今日筆記之幹細胞

獨角仙:舉起800倍自身體重的物體。
獨特的身體結構:脊椎動物是骨骼在內,肌肉在外;而無脊椎動物則是肌肉在內,骨骼在外。
蜣螂:超強的免疫系統
大龍蝨:人造腮
白金龜:超白紙張
納米布沙漠甲蟲:超級親水紋理和超級防水凹槽(超級水收集系統)

細胞增殖是由於刺激因子導致的。

人生就是N場廝殺與被廝殺組成的。
鏈接:http://tech.china.com/zh_cn/science/life/1032/20100312/15850634.html

幹細胞(Stem Cell)是來自於胚胎或成體,具有在一定條件下無限制自我更新和增殖分化的能力,
能夠產生表現型與基因型和自己完全相同的子細胞,具有於合適的微環境裏向多系分化的潛能,
產生組成機體組織、器官已特化細胞的一類細胞。
按發生學來源分爲胚胎幹細胞(Embryonic Stem Cell)和成體幹細胞(Adult Stem Cell)。
胚胎幹細胞,目前認爲ESC存在於胚胎髮育早期階段,主要來源於囊胚的內細胞團和受精卵發育
至桑椹胚之前的早期胚胎細胞,最顯著的特點是具有自我更新、分化爲各種類型細胞的能力。
研究人員已經由ESC誘導分化出血液細胞、心肌細胞和神經細胞等。
幹細胞分化研究使用的分化策略:
·基因表達捕獲: 轉獲相應的基因並在特定的微環境下進行分化培養
·複雜的多步分化: 利用生物酶或改變微環境來逐步的對幹細胞進行分化,並最終實現特化細胞
[在每一步的操作中,細胞的誘導分化都是通過生物酶或者改變細胞存在的微環境來實現的]

成體幹細胞,ASC一般定義爲存在於成立的各種組織中,具有自我更新和向前分化爲一種或多種
成熟功能細胞的不成熟細胞。近年來的研究發現成體幹細胞具有跨系統分化的特性,即“可塑性
(plasticity)”。

間充質幹細胞(Mesemchymal Stem Cell),是具有多向分化潛能的ASC。MSCs存在於全身結締組織
和器官間質中,主要來源於骨髓、臍血、外周血和脂肪組織,以骨髓組織中含量最爲豐富[MSCs
看來是提供細胞微環境的一種組成元素]。MSCs具有多向分化潛能,可以分化爲中胚層細胞及組織
如骨細胞、軟骨細胞、腱及肌肉,以及內胚層和表皮細胞如血管內皮細胞、神經細胞、肺細胞、
肝細胞及胰島樣細胞;具有巨大的體外擴增潛能。
以上內容參考鏈接:
http://qikan.shouxi.net/html/qikan/wkx/gdywkzz/20083203/wz/20080909091149466_424364.html


在瞭解幹細胞分化的基本知識之後,能不能這麼想象一下是如何從受精卵生成一個生物組織體的:
受精卵受精後,保存於一定的環境。在外界提供合適的環境下,受精卵開始分裂,生成幹細胞簇。
當幹細胞簇生成後,細胞簇所存在的環境可能會有所改變(隨着細胞的分裂而逐漸改變),於是
幹細胞們在變化着的環境中不斷的分化。甚至我們還可以這麼想象一下:當幹細胞進行分化時,
由於是多個細胞個體,理所當然會存在細胞分化速度的差異,在這種差異情況下,每個幹細胞在
分化後應該都會釋放某種信息素。這種信息素的釋放直接影響到細胞所存在的微環境信息量,從
而指導其餘未分化或者正在分化的幹細胞的分化方向。於是,隨着這樣的過程不斷的進行,細胞
從原先的單個細胞慢慢生成一大羣細胞簇,並由這羣細胞簇逐漸的分化成爲不同的特化細胞。當
這種特化細胞一旦形成後,隨後的分裂過程將不再受細胞所在環境的影響(或者這樣的影響很小
除非在特別情況下,如環境發生極大的變異,否則細胞將不在進行分化。這樣的猜想會不會給我
們這樣的提示,就是即使是特化的細胞,也能在一定環境下進行分化,與幹細胞不同的是,這種
細胞的分化需要較苛刻的環境條件)......。這樣的過程不斷的推進,最終生成生物組織結構。


骨髓幹細胞刺激其他幹細胞分化
參考鏈接:http://www.jskw.gov.cn/Article-5898.aspx
新華社電 美國科學家日前報告說,他們將人體骨髓幹細胞移植到實驗鼠的腦組織後,發現實驗鼠
的神經元幹細胞加快了分化和遷移。美國杜蘭大學一個研究小組在當天出版的最新一期美國《國
家科學院學報》上發表論文認爲,這一成果表明骨髓幹細胞有刺激其他幹細胞分化生長的能力,
這一發現對發展應用幹細胞的再生療法可能有重要意義。在實驗中,杜蘭大學教授達爾文·普洛科
普等人將人體骨髓幹細胞移植到實驗鼠的大腦海馬區的齒狀回裏,結果發現實驗鼠大腦海馬區的
新生神經元細胞在移植手術7天后明顯增加;在移植後30天,不僅神經元細胞繼續增長,而且
負責神經元細胞之間通信聯繫的星形膠質細胞也明顯增加。這些細胞都是實驗鼠自身的神經元幹
細胞分化而來的。研究人員認爲,移植的人體骨髓幹細胞刺激了實驗鼠自身神經元幹細胞的增殖、
遷徙和分化。出現這種情況的原因可能是骨髓幹細胞分泌的多種誘導因子刺激了實驗鼠的神經元
幹細胞,也有可能是骨髓幹細胞分泌的生長因子刺激了實驗鼠大腦中原有的星形膠質細胞,而星
形膠質細胞又促進神經元細胞的生長。研究人員說,這一成果對再生療法的發展可能有重要意義。
科學家們一直設想用胚胎幹細胞或成體幹細胞分化成組織細胞,來治療早老性癡呆症等疑難疾病。


想起來我對幹細胞的興趣,應該只能說因爲我懶。一直希望着能有一天能有像飼養豬牛羊那樣飼
養我鍾愛的代碼,然後讓他們茁壯成長,當然得按照我的意願。如果有一天,真的能像這樣來生
產程序,那麼這個世界將會變成什麼樣子?我想象不出來也不敢想象。或許真如Matrix中所描述
的那樣,我們僅僅是a piece of code或者a matrix。
於是,我開始尋找着代碼生長的方法。如何才能讓代碼能夠像魚兒一樣慢慢長大?就像地球上的
生物那樣,都是從受精卵開始,慢慢成爲一個個鮮活的個體,各種各樣,五彩繽紛。我尋找着……
我需要的是如何能夠將一段代碼變成各種具有不同功能的代碼?對了,她——幹細胞。我得先知道
幹細胞是如何分化成不同的器官細胞的。嗯,就從這裏開始……


[2008-12-25]http://www.edu.cn/yi_liao_bao_xian_1129/20081225/t20081225_350042.shtml
上面的鏈接是2008-12-25的消息,消息內容爲:
以色列希伯來大學哈達沙醫學院的分子生物學家霍華德·塞達爾教授和癌症研究專家伯格曼教授,
發現了使胚胎幹細胞分化爲不同組織和器官細胞的機制。他們研究發現,胚胎幹細胞分化過程受
一個成爲G9a基因的影響,該基因可使讓胚胎幹細胞分化爲不同組織和器官的基因關閉,從而使其
無法發揮作用。據認爲,該研究成果對今後的幹細胞治療具有重要意義。
胚胎幹細胞是早期胚胎中尚未分化的全能細胞,它們與成體細胞不同,具有發育爲各種組織和器
官的潛力。負責這項研究的塞達爾教授解釋說,當胚胎在子宮中着牀後,細胞的分化過程即開始
了。此時,細胞內有兩種機制發生作用,一種使細胞保持全能狀態的基因被關閉,另一種使細胞
發育爲肌肉等特定組織的基因被啓動。胚胎幹細胞一旦開始分化爲不同的組織細胞,便失去其全
能性。目前,一些科學家用成體細胞培育幹細胞取得了一定進展,但這項研究也面臨較大難度,
主要是成體細胞已經失去了胚胎幹細胞的特有潛力,很難通過重組使其達到胚胎幹細胞的程度。
塞達爾教授的這項研究成果爲今後幹細胞治療帶來了新的希望。科學家將來或許可以利用胚胎幹
細胞分化機制培育出新的組織和器官,用於取代人體中的病變部分。
[通過基因來進行幹細胞分化控制是最先在我腦海中出現的機制,不過卻對這種機制抱有較大的
懷疑,因爲如果真的是基因控制幹細胞分化,那也是在一定的外界環境下才能夠達到效果。]

[2010-02-09]http://www.sjtu.edu.cn/news/shownews.php?id=24866
上海交通大學的研究小組同樣宣稱發現調控胚胎幹細胞的分化機制:
1月15日,Cell Death and Differentiation雜誌在線發表了中國科學院上海生命科學研究院/
上海交通大學醫學院健康科學研究所楊黃恬研究組的研究論文“Type 3 inositol 1,4,5-
trisphosphate receptor negatively regulates apoptosis during mouse embryonic stem
cell differentiation”。
胚胎幹細胞(embryonic stem cells, ESCs)自我更新和分化命運的決定受胞內外信號分子共同
精細地調控。鈣信號對細胞的多種生理活動,例如細胞的增殖、凋亡和分化都具有重要的調控作
用。內質網三磷酸肌醇.受體(IP3R)是胞內重要的鈣離子釋放受體,在ESCs中存在着三種IP3R
亞型,但它們在胚胎幹細胞中的作用並不清楚。以往人們一般認爲IP3R3介導的鈣信號是一種促凋
亡因子。
博士研究生樑冀和其他研究組成員在楊黃恬研究員的指導下,證明在胚胎幹細胞早期分化過程中
IP3R3介導的鈣信號發揮着抗凋亡作用,IP3R3通過控制早期胚層細胞的凋亡在胚胎幹細胞的中胚
層和部分內胚層分化命運的決定中發揮着重要的調控作用。這一研究發現豐富了對IP3R調控的鈣
信號參與胚胎幹細胞分化命運決定的認識,揭示了胚胎幹細胞分化過程中的凋亡活動與胚層分化
命運決定之間的關聯和其調控新機制。
[“一切由環境來進行控制”還是比較靠譜的——個觀點。上海交大發現的幹細胞分化機制只是對胚
胎環境的一種調研,其實是否真的是由他們所表述的那些鈣信號導致的分化也着實不知,誰也不
敢肯定,只是覺得應該是這樣。不過ESC自我更新和分化命運的決定受胞內外信號分子控制應該
是肯定的。]

幹細胞的分化機制:由細胞內外信號分子誘導後,基因信號進行控制分化的。

下面這個鏈接能充分說明基因控制分化的機制:
http://www.biotech.org.cn/news/news/show.php?id=35945
霍華休斯醫學研究中心(Howard  Hughes  Medical  Institute)的學者發現Lhx2蛋白能調控毛囊
幹細胞(hair follicle stem cells)使其處於未分化的狀態。瞭解了這個機制將有助於皮膚再生
組織工程的研究。此外,這些發現也對避免幹細胞過早分化提供了一個新觀點。該研究結果刊登
在最新一期的Science雜誌上。
幹細胞(stem  cells)是一羣尚未完全分化的細胞,它們同時具有兩種特性:第一是分裂成另一個
與自身完全相同的細胞;第二可分化成多種特定功能的體細胞。從事幹細胞研究的科學家都期望
能夠利用這種全能細胞來修復和再生受損組織或器官。
Fuchs博士研究團隊從胎鼠中分離出早期未分化的毛囊細胞,利用DNA芯片(gene chips)來比較
細胞中數千個基因的表達情況。他們發現,在發育階段的毛囊細胞,有一個叫做Lhx2的基因,它
在毛囊細胞中的表達量是鄰近表皮細胞的18倍以上。爲了瞭解Lhx2的功能,研究人員分別將Lhx2
進行過表達(over-activating)或敲除(knocking out)以觀察其對細胞分化的影響。結果發現Lhx2
的過表達會使細胞分化受到抑制;若將此基因敲除則會促使幹細胞進行分化。這些實驗結果顯示
Lhx2的表達對毛囊細胞是否開始分化扮演關鍵的角色。Rhee  和Fuchs兩位博士指出,毛囊是一個
研究幹細胞的優良模型,這項研究則能促進幹細胞在表皮新生臨牀應用上的品質及功能改善。

幹細胞的分化機制就像牛頓力學定律,給了我們極大的信心,至少我們堅持下去總會有成果。
不過,如何幹細胞是如何進行分化的,分化的方式及過程纔是我們需要更深入瞭解的內容,同時
也是最困難的部分。好消息是科學家們已經給出了一些成果:
(http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7194/abs/nature06965.html)
Nature的文章當然不是我輩能看懂的,不過我能看懂中文科普,哈哈。這則內容覺得很重要對我。
http://www.bbioo.com/Article/2008/21765.htm
傳統觀點認爲細胞進行分化時,路徑和目的地是統一的,由固定的細胞信號通路決定。然而來自
5月底英國《自然》(Nature)雜誌的一項新的研究報告表明,幹細胞分化路徑是通過基因的選擇
性行爲形成的一系列分化網絡路徑,但是分化終點卻是相對固定的。研究人員用了一個形象的比
喻:就如同山上的一塊石頭能夠通過無限可能的路徑下山,但是最終只能到達同一個山谷。
文章作者做出瞭如下感嘆:自然創造出一種最優化最簡單的方式以滿足其多樣性的要求,並將其
保持到一個穩定的水平,使細胞能夠以一種系統、可控的方式來應答其所處環境的變化。

最後這一句話讓我想起了ANN(Artifical Neural Network)中的穩定態,還有遺傳算法中的穩態
過程。這些算法的最終都是基於收斂的穩態點,當然大自然也應該使用這種方式來實現幹細胞的
分化,因爲這樣的過程纔是最安全和最有效的。我們的代碼中能不能利用這樣的自然算法來實現
功能分化和組織呢?期待ing

 

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