脏病外科和免役工程先驱，波士顿儿童医院约翰·Ｅ·迈尔博士说，科学家对这一领域的研究持乐观态度，将来患心瓣膜疾病的患者一定可以得到治疗。全世界每年大约有250,000位患者接受心脏部分移植。

5、成功将脐血变成肺细胞

明尼苏达州大学的研究人员首次成功“诱骗”脐带血干细胞分化成一种肺脏细胞类型。 这种脐带血细胞分化成了一种类型的肺细胞——II型肺泡细胞。这些细胞负责分泌表面活性剂，以使肺脏中的气囊保持开放状态，从而使空气能够进出气囊。这种细胞还能促进损伤后的气管修复。

II型肺泡细胞在胚胎发育晚期才形成，这也是一些早产儿出生时肺脏发育不充分的原因。这种细胞和气囊作为一个整体成熟并在儿童出生后最初的几年里逐渐发育。

现在，研究人员将会尝试更详细了解这种细胞的特征，从而在将来能够将这种细胞作为研究攻击来更好地了解肺脏发育和肺脏疾病。这种细胞还能够用作检测可能的新药物的一种方法。

为了让脐带血细胞分化成肺脏细胞，Mckenna和他的研究组首先从脐带血液中获得MLPCTM（Multi-Lineage Progenitor CellTM）——这种干细胞首先由BIOE公司分离并确定出特征。这种干细胞是一种前体细胞，能够进行培养，然后分化成所有三种胚胎层（内胚层、中胚层和外胚层）的不同类型组织。

在一系列实验中，McKenna和他的研究咱培养了MLPC并将其分化成肺脏细胞——一种内胚层型细胞。通过多种方法检测这种细胞，研究人员发现这种细胞表现出了II型肺泡细胞的标记物。

6、受损心脏可望由患者自体干细胞修复

美国科学家的一项最新实验显示，受损心脏有望借助患者的自体干细胞进行修复。 据参与研究的爱德华多·马尔万介绍，他们先从猪的心脏中取出一块不到１厘米大小的心肌切片，然后培育干细胞，最后通过连接腿部动脉的导管将约１０００万个干细胞注入猪的心脏。这些干细胞此前已被染色，这样科学家可以看到干细胞与心脏结合的位置。

研究表明，干细胞能够与心脏结合，两个月后，它们仍然存在于心脏组织中。这表示，在心脏病发作后马上用心脏的健康部位细胞修复受损部位是可行的。研究人员准备用更多的干细胞植入心脏的不同部位，以检测它们能否恢复心脏的功能。

研究人员说，从患者自身心脏提取干细胞的最大好处是可以避免排异反应。

7、癌症也有干细胞

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，可以修复受损组织和器官，但癌细胞中也有类似的“癌症干细胞”，它们是产生肿瘤细胞的源泉。加拿大和意大利科学家最近公布的研究成果佐证了这一说法。

据英国《自然》杂志２０日报道，加拿大玛格丽特公主医院约翰·迪克领导的研究小组将人类结肠癌细胞植入实验鼠体内之后发现，只有表面带有蛋白质ＣＤ１３３的特定细胞才能够在实验鼠体内诱发新肿瘤。科学家们此前在脑癌和前列腺癌中也发现了ＣＤ１３３的踪迹。

在另一项独立研究中，意大利研究人员也发现，将带有ＣＤ１３３的细胞植入免疫系统有缺陷的实验鼠皮肤后，肿瘤就会被诱发。

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这些研究表明，“诱发肿瘤生长的只是与构成肿瘤的众多细胞截然不同的一小部分结肠癌细胞。”

研究人员表示，传统的化学疗法和放射疗法在杀死癌细胞的同时，还会伤及健康细胞，如果开发专门针对“癌症干细胞”的药物就可以把治疗的副作用降到最低。 此前，科学家曾在类似研究中发现，白血病、乳腺癌及脑癌可能由所谓的“癌症干细胞”诱发，但发现结肠癌也是由“癌症干细胞”诱发尚属首次。

世界卫生组织公布的统计数据显示，结肠癌是世界上死亡率第四高的癌症，全球每年约有６５万人死于结肠癌。

8、治疗法克隆术

忘记有关克隆某只特殊的羊或者某个特殊人的故事吧。克隆时代的最新理念是在容器中培养出用以替换的器官或者组织，这些器官或组织不会受到身体的任何排异。所有长有癌细胞或者损坏的器官都可以用克隆出的新的健康细胞来取代。

（四）、生物芯片技术

1、生物芯片指导肿瘤个体化治疗

恶性肿瘤正在成为危害人类健康的“第一杀手”。目前，人类对肿瘤的认识水平和采用的常规治疗手段尚不能有效地治疗恶性肿瘤，因此，阐明恶性肿瘤发生发展的关键机制，建立肿瘤预测预警和早期诊断技术方法，建立特异的靶向治疗和个体化治疗措施，对于临床上有效治疗肿瘤、降低恶性肿瘤的死亡率、提高生存率和患者的生存质量有着十分重要的意义。

在肿瘤发生、发展和演进的研究中，存在一些重要的概念问题必须澄清。一是肿瘤并不是一堆癌细胞，而是有严密结构的组织。二是肿瘤细胞的异质性，即在众多的肿瘤细胞中，似干细胞的肿瘤细胞应该是癌症治疗的首要靶标。三是癌细胞的散布和转移是两个相关而又不同时的事件。在多数癌症中，癌细胞的散布可能是一个早期事件，唤醒已散布的癌细胞的生长潜能，使其发展成为转移病灶的机制，这将是探索癌症新疗法的关键所在。四是癌症可能是一种表现为局部细胞生长异常的系统性疾病。

基因组的复杂性通过基因表达调控的多样性表现出来。肿瘤发生发展过程中基因的变异呈现时空分布的差异，既复杂又多变，目前，人类对基因变异、细胞癌变和肿瘤发生发展过程中的临床生物学特征的关系还不明确。利用十分有限的肿瘤知识，要解决极其复杂的临床问题，特别是基因和蛋白表达水平的变化，由于受技术发展水平和知识的限制，还需要做大量的研究工作。

个体化治疗是方向

肿瘤是在环境、遗传、饮食习惯等众多因素相互作用下产生的，由于病因不清、发病机制复杂、临床表现多变，治疗效果往往存在明显的个体差异。肿瘤的个体化治疗就是根据患者的具体情况，通过临床检测手段，筛选确定针对这一患者个体特点的相对最佳的治疗方案。 生物芯片是20世纪80年代末在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，它主要是指通过微加工技术和微电子技术，在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、高通量的检测，其效率是传统检测手段的成百上千倍。

由于生物芯片是一种先进的大规模高通量检测技术，它可同时检测多个基因的变化情况，针对不同病人或同一病人的不同患病时期，指导医生来制定最恰当的治疗方案，从而实现个体化治疗。

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目前肿瘤预后中用得最多的是表达谱芯片、microRNA芯片和SNP芯片，另外还有转录子芯片、细胞芯片和组织芯片等。

随着生物芯片这种高通量基因和蛋白分析技术的逐步成熟，大样本、高通量和多因素分析方法的应用将促进系统肿瘤生物学的发展，并将推动肿瘤预防、早期诊断及治疗水平的提高。

2、关于手足口病已知有限 未知更多 科研薄弱

春夏之交，安徽省阜阳市出现了手足口病局部较大流行。卫生部在群防群治的基础上，强调科学防治。活跃在本次防治工作中的科研队伍显得十分惹眼。我们的科学家此前做了哪些相关研究？目前正在忙哪些工作？引起此次疫情的元凶是否已经确定？

手足口病对于全世界来说都不是什么“新面孔”。近10年~20年在世界各国一直存在小规模的暴发。上世纪80年代~90年代，手足口病开始在我国周边地区兴风作浪。包括我国台湾、香港地区也先后出现过暴发流行。在我国大陆，手足口病以前多为散发。相对于其他危害更大的传染病而言，手足口病的科研工作是比较薄弱的。这种薄弱，基本上是全球性的。

首先，没有疫苗。迄今为止，全世界还没有任何一种手足口病疫苗面世。研究速度最快的日本，目前也只是刚刚进入临床研究。

其次，病毒鉴别诊断难。由于肠道病毒在结构上、基因组序列上都很相似，现在有八九十个血清型，引起手足口病的肠道病毒是其中的EV71、CA16等一些血清型，与其他肠道病毒在基因和抗原性上有相似性，所以鉴别诊断很难。尤其麻烦的是缺乏适用于疾病流行现场的快速、简便的检测手段。

第三，手足口病的发病机理不明。因此临床上主要还是以缓解症状、减少合并症发生等为主，缺乏比较特异的治疗方案。此外，用于病毒感染性疾病的药物普遍很少。好在手足口病跟其他许多病毒感染性疾病一样，具有自限性，症状轻微的患儿可以在一周之内不治自愈。

第四，对病毒的传播途径还不甚了解。肠道病毒隐性感染比较普遍，特别是患儿的密切接触人（比如患儿的亲人、玩伴等）中有相当一部分感染了病毒却不发病。他们在病毒的传播链中怎样发挥的作用还不清楚。目前，国内外已知手足口病主要是粪—口传播。患儿感染样本中，病毒滴度最高的是疱疹液（即患儿手脚出现的疱疹破溃后流出的液体），其次是咽拭子和粪便，但是还没人知道患儿和密切接触人的排毒高峰出现在什么时候。此外，整个人群对于肠道病毒的抗体水平达到一个怎样的数值手足口病就不再暴发等问题都需要展开研究。

第五，“家底”不够清楚。在我国，手足口病感染流行的全局性情况、病毒流行株的地区分布、变异性等都还有待进一步查明。2000年～2005年，金奇等与深圳市疾病预防控制中心合作，曾经连续6年对深圳的手足口病流行情况进行监测。结果发现，2/3的病例是由CA16病毒感染引起，1/3由EV71病毒感染导致。而去年发生在山东的局部流行情况70%的病例是EV71病毒感染，CA16病毒感染只占总数的20%左右，其余10%左右病例则由其他肠道病毒感染引起。“可见，不同的地域、不同的时间，情况也不同。”金奇说，具体病毒是怎样变化的，为什么变化，都有待深入研究。

3、台研发新型生物芯片 室内空气病菌一验即知

为能快速检验室内的空气质量，台湾环保部门成功研发出新型的生物芯片，不但可以一次检测出黄曲菌等10种空气中的致病真菌，检验的时间也由1个月大幅缩短为数个小时。

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