什么是胚胎干细胞及其主要特征？

胚胎干细胞是早期胚胎中发现的特殊细胞。这些细胞具有三个主要特征：多能性、自我更新能力，并且可以分化成任何类型的细胞。它们能够利用外胚层、中胚层和内胚层构建组织。胚胎干细胞与成体干细胞不同，它们可以不停地自我复制，并分化成各种类型的体细胞。科学家认为这些细胞对医学和研究至关重要。

胚胎干细胞起源

囊胚来源

胚胎干细胞 细胞在人类生命早期就开始发育。科学家从胚泡内部获取这些细胞。胚泡在受精后五六天形成。此时，胚胎是一个空心球，大约有50个细胞。内部细胞将发育成胎儿。外部细胞将形成胎盘。这发生在胚胎附着于子宫之前。

大多数用于研究的胚胎来自体外受精（IVF）过程中产生的多余胚胎。夫妇在接受生育治疗后通常会有剩余的胚胎。如果他们不需要这些胚胎，可以将其捐赠用于研究。研究人员喜欢使用冷冻胚胎。这有助于避免伦理问题，并让家庭有时间做出选择。有时，测试后无法用于妊娠的胚胎也会被捐赠。

注意：胚胎用于研究前必须征得家属同意。这是为了保护他们的权利和选择。

体外衍生

科学家使用不同的方法从胚泡中获取内细胞团。

• 免疫手术使用特殊抗体去除外层细胞。
• 机械解剖使用细小的针头来分离内部肿块。
• 激光解剖使用聚焦光切除内部肿块。
• 直接接种是将整个囊胚置于饲养细胞上，而无需去除内部物质。

获取内细胞团后，将其置于饲养层（通常来自小鼠细胞）上，并在特殊培养基中培养。步骤如下：

1. 将冷冻胚胎培育至成为囊胚。
2. 使用显微手术获取内细胞团。
3. 将内细胞团放置在含有营养物质的饲养细胞上。
4. 让细胞生长并形成菌落。
5. 将菌落移至新的培养皿中以继续生长。
6. 检查 细胞可以 变成不同的细胞类型。

约有 12.8% 的捐赠胚胎可以发育成新的 胚胎干细胞系优质胚胎和低质量胚胎均可发挥作用。这一谨慎的过程有助于科学家构建稳定的细胞系，用于研究和医学。

主要特点

多能性

多能性是最重要的 胚胎干细胞这意味着一个细胞可以发育成体内的任何细胞。科学家称这些细胞为多能细胞，因为它们能够分化成来自所有三个胚层的组织。外胚层发育成神经系统和皮肤。中胚层发育成肌肉、骨骼和血液。内胚层发育成肠道、肝脏和肺脏。研究人员已经证明，多能干细胞可以通过寻找特殊的基因标记来发育成这些细胞类型。例如，NES、SOX1 和 PAX6 表示神经外胚层。FOXA2、SOX17 和 GATA6 表示内胚层。科学家还使用蛋白质测试来检查这些细胞是否能够发育成所有三个胚层。

多能性使胚胎干细胞可以成为体内任何细胞类型的来源。这种特殊的能力使其在研究和医学领域非常有用。

研究人员使用不同的实验来证明多能性：1. 他们将多能细胞植入小鼠体内，观察这些细胞是否会形成畸胎瘤（一种包含来自所有三个胚层的组织的肿瘤）。2. 他们在实验室中培养胚状体（一群具有多能性的细胞）。3. 在小鼠研究中，科学家将这些细胞植入囊胚，并检查这些细胞是否参与形成胚胎的各个部分。

下表列出了科学家测试多能性的一些常用方法：

自我更新

自我更新意味着胚胎干细胞可以长时间自我复制而不发生改变。这使得细胞保持年轻和健康。在实验室中，科学家将这些细胞培养数月甚至数年。这些细胞持续分裂，并且不会失去其特殊性状。小鼠胚胎干细胞需要一种名为LIF的信号来维持自我更新。LIF会启动一种名为JAK-STAT3的通路，帮助细胞保持多能性。人类胚胎干细胞则需要其他信号和特殊的饲养细胞来帮助自我更新。

研究人员通过寻找某些标记物来检查细胞的自我更新能力。这些标记物包括Oct-4、Nanog和Sox-2。如果细胞保留这些标记物，它们就会保持未分化状态并保持多能性。科学家还使用流式细胞术来计数经过多次分裂后仍保留这些标记物的细胞数量。

自我更新使胚胎干细胞能够为研究和治疗提供稳定的多能细胞供应。

差异化

胚胎干细胞最初是未分化的细胞。它们最初在体内没有功能。但在正确的信号作用下，这些细胞可以分化成神经细胞、肌肉细胞或血细胞等特殊细胞。这被称为分化。科学家通过改变细胞培养中的信号和营养物质来引导分化。随着细胞的分化，它们会失去多能性，并获得新的标记来显示其新的功能。

未分化胚胎的一些主要标记 干细胞 是：

• 纳米
• 10月4日
• 红袜-2
• SSEA-3 和 SSEA-4
• TRA-1-60 和 TRA-1-81

当细胞开始分化时，它们会失去这些标记，并获得与新细胞类型相匹配的新标记。这种从非特化到特化的技能使得胚胎 干细胞这对于研究发育和疾病非常有用。

胚胎干细胞的特征——多能性、自我更新和分化能力——使它们有别于其他细胞类型。

人类和小鼠胚胎干细胞

人类胚胎干细胞

人类胚胎干细胞 来自内细胞团。这部分位于人类胚泡内。科学家在实验室中精心培育这些细胞。他们使用激活素A和FGF2来保持细胞“启动状态”。启动状态意味着这些细胞可以发育成许多体细胞。但它们不像某些动物体内的“幼稚”细胞那样灵活。这些细胞在培养皿中生长时看起来是扁平的。由于它们在分裂成单个细胞时非常敏感，因此需要轻柔地处理。

研究人员利用这些细胞研究人体的生长方式，并测试新药。这些细胞帮助科学家了解疾病，也有助于找到修复受损组织的方法。人类胚胎干细胞与小鼠外胚层干细胞非常相似。它们对生长信号的反应方式相似。两者都需要激活素A和FGF2来保持多能性。

人类胚胎干细胞并不像小鼠胚胎干细胞那样使用LIF信号，而是通过其他方式来保持其特殊技能。

小鼠胚胎干细胞

小鼠胚胎干细胞 也来自内细胞团。但它们与人类胚胎干细胞不同。科学家将小鼠胚胎干细胞保持在“幼稚”状态。他们使用LIF和两种称为2i的物质。这有助于细胞保持未分化状态，并能够分化成任何细胞类型。小鼠胚胎干细胞在培养皿中以圆顶状生长。它们可以分裂成单个细胞，同时仍保留其分化能力。

下表显示了人类和小鼠胚胎干细胞的相同和不同之处：

小鼠胚胎干细胞需要LIF通路进行自我更新。人类胚胎干细胞不使用此通路。这些差异解释了为什么科学家会使用不同的方法来培养和研究来自不同物种的细胞。

应用

再生医学

再生医学利用胚胎干细胞来修复或替换受损组织。这些细胞的特殊之处在于它们可以分化成任何类型的细胞。医生和科学家将它们应用于许多领域，例如眼部护理、神经修复、心脏疾病和糖尿病。例如，医生已经利用这些细胞帮助患有 脊髓损伤它们还能帮助眼疾患者看得更清楚。这些细胞可以帮助心脏在受伤后恢复。它们还能用于制造新的肝脏和软骨组织。这种方式有助于身体生长新组织，并可能帮助受伤或长期患病的人。

下表列出了胚胎干细胞的一些用途 再生医学:

医生通过注射或手术将这些细胞植入体内。有时，他们会使用一种名为“生物支架”的特殊支撑物来帮助细胞在正确的位置生长。再生医学为治疗曾经被认为无法治愈的疾病带来了希望。但干细胞研究仍然存在一些重要的规则和伦理问题。

研究和药物测试

胚胎干细胞对研究和药物测试至关重要。科学家利用这些细胞制作人体组织模型，这有助于他们研究疾病和测试新药。例如，他们利用胚胎干细胞培育心脏和神经细胞，从而检验新药是否安全有效。这些模型可以展示药物如何影响真实的人体细胞。这使得安全性测试更加完善，并意味着需要的动物试验更少。

• 科学家利用胚胎干细胞来测试药物对心脏和大脑是否安全。
• 他们制造微型器官（称为类器官）来研究疾病和药物作用。
• 科学家可以制造细胞来模拟 ALS 和帕金森氏症等疾病。
• 胚胎干细胞研究让科学家能够改变基因来寻找新的药物靶点。

这项研究展示了胚胎干细胞如何帮助治疗疾病。利用这些细胞进行的研究持续促进组织修复，并可能造福众多患者。

伦理

伦理问题

伦理问题 在胚胎干细胞研究中至关重要。许多人担心胚胎的命运。有些人认为生命始于受孕。他们认为为了研究而毁掉胚胎是错误的。另一些人则认为这项研究可以帮助很多人。他们支持将胚胎用于科学研究。不同的宗教和文化对生命何时开始以及正确的信仰各不相同。

以下是一些主要的道德问题：

• 破坏胚胎以获取细胞让人们质疑早期人类生命的价值。
• 有些人认为利用胚胎进行研究不尊重他们的权利。
• 捐赠者必须给予知情同意。他们需要知道他们的胚胎将如何使用。
• 一些人担心接受生育治疗的女性可能会失去对胚胎的控制。
• 有些地方允许使用体外受精产生的多余胚胎，但有些地方不允许。

出于伦理方面的考虑，研究必须有明确的规则并获得伦理委员会的批准。这些机构确保研究能够保护捐赠者并尊重他们的选择。许多科学家现在尝试使用其他来源，例如成体干细胞，来避免这些问题。

不同国家的人对胚胎干细胞研究的看法不同。在美国，强烈的道德和宗教信仰影响着这场争论。在欧洲和加拿大，人们往往更关心造福社会。一些国家支持捐献，只要它有助于治疗疾病。在其他地方，人们不信任这个过程，或者缺乏足够的信息，所以他们不太支持。

规定

各国胚胎干细胞研究的规则各不相同。在欧洲，没有统一的法律适用于所有国家。有些国家允许研究，但有些国家则禁止。欧盟制定了限制用于研究的胚胎培育资金的规定。每个国家自行决定其严格程度或开放程度。伦理团体和专门的法律有助于指导这些选择。

在美国，各地的规定并不相同。一些州，例如加利福尼亚州，为干细胞研究提供资金和支持。其他州则有严格的限制或禁令。联邦法律通常会限制用于破坏胚胎的研究的资金。各州可以制定自己的规则，因此整个体系非常复杂。

这些规则表明了伦理考量和当地价值观如何影响干细胞研究。科学家必须遵守当地和国家法律才能开展工作。

胚胎干细胞具有特殊功能。它们可以分化成任何类型的细胞，还能自我复制。科学家利用这些细胞取得了重大发现。例如，他们培育出了能够跳动的心脏细胞。他们也利用这些细胞来研究疾病。人类胚胎干细胞帮助我们了解身体的生长发育，也有助于测试新的治疗方法。人们仍在争论使用胚胎的伦理问题。干细胞科学的未来尚待确定。

新的治疗方法正在不断探索，但伦理问题依然存在。随着这些问题的讨论，该领域也不断演变。

常问问题

胚胎干细胞与成体干细胞有何不同？

胚胎干细胞可以分化成体内任何细胞。成体干细胞只能分化成少数几种细胞。科学家之所以青睐胚胎干细胞，是因为它们在研究中更具灵活性。

胚胎干细胞可以治疗疾病吗？

研究人员认为胚胎干细胞可能有助于治疗某些疾病，包括糖尿病、心脏病和脊髓损伤。它们可以替代受损细胞。医生仍在测试这些疗法是否安全有效。

胚胎干细胞用于医学安全吗？

科学家在实验室和临床试验中检查胚胎干细胞。他们寻找肿瘤或免疫系统反应等问题。医生在将这些细胞用于人体之前会进行安全检查。

科学家如何获得胚胎干细胞？

科学家从囊胚的内细胞团中提取胚胎干细胞。这些囊胚来自体外受精后捐赠的胚胎。捐赠者必须同意捐赠，才能使用其胚胎。

人们为何对胚胎干细胞的使用存在争议？

有些人担心为了研究而销毁胚胎。另一些人则认为这项研究可以帮助拯救生命。不同文化和宗教的人们对此持有不同的看法。法律和法规决定着科学家如何使用这些细胞。