胚胎幹細胞

人胚胎幹細胞的分離及體外培養的成功,將給人類帶來醫學革命,也引發了一場科學與倫理的大辯論……英國瘋牛病醜聞觸目驚心---2000年10月26日,英國政府終於鼓足勇氣,公布了瘋牛病調查報告,這份報告長達10卷,記錄了瘋牛病被發現一直到現在擴散情況,許多內容令人觸目驚心……1990年,人類基因組組織(HUGO)和美國國家健康研究所(NIH)向美國國會提交美國人類基因組計劃聯合項目的5年計劃, 被稱為"生命科學阿波羅計劃"的人類基因組計劃的15年進程開始.包括中國在內的18個國家的科學家參與了這次研究進程.隨著人類基因組(測序)計劃(Human genome project)的逐步實施以及分子生物學相關學科的迅猛發展,越來越多的動植物,微生物基因組序列得以測定,基因序列數據正在以前所未有的速度迅速增長.然而,怎樣去研究如此眾多基因在生命過程中所擔負的功能就成了全世界生命科學工作者共同的課題.為此,生物晶元,一項將計算機晶元製作技術與生命科學研究相結合的新興技術應運而生了!全息照相和生物全息治療法2002-05-22 23:07:03 提起照相,人們都知道它是利用透鏡成像原理,在感光膠片上記錄反映被攝物體表面光強變化的平面像.而全息照相知道的人就不多了,其實,它是一種記錄被攝物體反射(或透射)光波中全部信息(振幅,位相)的新型照相技術.全息照相不僅記錄了被攝物體的反射光波強度(振幅)而且還記錄了反射光波的位相.如果用特殊激光照射這一全息圖時,就可以看到一幅立體圖像. 受此啟發,我國科技工作者運用中國傳統醫學與生物前沿科學相結合,創立了"局部反映整體"的生物全息療法.例如中醫學上通過耳穴反映整個人體信息,通過某一點治療相對應整體的疾病;中藥選擇講究四氣五味,選擇藥材時,挑選和人體相對應的某個節段,對穴而治,等等. 由此,科技人員提出了一種全新的觀點,那就是要攻克中風偏癱這個難題,必須"重新建立大腦對肢體支配功能".這個觀點使偏癱的治療角度由對造成偏癱的急性期原發病因的治療,轉到了由這個病因所造成的後果——"腦細胞死亡後才喪失了支配功能"這一關鍵問題上來.為研製合適的治療藥物和方法,他們收集了大量的民間驗方及論著,進行反覆的研究,結合前人的經驗,根據生物全息學中動植物與人體的對應關係,選出最有效的藥物某些節段作為組合的精粹,運用針灸的穴位治療的法則,經過幾千例的臨床試驗,成功研製出"舒愈康貼膜".通過對病人的穴位進行藥物敷貼,透皮吸收,經絡傳導作用於大腦細胞,促使其再發育,重新建立支配肢體活動的功能,使脊髓系統的反射得到控制,使肌肉本能反射得到調控,使肢體活動正常.從而使病人的肢體僵硬,強直,疼痛,麻木,活動不利等癥狀得到改善和康復.再配合正確的功能鍛煉,使大腦的感受器接受正確的傳入性衝動,促使大腦細胞的可塑性發展,使喪失的功能重新恢復,形成了在中風偏癱治療中獨特的,規範的一整套功能鍛煉.臨床實踐證明,這種生物全息治療法的出現為治療中風偏癱開了先河. 染色體端點上發現長壽線索2002-09-02 20:32:52 娜塔莉·安吉爾人類染色體的形狀像腰帶狀的臘腸,分離地處於幾乎每一個人體細胞中.染色體是貯存基因的地方.但現在一些科學家發現,很小的一段染色體結構上至少有100000個基因. 生物學家已發現,每一對染色體的頂端是由6個DNA編碼反覆複製而形成的特殊結構,它們複製成千上萬個,像一首沒有變化的分子歌.生物學家知道這些結構被叫做端粒,它們對細胞生命的每一個階段都有著深遠的重要性.它們保護染色體不受傷害,組織它們活動在正確的位置上,更令人驚奇的是,它們還可能是一種計算時間的組織機制,它們可以告訴細胞,它有多大年齡. 科學界的工作表明,對老化的研究和對某種不死的頑固的細胞(如癌症細胞)的理解有著廣泛的領域. 科學家們已經確定,人類細胞在分裂時端粒將輕微縮短,他們認為,染色體頂端的長度可以容納細胞分裂一定的次數,也就是說,細胞固有的生命期結束之前所有的細胞分裂的尚余次數就貯存在染色體的頂端.在人的一生當中儘管有很多個體細胞死去了,但它們會被替代.一些研究人員揣想,端粒的長度和人類的完全老化有著緊密的聯繫.平均看來,一個70歲的老人的端粒比起一個兒童的要短很多,生物學家提出,當人體的大多數細胞的端粒一旦下降到某一長度後,死亡就臨近了. 這些研究結果可以為老化細胞的治療方法指明新的發展方向,特別是改善人體中消耗得最無情的部位,如心血管等,都有益處.但是科學家們強調,人體的各組成部分隨時間的推移而變化,衰老和死亡的難題無疑不僅取決於端粒的作用. 其他研究表明了端粒在癌症的發生和發展中也經歷了巨大的變化.當一個細胞成為惡性的並超範圍分裂時,首先它的端粒變短,並隨著每一個不正常的細胞的分裂而縮減.端粒的長度可以用來確定癌細胞的發展階段:患者細胞與正常細胞相比頂端的端粒越小,病情就越嚴重. 更多的研究還在進行中,新的實驗表明,在腫瘤發展得十分迅猛的階段,端粒的收縮可能停止,甚至可能發生反轉.科學家發現大多數與癌細胞相似的細胞在實驗室中終將死去,但是那些細胞的一小部分將成為不朽,實際上它們會永遠分裂下去. 科學家們發現,在那些不死的癌細胞中有一種端粒酶,這種酶存在於成熟的細胞中,它們在不斷地工作,修復端粒.它們的這種本領對於癌症病人來說一定是致命的.如果說端粒的長度標示著一個細胞是否已經死亡,而那個長度又不能成倍地縮減,那麼,就再沒有內部的信號去繼續阻止癌細胞徹底擊垮整個身體了. 但是,當人們從一個新的視角來看待端粒酶時,又可以發現一種阻止晚期癌症的方法.研究人員提出,如果有一種藥物能夠打亂端粒酶的活動,那麼,不斷成長分化的癌細胞就能被摧毀,而與此同時,並不傷及其他大多數正常的細胞.到目前為止,通過對健康生物組織結構的研究,生物學家已經發現,微量的端粒酶在精細胞中具有活性,在精細胞中,酶對於保持染色體處於最年輕狀態和可能達到的長度來說是很必要的.因此,削減精液量對於端粒酶的影響恐怕是最有效的辦法了. 會診克隆人——科學家詳釋八大疑團2002-01-08 20:55:36 張田勘克隆人果真像宣傳畫中所展示的那樣,完全是複製品嗎 在克隆動物大多早夭或有遺傳缺陷的情況下,所謂的克隆人又將怎樣呢 科學家認為,由於細胞質中的物質也參與了創造生命,因而克隆人並不完全是複製品.韋里諾·安蒂諾里是義大利經驗豐富而又頗具爭議性的生育學家.1994年,他做了一件在其從醫經歷中最驚世駭俗的事,即採用人工授精的方法使一位年過六旬的老太太懷上了孩子.安蒂諾里為此大出風頭,但他同時也受到了羅馬天主教會的嚴厲譴責.一個多月前,當他在其私人診所里向新聞界宣布他的克隆人計劃時,自然又使他無限風光了一把,當然他的計劃又一次讓梵蒂岡感到震怒.與他合夥的美國人扎沃斯也是一位經驗豐富的生育學家. 克隆人在提法上和製造新聞效應上早就不是什麼新鮮東西了,但前不久有關意美兩國科學家將合作研究克隆人的消息仍然讓不少媒體著實興奮了一陣子. 義大利的安蒂諾里與美國的扎沃斯合作研究克隆人,其目的是為了幫助不育夫婦.他們的具體做法是,提取丈夫的體細胞,取出細胞核,然後再提取妻子的卵細胞,去除細胞核,再將體細胞的細胞核植入卵細胞內,通過電流激活這個組合細胞,使其分裂發育,成為一個克隆人. 這樣的克隆人會是什麼樣的人呢 幹細胞:科技領域的熱點2002-06-11 21:12:54 楊黃恬1998年,威斯康星大學的湯姆森(J.Thomson)和約翰·霍普金斯大學的吉爾哈特(J.Gearheart)實驗室分別報告,他們成功地從人類胚胎和胎兒的生殖細胞中獲得了能在體外不斷增殖,具有很強分化潛力的人類胚胎幹細胞系和人種系幹細胞系.之後,幹細胞研究被迅猛推向高潮.美國《科學》周刊將其列為1999年最重要的科技進展,2001年年底又將其置於2002年值得關注的六大熱門科技領域之首.無疑,人類胚胎幹細胞系的建立迎來了現代生物學的一個新世紀,其巨大的醫學應用潛力正給人類帶來一場醫學革命. 幹細胞是一種具有多項分化潛能和自我複製能力的原始未分化細胞,是形成哺乳類各種組織器官的祖宗細胞.根據來源和個體發育過程中先後次序不同,幹細胞可分為胚胎幹細胞和成體幹細胞/組織幹細胞. 胚胎幹細胞來自於哺乳動物,包括人類早期胚胎的胚囊內細胞群.它能長期維持未分化狀態,又有全能分化的潛能和無限增殖的能力,在體外培養時仍能維持正常和穩定的染色體組型.在特定的環境誘導下,胚胎於細胞能分化成內,中,外三個胚層的各類細胞系,如上皮細胞,心肌細胞,骨骼肌細胞,神經元,造血細胞等.如將胚胎幹細胞放入受體胚囊中,它可以參與整個生物體的發育. 成體幹細胞或組織幹細胞,是已進入機體擔負著構建某種細胞組織功能的細胞,具有有限增殖,定向分化成一定組織細胞的特點.在胎兒,兒童或成體的骨髓,肌肉,神經,上皮等組織中均存在有這種幹細胞,如造血幹細胞,神經幹細胞,皮膚幹細胞等.近年,發現不同胚層起源的成體幹細胞在一定條件下可相互轉化.如肌肉組織的幹細胞可以"橫向分化"為血液細胞.世界各地的科學家相繼證實了這一現象,並發現人類成體幹細胞同樣具有"橫向分化"的功能.這意味著將來受損組織有可能用同一個體內其他組織的殘餘幹細胞來修復,從而為成體幹細胞的臨床應用開拓了更為廣闊的空間. 從上述特點可以看出幹細胞在生命科學多個領域的廣泛用途.其中最顯見的醫學應用潛能,即最令人興奮處,是有望成為細胞組織移植甚至器官的新來源,以取代病人體內損壞的細胞組織/器官,達到治療組織缺損,遺傳缺陷,器官障礙等難治疾病的目的. 和成體幹細胞相比,胚胎幹細胞是細胞的源頭,唯一不死的多能或全能細胞,並能夠無限分化.換言之,它能製造機體需要的全部細胞,因此在醫學和生物學上具有巨大潛力,應用前景廣闊.但它存在著移植免疫排斥的限制和倫理學方面的困擾.而成體幹細胞只能在體外有限擴增,多系分化效力低.通過體外的擴增培養雖能夠提高轉化效率,然而體外轉化是否會引起幹細胞遺傳特徵的改變尚不清楚.但這類幹細胞存在於宿主體內,可從患者自身獲得,故無移植免疫排斥的限制,也無倫理學方面的困擾.因此,胚胎幹細胞和成體幹細胞的研究,對生命科學領域而言都具有極重要的意義,其研究成果將能互為裨益,相得益彰.可以預計,幹細胞領域的研究成果將會對今後人類的生活產生極為重大的影響. 我國是世界上人口最多的國家,需要細胞移植治療的疾病發病率與其他國家大致相似.由於我國早就實施了計劃生育政策,目前的家庭結構以獨生子女家庭為主體,能提供具相同或相關基因的幹細胞的可能性較其他國家低,因此我國幹細胞及其衍生組織的應用研究更有其迫切的需求. 人造染色體成了基因療法新工具2002-09-02 20:23:03 尼古拉斯·魏德生物學家已經積累了非常豐富詳細的關於遺傳疾病的知識,但是缺少利用這種知識的有效工具.一項偉大的治療方法--基因療法,一直由於缺少合適的工具--使基因進入人體細胞並糾正其工作秩序--而停滯不前.但如果一項新近的生物學發現表現很好的話,那麼這種障礙就會消失了. 這種新發現就是人造人體染色體. 研究人員發現人體細胞在被輸入合成的人類染色體後,會將之放入正在工作的染色體中,可以做基因療法的有效工具. 基因療法是為解決先天性疾病,心臟疾病以及癌症而發明的,為此政府每年投入2億美元用於研究,而生物製藥公司每年用於研究的投入則更大. 但是先前所有要將被改造的基因放入病人體中的嘗試都已受到阻礙.基因療法被寄予的希望很大,但臨床應用的效果卻不太好,這裡主要的原因是由於在實驗中被輸入人體中的被改造的病毒並不會給基因治療提供—個穩定的平台.這些病毒擅長鑽入細胞中,這是它們的天性.但其中一些不夠大,以至於不能攜帶足夠的人體基因及遺傳控制系統;還有一些病毒被人體免疫系統攻擊並消滅掉了. 所以大多數被輸入的基因缺少穩定的基因顯現,也就是為基因製造蛋白質而提供的生物信號無法被正確顯現.而人造染色體可以解決這樣的問題,因為它可以為人體基因的發揮作用和在上級細胞分裂時將基因轉入下級細胞提供一個穩定和自然的平台. 威爾森博士是賓夕法尼亞大學人類基因研究中心的主任,他是這樣評論這項成果的:穩定的顯現信息是件重要的工作,如果我們真可以製造一個類似於人類染色體的遺傳物質,那將是一項真正重要的成果. 安得森博士是南加利福尼亞大學的基因療法實驗室的主任.他把這項進步描述為"天才想像的科學",將會對基因治療技術的進步有很大幫助.他預言說人造染色體在實現規模性生產和技術要求完備之前,改進的基因療法還是可行的. 人造染色體是人類遺傳學家漢亭頓·F·威德勒博士及其同事經過十幾年的努力研究出的成果.該項目建立的理論基礎是,如果人體染色體的細微的重要的成分被導入細胞中,那麼細胞的自我修補系統就會將染色體和細胞鏈接在一起,使之共同工作. 克里夫蘭的研究小組合成了人類染色體的末端並設計了一組短的DNA數據和一組長的DNA數據使之與人類染色體核心結構相吻合.但是人體染色體做為實現遺傳功能的工具的中轉站是如何在細胞分裂時將染色體也分裂並組合,仍是科學界的一個謎.現在仍有很多研究小組在努力試驗. 合成的染色體端粒,著絲粒和人體DNA物質,都被分別輸入進人體細胞;這是由一種化學製劑促成的,使DNA擠入細胞組織中. 基因療法一擁而上的隱憂2002-09-02 20:19:48 吉納·科拉塔第一種治療基因疾病的基因被注入病人體內距今已經6年了,基因療法也已為人所知.在研究中,大約有600名病人應用了這種基因療法,他們大都得腫瘤或罕見的遺傳疾病.但現在還沒有—份報告聲明基因療法對癌症有治療效果.這裡的技術問題是十分複雜的.例如科學家發現人體的免疫系統可能攻擊並摧毀用於基因療法的細胞.因為這種細胞中攜帶著用於治療的被感染的病毒,而人體的免疫機能很容易發現它們並認為是敵人而殺死他們. 成立小公司並從事這個有冒險性行業的人士認為,他們可以精確地預見到他們所從事的事業的危險所在.一部分科學家,包括國立健康研究所的所長認為,關於這個項目發展太快,從實驗室到臨床應用的過渡太快的說法,不要人云亦云. 當有些人斷言基因療法研究的高速發展並不會有什麼不妥時,批評這種態度的說法也隨之而來.持批評意見的人擔心在基因藥物試驗階段,基因藥物如果傷害病人健康,那麼基因治療工業化就會引起公眾的強烈反應. 醫生承諾基因療法是將矯正基因輸入病人體內細胞之中,這種治療方法可以治療多種先天性,包括多種變異基因引起的疾病;還有一種基因療法是輸入基因後使患病細胞自我毀滅.研究人員認為這也是一種好的治療方法,可以深入癌症細胞或愛滋病細胞的基因中,使之自我毀滅. 基因療法是最重要的治療方法,因為它可以利用人體自身機能來糾正人體自身的缺陷.這一點即使是對今天的研究持批評態度的人也不否認.基因療法將最終取代藥物.但是這也需要一個漫長的過程.那種希望在近期之內就會有所突破的想法會使一切前功盡棄. 科學家認為在研究基因療法時,他們頂著巨大的壓力.大學的研究室里,每一名科學家都渴望贏得這樣的聲譽,即"你是在你的大學裡第一個做基因療法的人".每所大學都聲稱他們進行著基因療法的研究. 但有種說法是,基因療法研究的背後推動力源於那些生物製藥公司.62%的基因療法研究是依靠來源於這些公司的資助的. 哈羅德博士說NIH公司(國立健康研究所)每年花費2億美元用於基因療法研究,其中包括基礎學科研究.哈羅德博士想要確認這些錢是否真正起到了好的作用. 哈羅德博士認為在基因研究中有一種推動力會影響整個事業,而這種推動力正來源這些公司.這些公司為得到研究成果,會讓研究人員把這項研究往錢眼裡推,而且會使醫院盲目地宣稱自己取得了積極的進展,以獲取研究資金.這種現象是非常可怕的. 生物學家斯圖爾斯博士說,在金錢的推動下,成果被過早地投入臨床之中,卻不管這些成果是否真的有效.他認為給他的印象是,雖然有大量的臨床應用,可是其中很少被證明具有科學性的突破或臨床效果.而且從經濟的角度講,臨床效果如何對這些公司來講不是很重要.從公司純經濟角度來看,大多數公司的興趣在於怎樣把藥物賣出去,它只考慮藥物是否賣光了,而不考慮這種藥物是否真的管用. 幹細胞研究最新進展(1)2002-05-12 15:25:33 楊昆正當人們歡呼人類基因組工作框架圖宣告完成的時候,一個蓄勢已久的"幹細胞"狂瀾也開始席捲而來.人們已預見到幹細胞尤其是胚胎幹細胞在醫學乃至整個生命科學中的巨大潛力.科學家預測,如果此項研究進展順利,那麼在3～5年內將使肝病,血液病,糖尿病,角膜病,早老性痴呆症得到有效治療.10年內,可以全面實施治療性人體器官克隆,甚至實現人體器官模塊化目標.幹細胞生物工程為人類最終戰勝頑症展現了新的曙光. 揭開"萬用細胞"的神秘面紗 幹細胞的"干",譯自英文"Stem",意為"樹","干"和"起源".類似於一棵樹榦可以長出樹權,樹葉,開花和結果等.幹細胞分三類:全能幹細胞,多能幹細胞和專能幹細胞.全能幹細胞可以分化成人體的各種細胞,這些細胞構成人體的各種組織和器官.受精卵便是一個最初始的全能幹細胞,隨後,它可以繼續分化出許多全能幹細胞,提取這些細胞中的任意一個置於子宮內,就可發育出一個完整的人體.全能幹細胞在進一步分化中,形成各種多能幹細胞.多能幹細胞進一步分化成專能幹細胞,後者只能分化成某一類型的細胞,比如神經幹細胞可以分化成各類神經細胞,造血幹細胞可以分化成紅細胞,白細胞等各類血細胞. 由於幹細胞是未成熟細胞,它未充分分化,具有再生各種組織器官的潛在功能,因此人們便稱之為"萬用細胞".人們寄希望於利用幹細胞在體外繁育出各種組織或器官,並最終用這些組織或器官移植來代替病變的組織或器官.如果有一天,人們在年老時能用上自己嬰幼兒時期採集保存的幹細胞,及其衍生組織器官,那麼人類長生不老的幻想就有可能成為現實. 兩隻鸚鵡的故事 最近,美國哈佛大學的科學家做了一個有趣的實驗,研究者們首先教會兩隻鸚鵡唱歌,然後把其中一隻鸚鵡的腦中樞神經破壞,這隻鸚鵡就失去了唱歌本領.然後,再從另一隻鸚鵡身上提取幹細胞注人這隻受損的鸚鵡體內.不久,奇蹟出現了,那隻不會唱歌的鸚鵡又恢復會唱歌的本領.原來,幹細胞在進入異體後,可以根據受體的信息修復,整合出受體中受損細胞的原始功能. 如果這項技術用來治療人類受損的組織和器官,比如眼睛近視了或眼球受到了損害,那麼只要從自己的眼球內提取出幹細胞,就可以使自己的眼睛得以恢復.心,肝,脾,肺,腎有了毛病,還需移植新的器官嗎 有了幹細胞就大可不必了,只要將自己相應的幹細胞注入體內,便可達到器官移植的目的.這樣不但可以防止機體的排斥反應,還可以避免法律,以及社會倫理方面的爭議. 癱瘓的兔子也能爬行 幾隻癱瘓的兔子,經過神經幹細胞移植,其肌力明顯恢復,並且能夠爬行.這是河南醫科大學最近進行的一項科學研究,為癱瘓病人重新站起來帶來了新的希望. 據主持這項研究的神經外科副教授楊波介紹,由河南醫大組成的神經幹細胞聯合攻關小組,去年8月成功地進行了人類胚胎神經幹細胞體外培養,同年11月,他們又成功地開展了人類成體神經幹細胞研究,並完成了神經細胞儲存及復甦研究.在這一研究基礎上,他們通過橫斷脊髓,造成後肢完全癱瘓的動物模型,然後應用體外培養的神經幹細胞移植到動物身上,獲得了顯著效果,癱瘓動物肌張力逐步恢復,並且能夠爬行,表明它的神經細胞已經再生了. 中樞神經細胞一直被認為是體內最難再生的細胞,當這些細胞受到腦外傷或其他疾病破壞時,常導致難以治癒的神經功能障礙,如癱瘓等.而神經幹細胞則具有分裂增殖及多樣性分化的特點.因此,通過培養神經幹細胞並進行移植,可用於治療多種神經系統疾病. 幹細胞研究最新進展(2)2002-05-12 15:26:52 楊昆蔣先生何以脫離死神魔掌 5年前,當42歲的蔣先生被確診為再生障礙性貧血時,他心膽俱裂.要知道,患上這種病十之八九無法存活.家人訪遍名醫,得到的總是搖頭與安慰.懷著一線生的希望,蔣先生來到上海.在上海市第一人民醫院,王椿教授為其施行了外周血幹細胞移植術. 經過HLA配型,蔣先生大哥的血與他完全匹配.專家小組為其進行了造血幹細胞移植術,術後他的血色素增至90克/升,心臟功能恢復正常,原有的胸悶及心悸等癥狀消失.經過基因方法鑒定,供體的造血幹細胞已在患者身上植活.現在,蔣先生又能像常人一樣生活,學習和工作了. 王教授解釋說,人體的血液細胞中所包含的紅細胞,白細胞和血小板,是造血幹細胞通過不斷增殖與分化所產生的後代.人類找到了造血幹細胞,就等於找到了根治某些血液疾病的方法,因為只有它才是人類血液的"種子". 正當德國國內在對是否禁止胚胎幹細胞研究爭論不休之際,波恩的科學家就幹細胞治療遺傳病給出了一個鮮活的實例,他們成功地為一名未出生的男嬰在母腹內進行了幹細胞移植.現年2歲的小朱力亞6月1日在波恩召開的產科醫療大會上公開露面. 朱力亞患有嚴重的免疫功能低下疾病,缺乏免疫細胞.科學家用取自斯德哥爾摩幹細胞庫存的幹細胞,為其成功地進行了細胞移植.一般情況下,在胎兒出生後採用骨髓移植法進行治療,當一定的組織特徵吻合後,才有可能成功,否則會出現排斥反應.但是,如果在出生前進行這種療法,便不會出現這種外來組織排斥現象.朱力亞的一個姐姐就患有這種疾病,稍受感染或受涼就可能引發多種疾病,而且每種疾病都有可能危及生命. 波恩大學醫院產科漢斯曼教授宣稱,這是未來療法的科學成就,並希望將來能以同樣的手段治療多種遺傳性疾病,給嬰兒以更多的生存機會. 器官再生將夢想成真 蜥蜴的尾巴被切斷後會重新長出.蠑螈失去手,腳及眼睛會再生.即使體長只有1cm左右的真渦蟲,哪怕被切成0.2mm見方的骰子狀顆粒,照樣能恢復到原來的形狀.長期以來,人們一直認為除了皮膚,血液及骨頭等極小部分之外,人類已經喪失了上述再生功能. 然而,自從美國科學家成功地分離出胚胎幹細胞,掀起了一股世界性的人體再生醫療技術研究熱潮.胚胎幹細胞是一種尚未發育分化的原始細胞,具有形成人體各種細胞的能力.從理論上說,利用胚胎幹細胞能夠培養心臟,骨骼,神經細胞,血液細胞,皮膚細胞,角膜及眼球等各種組織器官,並用於置換人體體內因疾病或外部損傷而喪失功能的組織器官.一旦掌握了胚胎幹細胞的分離和誘導分化技術,那麼,人體各種組織和臟器的再生就不再是夢想. 再生醫學中使用的幹細胞,最為理想的是不會發生排斥反應的自身幹細胞.目前,軟骨,血管,心臟半膜,心肌,韌帶,角膜,視網膜等組織的再生正在研究之中,部分已進人試驗性的臨床應用.一些較為複雜的器官,如腎臟,心臟等人類器官的再生,由於目前受技術的限制,研究尚未起步.儘管如此,科學家們仍樂觀地預期,利用幹細胞定製自身所需的組織器官研究一定會大踏步地向前推進. 幹細胞:科技領域的熱點2002-06-11 21:12:54 楊黃恬1998年,威斯康星大學的湯姆森(J.Thomson)和約翰·霍普金斯大學的吉爾哈特(J.Gearheart)實驗室分別報告,他們成功地從人類胚胎和胎兒的生殖細胞中獲得了能在體外不斷增殖,具有很強分化潛力的人類胚胎幹細胞系和人種系幹細胞系.之後,幹細胞研究被迅猛推向高潮.美國《科學》周刊將其列為1999年最重要的科技進展,2001年年底又將其置於2002年值得關注的六大熱門科技領域之首.無疑,人類胚胎幹細胞系的建立迎來了現代生物學的一個新世紀,其巨大的醫學應用潛力正給人類帶來一場醫學革命. 幹細胞是一種具有多項分化潛能和自我複製能力的原始未分化細胞,是形成哺乳類各種組織器官的祖宗細胞.根據來源和個體發育過程中先後次序不同,幹細胞可分為胚胎幹細胞和成體幹細胞/組織幹細胞. 胚胎幹細胞來自於哺乳動物,包括人類早期胚胎的胚囊內細胞群.它能長期維持未分化狀態,又有全能分化的潛能和無限增殖的能力,在體外培養時仍能維持正常和穩定的染色體組型.在特定的環境誘導下,胚胎於細胞能分化成內,中,外三個胚層的各類細胞系,如上皮細胞,心肌細胞,骨骼肌細胞,神經元,造血細胞等.如將胚胎幹細胞放入受體胚囊中,它可以參與整個生物體的發育. 成體幹細胞或組織幹細胞,是已進入機體擔負著構建某種細胞組織功能的細胞,具有有限增殖,定向分化成一定組織細胞的特點.在胎兒,兒童或成體的骨髓,肌肉,神經,上皮等組織中均存在有這種幹細胞,如造血幹細胞,神經幹細胞,皮膚幹細胞等.近年,發現不同胚層起源的成體幹細胞在一定條件下可相互轉化.如肌肉組織的幹細胞可以"橫向分化"為血液細胞.世界各地的科學家相繼證實了這一現象,並發現人類成體幹細胞同樣具有"橫向分化"的功能.這意味著將來受損組織有可能用同一個體內其他組織的殘餘幹細胞來修復,從而為成體幹細胞的臨床應用開拓了更為廣闊的空間. 從上述特點可以看出幹細胞在生命科學多個領域的廣泛用途.其中最顯見的醫學應用潛能,即最令人興奮處,是有望成為細胞組織移植甚至器官的新來源,以取代病人體內損壞的細胞組織/器官,達到治療組織缺損,遺傳缺陷,器官障礙等難治疾病的目的. 和成體幹細胞相比,胚胎幹細胞是細胞的源頭,唯一不死的多能或全能細胞,並能夠無限分化.換言之,它能製造機體需要的全部細胞,因此在醫學和生物學上具有巨大潛力,應用前景廣闊.但它存在著移植免疫排斥的限制和倫理學方面的困擾.而成體幹細胞只能在體外有限擴增,多系分化效力低.通過體外的擴增培養雖能夠提高轉化效率,然而體外轉化是否會引起幹細胞遺傳特徵的改變尚不清楚.但這類幹細胞存在於宿主體內,可從患者自身獲得,故無移植免疫排斥的限制,也無倫理學方面的困擾.因此,胚胎幹細胞和成體幹細胞的研究,對生命科學領域而言都具有極重要的意義,其研究成果將能互為裨益,相得益彰.可以預計,幹細胞領域的研究成果將會對今後人類的生活產生極為重大的影響. 我國是世界上人口最多的國家,需要細胞移植治療的疾病發病率與其他國家大致相似.由於我國早就實施了計劃生育政策,目前的家庭結構以獨生子女家庭為主體,能提供具相同或相關基因的幹細胞的可能性較其他國家低,因此我國幹細胞及其衍生組織的應用研究更有其迫切的需求. 日本著手解析古代生物基因 新華網北京4月13日專電 日本海洋科技中心從本年度起實施一個科研項目,研究人員從深海海底採取微生物,解析古代生物的基因,以揭示地球上生命誕生與進化的奧秘. 據該中心提供的資料介紹說,這個項目叫做"極限環境生物前沿研究系統".它將使用活塞式岩心提取器從深海海底以下的沉積層里採取生物標本,解析它們的基因結構及其功能.由於它們攜帶著說明古代地球環境的遺傳信息,具有現在地球上生物所沒有的特殊功能 ,因此,解析它們的基因結構及其功能,將有助於揭示地球上生命的誕生及進化的過程,它們適應高壓,高溫,多濕,黑暗及高濃度碳氫化合物等極限環境的特殊功能有可能被應用到開發新的生物技術產品等方面. 迄今為止,這家科研機構已經從深海等極限環境中發現了超好熱性細菌,能夠分解石油和硫化物的細菌等,取得了引人注目的研究成果.蓬勃發展的軍用生物技術2001-08-08 17:06:45 田武生物技術的發展和生命科學的研究,將是今後四五十年里最令人振奮的科技領域.美國現有1/3的科學家在從事生命科學研究,以生命科學為基礎的綜合性技術——生物技術也將成為軍事高技術的制高點.生物技術包括遺傳工程,細胞工程,酶工程和發酵工程等技術領域.生物技術在軍事領域的應用非常廣泛,除了人們熟知的生物武器,基因武器之外,還可以列舉出許多. 軍用生物感測器顯露奇葩 把生物活性物質,如受體,酶,細胞等與信號轉換電子裝置結合成生物感測器,不但能準確識別各種生化戰劑,而且探測速度快,判斷準確,與計算機配合可及時提出最佳防護和治療方案.美國國防部於1990年將生物感測器列入國防關鍵技術.生物感測器還可通過測定炸藥,火箭推進劑的降解情況來發現敵人庫存的地雷,炮彈,炸彈,導彈等的數量和位置,它將成為實施戰場偵察的有效手段. 軍用仿生技術登峰造極 神經網路計算機 由於對人腦的神經細胞及其網路結構活動機制的研究取得重大突破,從20世紀80年代末期開始,模仿這種機制運行的神經網路計算機的研製已邁出重要步伐.1989年,日本三菱電器公司試製出世界上第一台光學神經網路計算機,該機能識別26個字母.現在,在美國,日本,俄羅斯和西歐諸國,已有多種神經網路器件,神經網路軟體包和神經網路計算機問世. 美國國防部高級研究計劃局認為:神經網路計算機是解決機器智能的惟一希望,因此決心像當年支持研製原子彈那樣支持這方面的研究工作.美國的300多家大公司和許多大學正抓緊從事有關的研究工作.神經網路計算機在美國被列入國防科研項目之中,它在軍事上可得到廣泛的應用,如可用於景物的圖像識別,雷達和聲納的信號處理,以及目標識別,自動控制系統,智能機器人等. 仿生動力 人和動物的肌肉具有驚人的力量,人體全身的600餘塊肌肉朝一個方向收縮,其力量可達25噸!目前,軍事仿生專家已用聚丙烯酸等聚合物製成了"人工肌肉",把它放入鹼或酸介質中,便能產生強烈的收縮或松馳,直接把化學能轉變成機械能.為儘快製造出實用的肌肉發動機,專家們設想用膠原蛋白作材料.膠原蛋白分子呈螺旋狀結構,類似彈簧.將其浸入溴化鋰溶液後即迅速收縮,從而做功;用純水洗去溴化鋰,膠原蛋白就恢復到原來長度.這種"肌肉發動機",沒有齒輪,活塞和槓桿,體積小,重量輕,無噪音,操作簡便,還省去了易燃易爆的油箱,用于軍用裝備,可大大提高各種作戰平台的機動能力和生存能力. 仿生導航系統 自然界中許多動物具有導航能力.經研究發現,鳥類體內的導航系統只有幾毫克重,但精確度極高,探測誤差小於0.03微瓦/平方米.目前已有一些國家在利用生物技術手段模擬動物的導航系統來簡化軍事導航系統,以提高精度,縮小體積,減輕重量,降低成本,增強在複雜條件下的導航定位能力. 軍用生物材料如日中天 生物材料具有重要的軍事應用價值.軍用生物材料是利用現代生物技術對傳統材料進行改進或加工而生產出的具有特殊性能的軍用材料.目前各國正在研究的生物材料有蛋白質纖維,塑料,粘合劑,塗料,彈性體,潤滑劑,複合材料和光電材料等,預計在今後數十年內有多種生物材料可用於部隊的裝備.如美國陸軍研究發展和工程中心已經從織網蜘蛛中分離出合成蜘蛛絲的基因,從而能夠生產蛛絲,還將基因轉移到細菌中生產可溶性絲蛋白,經濃縮後可紡成一種特殊的纖維,其強度超過鋼,可用於生產防彈背心,防彈頭盔,降落傘繩索和其他高強度輕型裝備.此外,用於武器裝備維修的生物粘合劑和用於艦船防腐,防污的生物塗料的研究目前都取得了較大進展. 軍用生物能源潛力巨大 目前主戰兵器的機動裝備大都以汽油,柴油為燃料,後勤補給任務重,要求高.利用生物技術可將澱粉快速製成氫,每消耗1克澱粉就可生產出1毫升氫.氫和少量燃料混合即可替代汽油,柴油.這樣,機動裝備只需要帶少量的澱粉,就能進行長時間,遠距離的機動作戰.日本,加拿大等國把細菌和真菌引入酵母,酶解纖維生產酒精,或用基因工程方法使大腸桿菌把葡萄糖轉化為酒精,代替汽油或柴油,可隨時為軍隊的機動裝備提供大量的生物燃料. 軍用生物醫藥方興未艾 生物技術可以製造新的疫苗,藥物和新的醫療方法.如利用生物技術生產血液代用品,已受到世界各國的重視,人造血液可望緩解戰場上血漿的供需矛盾.利用生物技術生產的高效傷口癒合材料,有望進行大規模生產.科學家正研究用重組工程菌進一步提高殼多糖(有促進傷口癒合功能)的產量.美國一些公司與陸軍醫療中心正在從事用生物技術合成"人造皮膚"的研製工作. 此外,生物加工處理技術在軍事領域也有廣泛的應用.目前正在研究的課題有:生化戰劑的洗消,危險廢物的生物降解,生物除雷,生物防核污染等.已經初步研製出了無腐蝕,低成本,高速度,便於攜帶的清洗生化戰劑的生物酶,清除殘餘地雷,水雷,降解TNT炸藥的生物體和能除去鈾,鐳,砷等有毒有害元素的微生物. 所謂生物特徵識別,是指通過計算機將人體所固有的生理特徵或行為特徵收集並進行處理,來進行個人身份鑒定的技術.生理特徵與生俱來,多為先天性的;行為特徵則是習慣使然,多為後天形成.科學家將生理和行為特徵統稱為生物特徵,常見的生物特徵包括指紋,掌紋,虹膜,臉像,聲音,筆跡等. 目前,國外許多高新技術公司正在試圖用眼睛虹膜,指紋,面貌特徵等取代人們手中的信用卡或密碼,並且已經開始在機場,銀行和各種電子器具上進行了實際應用.美國一家高技術公司研製出的虹膜識別系統已經應用在美國得克薩斯州聯合銀行的三個營業部內.儲戶來辦理銀行業務,無需銀行卡,更沒有回憶密碼的煩惱.他們在取款機上取錢時,一台攝像機首先對用戶的眼睛進行掃描,然後將掃描圖像轉化成數字信息與資料庫中的資料核對,以對用戶的身份進行檢驗.日本三菱電機公司不久前將"指紋認證裝置"微型化,並內置於公司將要推出的手機中.在使用者打電話時只要用手指觸摸手機的感測器部位,手機就能馬上識別出指紋是否與使用者事先登記的指紋一致.如果與事先登記的指紋不相符合,電話就不能接通.這使手機用戶再也不必擔心手機被人盜用了. 生物識別技術最有前途的應用領域或許是在電子商務領域.預計,到2002年,全球通過入門網站達成的貿易額將達5萬億美元.此外,預計到2005年,全球網際網路用戶將達到7.65億,與此同時,網路黑客的破壞活動也會層出不窮.鑒於生物識別的可靠性,未來人們在網上購物或交易時,需首先在生物識別儀上進行身份認證,可以保證網路管理機構有效地監督網路交易的參與者,並大大減少不法分子對網路交易的破壞活動. 美國前總統柯林頓曾簽署了電子簽名法案,使電子簽名在美國獲得與普通書面簽名一樣的法律地位,從而進一步方便了企業和消費者在網上做生意.而這項法案的簽署,同時也促使美國各大生物技術公司加緊開發保證電子簽名安全的技術,其中主要包括驗證個人身份的加密數字代碼裝置和附加在計算機上的指紋或虹膜檢查設施等. 基於生物特徵的身份鑒別技術的研究伴隨著這一應用的發展越來越深入,逐漸自成系統.椐科學家介紹,能夠用來鑒別身份的生物特徵應該具有以下特點.廣泛性:每個人都應該具有這種特徵;惟一性:每個人擁有的特徵應該各不相同;穩定性:所選擇的特徵應該不隨時間變化而發生變化;可採集性:所選擇的特徵應該便於測量. 實際的應用還給基於生物特徵的身份鑒別系統提出了更多的要求,如:性能要求,所選擇的生物統計特徵能夠達到多高的識別率;對於資源的要求,識別的效率如何;可接受性,使用者在多大程度上願意接受所選擇的生物統計特徵系統;安全性能,系統是否能夠防止被攻擊;是否具有相關的,可信的研究背景作為技術支持;提取的特徵容量,特徵模板是否佔用較小的存儲空間;價格是否為用戶所接受;是否具有較高的註冊和識別速度;是否具有非侵犯性. 遺憾的是,到目前為止,還沒有任何一種單項生物特徵可以滿足上述全部要求.基於各種不同生物特徵的身份鑒別系統各有優缺點,分別適用於不同的範圍.但對於不同的生物特徵身份鑒別系統,應有統一的評價標準. 目前,一些用於身份鑒別的生物統計特徵主要有聲紋,指紋,臉像,虹膜,筆跡,步態,紅外溫譜圖等,另外還有一些生物特徵可以用於身份鑒別,包括耳形,DNA,視網膜,手形,掌紋,體味,足跡等. 迄今為止,還沒有哪一個單項生物特徵能達到完美無缺的要求.另外,每種生物特徵都有自己的適用範圍.比如,有些人的指紋無法提取特徵,患白內障的人虹膜會發生變化等.在對安全有嚴格要求的應用領域中,人們往往需要融合多種生物特徵來實現高精度的識別系統.數據融合是一種通過集成多知識源的信息和不同專家的意見以產生一個決策的方法,將數據融合方法用於身份鑒別,結合多種生理和行為特徵進行身份鑒別,提高鑒別系統的精度和可靠性,這無疑是身份鑒別領域發展的必然趨勢. 虹膜識別 到目前為止,虹膜識別的錯誤率是各種生物特徵識別中最低的.每個人虹膜的結構各不相同,並且這種獨特的虹膜結構在人的一生中幾乎不發生變化.這個觀點有兩方面的依據:第一個依據來自於臨床觀察.眼科學家和解剖學家經過大量的觀察發現,虹膜具有獨特的結構,即便對於同一個人,左眼和右眼的虹膜區別也是十分明顯的.經過進一步持續的觀察,科學家們發現,自童年以後,虹膜在人的一生中所發生的變化十分微小.支持這一觀點的第二個證據來自發育生物學.科學家發現,儘管虹膜的基本結構是由內在的遺傳基因決定的,但是,外界環境卻對虹膜獨特的細微結構起著決定性作用.這種外部環境是指在生命初期虹膜形成之前的胚胎髮育環境.因此,自然界不可能出現完全相同的兩個虹膜.發育生物學家通過大量觀察發現,當虹膜發育完全以後,它在人的一生中是穩定不變的,因而具有穩定性.另外,由於虹膜的外部有透明的角膜將其與外界相隔離,因此,發育完全的虹膜不易受到外界的傷害而產生變化. 指紋識別 指紋是指人類手指上的條狀紋路,它們的形成依賴於胚胎髮育時的環境."沒有兩個完全相同的指紋"這一觀點已經得到公認.指紋識別已經有了很長一段歷史.目前,全球範圍內都建立了指紋鑒定機構以及罪犯指紋資料庫,指紋鑒定已經被官方所接受,成為司法部門有效的身份鑒定手段. 作為最傳統,最成熟的生物鑒定方式,指紋有以下兩個突出的優點:穩定性指紋具有很強的相對穩定性.從胎兒在6個月時指紋完全形成到人死後屍體腐爛,指紋的紋線類型,結構,統計特徵的總體分布等始終沒有明顯變化.獨特性指紋具有明顯的獨特性.至今還找不出兩個指紋完全相同的人.由於皮膚表皮上的紋路是在胎兒6個月時形成的,因此,同卵雙胞胎的指紋也是不相同的.不僅人與人之間不同,就是同一個人的十指指紋也有明顯的區別. 隨著指紋識別技術的發展以及產品產業化的推進,不但廣泛應用於人們已經熟知的公安,破案,保安,金融等領域以及筆記本電腦和手機等設備中,還將走入居民身份證. 紅外溫譜圖 人的身體各個部位都在向外散發熱量,而這種散發熱量的模式就是一種每人都不同的生物特徵.通過紅外設備可以獲得反映身體各個部位的發熱強度的圖像,這種圖像稱為溫譜圖.拍攝溫譜圖的方法和拍攝普通照片的方法類似,因此,可以用人體的各個部位來進行鑒別.溫譜圖的另一個應用是吸毒檢測,因為人體服用某種毒品後,其溫譜圖會顯示特定的結構.目前,已經有溫譜圖身份鑒別產品問世,但是由於紅外測溫設備價格昂貴,使該技術不能得到廣泛的應用. 步態識別 步態是指人們行走時的方式,這是一種複雜的行為特徵.儘管步態不是每個人都不相同的,但是它也提供了充足的信息來識別人的身份.步態識別的輸入是一段行走的視頻圖像序列,因此其數據採集與臉像識別類似,具有非侵犯性和可接受性.但是,由於序列圖像的數據量較大,因此步態識別的計算複雜性比較高,處理起來也比較困難. 語音識別 中國科學院自動化研究所日前推出一項高科技成果:用語音而不是用遙控器控制電視機,電風扇,空調等家用電器,使行動不便的人及盲人免除難以按鍵之苦.該所以模式識別國家重點實驗室為技術支撐,研究和製造出"智能家居的中央語音控制器",它能使家電聽懂人的語言,並能按照人的語音命令開機或關機.它能在家庭範圍內對電視機,電風扇,空調等家電隨時隨地進行語音控制,不必使用遙控器,給人們生活帶來極大的便利. 筆跡識別 隨著計算機技術和網路技術的發展與普及,筆跡鑒別技術的應用領域更為寬廣,突破了原有的應用範疇,比如,計算機登錄,信息網入網,信用卡簽字,電子商務等.從身份識別的角度看,筆跡是一種穩定的行為特徵,筆跡的獲取具有非侵犯性(或非接觸性),易為人所接受. 計算機筆跡鑒別主要分為在線(on-line)和離線(off-line)兩類.離線筆跡鑒別的對象是寫在紙上的字元,通過掃描儀和攝像機轉化為計算機能處理的信號;而在線的筆跡鑒別則通過專用的數字板或數字儀實時採集書寫信號,它不僅可以採集到筆跡序列並轉化成圖像,而且可以記錄書寫的壓力,速度等信息,可為筆跡鑒別提供更豐富的信息.基因治療02-JUN-01 bjb基因治療,即將一段特定的遺傳信息物質DNA通過人工方法導入的人體細胞以治療人體疾病.基因治療的範圍很廣: 1.遺傳性病變,即遺傳物質缺陷所致疾病,通過基因治療可以修正,補充,或取消致病基因; 2.腫瘤性疾病,腫瘤細胞常常會有多種基因的改變,因此,目前將一些涉及腫瘤的主要基因進行基因治療,如 P53抑癌基因, ras癌基因等等; 3.為多基因遺傳性疾病,如糖尿病,高血壓,動脈硬化; 4.基因疫苗,即導入一些病原體基因,以刺激機體產生特異的免疫力,以抵抗這些病菌的侵襲. 基因治療的方法有: 1.體外導入,回輸:即將病人的部分組織或細胞取出,在體外培養導入基因後,再回輸入體內; 2.體內直接導入:又可分為(1)異位導入,將基因導入非病變的細胞,如皮下,肌肉等;(2)原位導入,即將基因導入直接病變的部位,如腫瘤細胞,骨髓細胞等. 由於外源遺傳物質可能影響生物的群體遺傳特徵.因此,目前的基因治療主要限於生物的體細胞,而生殖細胞和受精卵則禁止使用.
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