干细胞和再生整形医学

如今，几乎所有执业医生都了解一种治疗最严重疾病的新方向，而这些疾病此前无法通过传统医学和替代医学治愈。我们所说的再生医学，是基于干细胞再生潜力的利用。围绕这一发展方向，一场前所未有的科学讨论和伪科学炒作已经出现，这主要得益于互联网信息的夸张。在很短的时间内，干细胞治疗能力的实验室研究已经超越了实验阶段，并开始被积极地应用于实际医学，这引发了一系列科学、伦理、宗教、法律和立法方面的问题。国家和公共机构显然对干细胞从培养皿到静脉注射系统的快速转变毫无准备，这对整个社会或特定的受苦患者都无益。了解有关干细胞功能的难以想象的信息量（无论是在数量上还是质量上）都并非易事，即使是专家（专家并不多，因为每个人都在试图自己掌握新的科学趋势）也不例外，更不用说那些没有直接参与再生整形医学的医生了。

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为什么需要这样的实验？这些实验真的有必要吗？

乍一看，细胞跨物种嵌合体的创造，不过是某个狂热科学家忘却生物伦理的狂想之作。然而，正是这种方法极大地扩展了我们对胚胎发生的基础知识，因为它使我们能够计算器官发生（肝脏、大脑、皮肤和免疫系统器官的形成）所需的细胞数量。此外（这或许是胚胎干细胞生物学的核心所在），遗传学家获得了一项独特的工具，借助该工具，他们可以在胚胎嵌合过程中确定基因的功能性目的。首先，使用一种特殊的双敲除技术“关闭”胚胎干细胞中研究的一对基因。然后，将这些胚胎干细胞植入囊胚，并监测发育中的嵌合胚胎体内发生的变化。通过这种方式，sf-1（肾上腺和生殖器官发育）、urt-l（肾脏原基）、muoD（骨骼肌发育）和gata-l-4（红细胞生成和淋巴细胞生成原基）等基因的功能得以确立。此外，一些尚未研究的人类基因也可以被导入（转染）实验动物的胚胎干细胞（ESC），并通过嵌合胚胎来测定其功能。

但通常来说，通过获得新的基础知识来证明实验的合理性并不能得到广泛支持。让我们举一个使用胚胎干细胞（ESC）进行嵌合体的应用意义的例子。首先，这是异种移植，即将动物器官移植给人。理论上，人猪细胞嵌合体的产生使我们能够获得抗原特征更接近ESC供体的动物，这在各种临床情况下（糖尿病、肝硬化）可以挽救病人的生命。当然，为此我们必须首先学会如何将全能性恢复到成熟体细胞基因组中，然后将其引入发育中的猪胚胎中。

如今，胚胎干细胞在特殊培养条件下几乎无限分裂的能力被用于生产全能细胞团，并使其分化为特化细胞，例如多巴胺能神经元，然后移植到帕金森病患者体内。在这种情况下，移植之前必须先将获得的细胞团定向分化为治疗所需的特化细胞，并从未分化的细胞成分中纯化这些细胞。

后来发现，致癌威胁远非细胞移植的唯一障碍。胚状体中的胚胎干细胞会自发地进行异质分化，即形成各种细胞系（神经元、角质形成细胞、成纤维细胞、内皮细胞）的衍生物。在这种情况下，在显微镜视野中，心肌细胞在各种表型的细胞中脱颖而出，每种细胞都以自己的节律收缩。然而，要治疗患者，必须有纯净的细胞群：中风时需要神经元，心肌梗塞时需要心肌细胞，糖尿病时需要胰腺β细胞，烧伤时需要角质形成细胞等等。

细胞移植学发展的下一个阶段与获取足够数量（数百万个细胞）的纯细胞群的技术发展息息相关。由于胚胎发生过程中ESC的合成顺序尚不清楚，因此对ESC定向分化因子的探索本质上是基于经验的。最初，人们确定卵黄囊的形成是通过在ESC培养物中添加cAMP和视黄酸来诱导的。在培养基中添加IL-3、SCF、成纤维细胞生长因子（FGH）、胰岛素样生长因子（IGF-1）、IL-6和粒细胞集落刺激因子（G-CSSF）后，形成了造血细胞系。在去除LIF和作为滋养层的成纤维细胞层后，ESC形成了神经系统细胞。在胎儿血清存在下用视黄酸处理后，胚胎干细胞开始分化为神经元，并通过添加二甲基亚砜 (DMSO) 获得心肌细胞，二甲基亚砜可将疏水性信号分子靶向递送至细胞核。在这种情况下，培养基中活性氧的积累以及电刺激促进了成熟收缩性心肌细胞的形成。

人们投入了巨大的精力和资源来寻找将胚胎干细胞（ESC）分化为胰腺胰岛素分泌细胞的条件。然而，很快发现，即使按照“一种刺激因子对应一种细胞系”的原则进行刺激，ESC 也无法分化出许多特化细胞系（胰腺β细胞、免疫和内分泌细胞、脂肪细胞）。事实证明，该原则仅适用于有限数量的细胞系。具体而言，神经元的形成可由视黄酸诱导，肌肉细胞系可由转化生长因子-β（TCP-β）诱导，红系可由1L-6诱导，单核细胞-髓系可由1L-3诱导。此外，这些因素对ESC分化的影响已被证实具有严格的剂量依赖性。

开始寻找生长因子组合，以使 ESC 进入胚胎发生的后期阶段，形成中胚层（心肌细胞、骨骼肌、肾小管上皮、髓红细胞生成和平滑肌细胞的来源）、外胚层（表皮、神经元、视网膜）和内胚层（小肠上皮和分泌腺、肺细胞）。大自然似乎迫使研究人员沿着胚胎发生的路径前进，在培养皿中重复其阶段，而不给他们机会立即轻松地获得预期结果。并且找到了这样的生长因子组合。激活素 A 与 TGF-β 组合被证明是 ESC 形成中胚层细胞的强大刺激物，同时阻止内胚层和外胚层的发育。视黄酸与骨髓形态发生蛋白 (BMP-4) 和表皮生长因子 (EGF) 信号共同激活外胚层和中胚层细胞的形成，并阻止内胚层的发育。观察到三个胚层的细胞密集生长，并且两种因子——肝细胞生长因子 (HGF) 和神经细胞生长因子——同时作用于胚胎干细胞 (ESC)。

因此，为了获得所需的细胞系，首先需要将胚胎干细胞转移到某些胚层细胞的形成阶段，然后选择能够诱导外胚层、中胚层和内胚层定向分化为移植到患者体内所需的特化细胞的新型生长因子组合。如今，生长因子组合的数量已达数千种，其中大多数已获得专利，有些则由生物技术公司完全未公开。

是时候将获得的细胞从未分化的细胞杂质中纯化出来了。培养中分化的细胞用成熟细胞系的标记物进行标记，并通过高速激光免疫表型分选仪进行分选。激光束在常规细胞流中发现这些细胞，并引导它们沿着一条单独的路径流动。实验动物是第一批获得纯化细胞材料的实验对象。现在是时候评估ESC衍生物在疾病和病理过程模型上的有效性了。实验性帕金森病就是其中一种模型，使用破坏多巴胺能神经元的化合物在动物身上可以很好地复制这种疾病。由于人类的帕金森病是基于获得性多巴胺能神经元缺陷，因此在这种情况下使用替代细胞疗法在发病机制上是合理的。在患有实验性偏侧帕金森病的动物中，大约一半从ESC中获得并植入脑组织的多巴胺能神经元能够生根。这足以显著减轻该疾病的临床症状。在实验性中风、损伤甚至脊髓破裂中恢复受损中枢神经系统结构功能的尝试已被证明是相当成功的。

然而值得注意的是，几乎所有成功使用分化 ESC 衍生物矫正实验病理的案例都是在模拟病理情况的急性期进行的。远程治疗结果并不那么令人欣慰：8-16 个月后，细胞移植的积极作用消失或急剧下降。其原因很明显。移植细胞在体外或病灶内分化不可避免地会导致细胞表达遗传外来标记，从而引发接受者身体的免疫攻击。为了解决免疫不相容的问题，使用了传统的免疫抑制疗法，与此同时，临床试验开始认识到不会引起免疫冲突的自体造血和间充质干细胞转分化和遗传校正的潜力。

什么是再生整形医学？

进化决定了细胞生命终结的两种主要方式——坏死和凋亡，在组织层面上，它们分别对应着增殖和再生的过程。增殖可以被视为一种牺牲，即受损组织的缺损通过结缔组织元素的替代而得到填补：在保持结构完整性的同时，身体部分丧失了受影响器官的功能，这决定了随后代偿反应的发生，即剩余的结构和功能元素发生肥大或增生。代偿期的长短取决于原发性和继发性改变因素造成的结构性病变的体积，在此之后，在绝大多数情况下，会出现失代偿，即人类寿命质量急剧下降、寿命缩短。生理再生确保重塑过程，即通过自然细胞死亡（凋亡）机制，用源自人体干细胞储备的新细胞替换衰老和垂死的细胞。修复再生过程也涉及干细胞空间的细胞资源，然而，这些资源是在与疾病或组织损伤相关的病理条件下动员起来的，通过坏死机制引发细胞死亡。

科学家、医生、媒体、电视和公众对胚胎干细胞（ESC）生物学研究问题的密切关注，首先源于细胞疗法（或我们所说的再生塑性疗法）的巨大潜力。治疗最严重人类疾病（中枢神经系统退行性病变、脊髓和脑损伤、阿尔茨海默病和帕金森病、多发性硬化症、心肌梗死、动脉高血压、糖尿病、自身免疫性疾病和白血病、烧伤和肿瘤等，远不止这些）的方法的开发，都基于干细胞的独特特性。干细胞能够生成新的组织，以替代此前认为不可逆的病变组织区域。

过去十年间，干细胞生物学理论研究的进展得益于新兴再生医学领域的自发涌现，其方法论不仅易于系统化，而且也需要系统化。干细胞再生潜能的首个且发展最快的实际应用领域是替代再生治疗。其发展轨迹在科学文献中清晰可见——从心肌坏死动物实验，到近年来旨在恢复心肌梗死后心肌细胞缺陷、补充胰腺β细胞和中枢神经系统多巴胺能神经元缺失的研究。

细胞移植

替代再生整形医学的基础是细胞移植。细胞移植应定义为一系列医疗措施，在此过程中，患者的身体与来自自体、同种异体、同种或异种的活细胞直接接触，时间或长或短。细胞移植的载体是干细胞或其衍生物的悬浮液，并以移植单位的数量进行标准化。移植单位是培养物中集落形成单位的数量与移植细胞总数的比率。细胞移植方法：静脉内、腹膜内、皮下注射干细胞或其衍生物悬浮液；将干细胞或其衍生物悬浮液注入脑室、淋巴管或脑脊液。

同种异体和自体细胞移植采用两种根本不同的方法来实现干细胞的多能性或多能潜能——体内或体外。在第一种情况下，干细胞在未经初步分化的情况下引入患者体内，在第二种情况下，干细胞在培养中繁殖后，进行定向分化并从未分化的元素中纯化。在众多的细胞替代疗法方法中，有三组方法区别明显：骨髓和血细胞替代、器官和软组织细胞替代、身体刚性和实体元素替代（软骨、骨骼、肌腱、心脏瓣膜和电容性血管）。后者应定义为重建和再生医学，因为干细胞的分化潜能是在基质上实现的——基质是一种生物惰性或可吸收的结构，形状与身体的替代部位相似。

另一种增强受损组织再生可塑性过程强度的方法是利用外源性生长因子（例如粒细胞和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子）来调动患者自身的干细胞资源。在这种情况下，基质连接的断裂会导致造血干细胞释放到全身血液中，这些干细胞凭借其固有的可塑性，在组织损伤区域提供再生过程。

因此，再生医学的方法旨在刺激失去功能的恢复过程 - 通过调动患者自身的干细胞储备，或通过引入同种异体细胞材料。

胚胎干细胞发现的一个重要实践成果是基于对胚胎发生触发机制理解的治疗性克隆。如果胚胎发生开始的初始信号是位于卵母细胞细胞质中的前mRNA复合物，那么将任何一个体细胞的细胞核引入去核卵子中都应该会触发胚胎发育程序。今天我们已经知道，大约有15000个基因参与了胚胎发生程序的实施。那么在出生后，在生长、成熟和衰老的过程中，这些基因会发生什么变化呢？多莉羊给出了这个问题的答案：它们被保存了下来。利用最先进的研究方法，已经证明成体细胞的细胞核保留了形成胚胎干细胞、胚层、器官发生以及间充质、外胚层、内胚层和中胚层细胞系的成熟（分化和特化）所需的所有密码。治疗性克隆作为一种方向，在细胞移植学发展的早期阶段就已经形成，它旨在将全能性恢复到患者自身的体细胞，以获得基因相同的移植材料。

干细胞的发现始于“末日”，因为A. Maksimov将这个术语引入生物学和医学领域，指的是骨髓干细胞，它能够分化出外周血中所有成熟的细胞成分。然而，造血干细胞与成体生物体所有组织的细胞一样，也有其自身分化程度较低的前身。所有体细胞的共同来源是胚胎干细胞。需要注意的是，“胚胎干细胞”和“胚胎干细胞”这两个概念并不完全相同。J. Thomson从胚泡的内细胞团中分离出胚胎干细胞，并将其移植到长寿命细胞系中。只有这些细胞才具有“胚胎干细胞”（ESC）的复制品。在小鼠实验中发现胚胎干细胞的Leroy Stevens将其称为“胚胎多能干细胞”，指的是ESC能够分化成所有三个胚层（外胚层、中胚层和内胚层）的衍生物。然而，胚胎发育后期的所有细胞也都是干细胞，因为它们会分化出大量构成成人身体的细胞。为了定义它们，我们提出了“胚胎多能祖细胞”这一术语。

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干细胞的类型

现代干细胞分类基于其分裂原理，即根据其产生细胞系的能力（潜能），将干细胞分为全能性、多能性、多能性、多能性、双能性和单能性。全能性，即重新创造一个整体的遗传编程生物体的能力，由受精卵细胞、胚泡和胚胎干细胞（胚泡内团的细胞）拥有。另一组全能细胞形成于胚胎发育的后期，以胚胎生殖区（生殖结节）的初级生殖细胞为代表。多能性，即分化成任何器官或组织细胞的能力，是三个胚层（外胚层、中胚层和内胚层）的胚胎细胞所固有的。人们认为，多能性，即在一种专门的细胞系中形成任何细胞的能力，仅是两种细胞的特征：所谓的间充质干细胞，它们形成于神经嵴，是身体结缔组织基底所有细胞的前体，包括神经胶质细胞，以及造血干细胞，它们产生所有血细胞系。此外，还有双能干细胞和单能干细胞，特别是髓系、淋巴系、单核细胞和巨核细胞造血芽的前体细胞。单能干细胞的存在已通过肝细胞的例子得到明确证明——肝脏组织很大一部分的损失由分化的多倍体肝细胞的密集分裂来补偿。

在发育过程中，所有器官和组织都是由胚泡内细胞团增殖和分化形成的，严格来说，这些细胞是全能胚胎干细胞。Evans 首次开展了胚胎干细胞分离研究，他发现植入小鼠脑部的胚泡会引发畸胎癌，而这些畸胎癌的细胞在克隆后会形成多能胚胎干细胞系（这些细胞的原名——胚胎癌细胞或缩写 ECС——目前已不再使用）。这些数据在其他一些研究中得到了证实，这些研究通过培养小鼠、其他动物以及人类的胚泡细胞来获取胚胎干细胞。

近年来，关于干细胞可塑性的文献越来越多，其不仅指干细胞在不同发育阶段分化成不同类型细胞的能力，还指干细胞具有去分化（转分化、逆分化）的能力。也就是说，人们承认已分化的体细胞有可能通过重现（恢复）多能性而返回胚胎发育阶段，并经历反复分化形成不同类型的细胞。特别是，据报道，造血干细胞具有转分化能力，可形成肝细胞、心肌细胞和内皮细胞。

关于干细胞按其可塑性进行划分的科学争论仍在继续，也就是说，细胞移植的术语和词汇正在形成过程中，这具有直接的实际意义，因为大多数再生整形医学方法都是基于利用可塑性和干细胞分化成各种细胞系的能力。

再生塑形医学基础和应用问题领域的出版物数量正在迅速增长。一系列旨在最大限度地利用干细胞再生塑形潜力的不同方法已被概述。心脏病专家和内分泌学家、神经病学家和神经外科医生、移植学家和血液学家已经确定了他们迫切感兴趣的领域。眼科医生、肺结核病学家、肺病学家、肾病学家、肿瘤学家、遗传学家、儿科医生、胃肠病学家、治疗师和儿科医生、外科医生和妇产科医生正在寻找解决干细胞塑形能力紧迫问题的方法——所有现代医学的代表都希望有机会治愈曾经被认为是致命的疾病。

细胞移植是下一个“万能药”吗？

所有深思熟虑的医生和科学家在分析医学现状时，都会不由自主地提出这个问题。由于科学对抗的一方是“健康的保守派”，另一方是细胞移植学的“病态狂热分子”，情况变得更加复杂。显然，真相一如既往地存在于他们之间——在“无人区”。我们先不谈法律、伦理、宗教和道德问题，只来探讨再生医学特定领域的利弊。首批关于胚胎干细胞治疗潜力的科学报告的“微风”在其被发现一年后变成了“狂风”，并在2003年演变成一场“信息龙卷风”。第一批出版物涉及胚胎干细胞的培养、繁殖和体外定向分化的问题。

事实证明，为了在培养条件下无限增殖胚胎干细胞，必须严格遵守一系列条件。条件培养基中必须存在三种因子：白细胞介素 6 (IL-6)、干细胞因子 (SCF) 和白细胞介素酶抑制因子 (LIF)。此外，胚胎干细胞必须在胚胎成纤维细胞基质（细胞饲养层）上生长，并含有胎牛血清。如果满足这些条件，培养的胚胎干细胞会以克隆形式生长并形成胚状体——球形细胞悬浮克隆的聚集体。胚胎干细胞克隆最重要的特点是，在培养条件下，当聚集体中积累了 50-60 个（最多 100 个）细胞时，胚状体就会停止生长。在此期间，会出现一种平衡状态——克隆内部的细胞分裂率等于其周围的细胞凋亡率（程序性细胞死亡）。在达到这种动态平衡后，胚状体周围的细胞会自发分化（通常形成卵黄囊内胚层碎片、成血管细胞和内皮细胞），并丧失全能性。因此，为了获得足够量的全能细胞团，必须每周将胚状体解体，并将单个胚胎干细胞移植到新的培养基中——这是一个相当耗费人力的过程。

胚胎干细胞的发现并未解答究竟是什么以及如何触发了受精卵DNA中加密的胚胎发生程序的问题。目前尚不清楚基因组程序在人类生命过程中是如何展开的。同时，对胚胎干细胞的研究使得人们有可能发展出一种机制，即在分裂过程中维持干细胞全能性、多能性和多能性的机制。干细胞的主要特征是其自我复制的能力。这意味着干细胞与分化细胞不同，其分裂方式不对称：其中一个子细胞产生一个特化的细胞系，而另一个子细胞则保留了基因组的全能性、多能性和多能性。目前尚不清楚这一过程为何以及如何发生在胚胎发生的早期阶段，此时胚泡分裂的内细胞团完全具有全能性，而胚胎干细胞基因组处于休眠（睡眠、受抑制）状态。如果在普通细胞分裂过程中，复制过程必然以整个基因复合体的激活和表达为先导，那么在 ESC 分裂过程中则不会发生这种情况。在发现 ESC 中预先存在的 mRNA（前 mRNA）后，我们找到了“为什么”这个问题的答案，其中一些前 mRNA 在滤泡细胞中形成，并储存在卵子和受精卵的细胞质中。第二个发现回答了“如何”这个问题：在 ESC 中发现了称为“编辑酶”的特殊酶。编辑酶执行三个重要作用。首先，它们提供替代的表观遗传（无需基因组参与）读取和复制前 mRNA。其次，它们执行前 mRNA 激活过程（剪接 - 切除内含子，即抑制 mRNA 蛋白质合成过程的无活性 RNA 片段），之后细胞内开始组装蛋白质分子。第三，编辑酶促进次级mRNA的形成，这些mRNA是基因表达机制的阻遏物，维持染色质的紧密排列和基因的非活性状态。在这些次级mRNA上合成的蛋白质产物，被称为沉默蛋白或基因组守护者，存在于人类卵细胞中。

这就是如今胚胎干细胞永生细胞系形成机制的呈现方式。简而言之，启动胚胎发生程序的信号来自卵子的细胞质，其初始阶段包括全能细胞团的形成。如果在此阶段囊胚内部细胞团（即胚胎干细胞）与其他调控信号分离，细胞的自我繁殖过程就会在一个封闭的循环中进行，无需细胞核基因的参与（表观遗传学）。如果为这样的细胞提供营养物质，并使其与促进细胞团分化的外部信号分离，它就会无限地分裂并繁殖。

全能细胞移植实验的初步成果令人印象深刻：将胚胎干细胞导入因免疫抑制剂而免疫系统受损的小鼠组织中，100%的病例都出现了肿瘤。在以胚胎干细胞（ESC）为来源的肿瘤细胞中，存在着由全能外源细胞物质（尤其是神经元）分化而来的衍生物，但畸胎癌的生长使这一实验结果的价值荡然无存。与此同时，L. Stevens 的研究发现，导入腹腔的胚胎干细胞会形成大的聚集体，其中零散地形成了胚胎肌肉、心脏、毛发、皮肤、骨骼、肌肉和神经组织。（做过皮样囊肿手术的外科医生应该熟悉这幅图景）。有趣的是，悬浮的小鼠胚胎母细胞也表现出完全相同的行为方式：将它们导入成年免疫功能低下的动物组织中，总是会导致畸胎癌的形成。但是，如果从这样的肿瘤中分离出纯系 ESC 并将其引入腹腔，那么就会再次形成所有三个胚层的特殊体细胞衍生物，并且没有致癌迹象。

因此，下一个需要解决的问题是如何从未分化细胞的杂质中纯化细胞材料。然而，即使靶向细胞分化效率非常高，培养物中仍有高达20%的细胞保留了其全能潜能，不幸的是，这种潜能会在体内肿瘤生长中实现。大自然的另一个“弹弓”——在医疗风险的尺度上，患者康复的保证与死亡的保证之间保持平衡。

肿瘤细胞与胚胎多能祖细胞（EPPC）之间的关系尚不明确，因为EPPC的发育速度比ESC更快。我们的研究结果表明，将EPPC导入大鼠各种可移植肿瘤中，可以导致肿瘤组织崩解（G）、肿瘤体积迅速增大（D）、肿瘤体积缩小（E-3），或者不影响肿瘤组织自发性中心灶性坏死的大小（I，K）。显然，EPPC与肿瘤细胞相互作用的结果取决于它们在体内产生的细胞因子和生长因子总量。

值得注意的是，胚胎干细胞与成体组织接触后会致癌，它们会与胚胎细胞团完美融合，并整合到胚胎的所有器官中。这种由胚胎自身细胞和供体胚胎干细胞组成的嵌合体被称为异型动物，尽管实际上它们并非表型嵌合体。当胚胎干细胞被引入早期胚胎时，造血系统、皮肤、神经组织、肝脏和小肠会发生最大程度的细胞嵌合。生殖器官嵌合的病例已有报道。胚胎干细胞唯一不可侵犯的区域是原始生殖细胞。

也就是说，胚胎保留了父母的遗传信息，从而保护了属和种的纯度和延续。

在使用赛托克拉嗪阻断早期胚胎细胞分裂的情况下，将胚胎干细胞引入囊胚，可发育成一个胚胎，其原始生殖细胞与所有其他胚胎一样，由供体胚胎干细胞形成。但在这种情况下，胚胎本身完全来自供体，对代孕母亲的身体而言，在基因上是外来的。这种自然阻断自身和外来遗传信息混合可能性的机制尚未阐明。可以假设，在这种情况下，细胞凋亡程序得以实现，其决定因素尚不清楚。

需要注意的是，不同物种动物的胚胎发生过程并非同步进行：当异种胚胎干细胞在受体胚胎体内实施器官发生供体程序时，胚胎会在子宫内死亡并被吸收。因此，“大鼠-小鼠”、“猪-牛”、“人-鼠”等嵌合体的存在应理解为细胞嵌合，而非形态嵌合。换句话说，当一种哺乳动物的胚胎干细胞被植入另一种哺乳动物的囊胚中时，母体物种的后代总是会发育，在几乎所有器官的自身细胞中，都会发现内含物，有时还会发现由胚胎干细胞衍生物的外来遗传物质组成的结构和功能单元簇。“人源化猪”一词不应被理解为某种拥有人类智力或外部特征的怪物。它只是一种动物，其部分体细胞源自植入猪囊胚的人类胚胎干细胞。

干细胞的应用前景

人们早已知道，与造血和淋巴系细胞遗传病理学相关的疾病通常可以通过异基因骨髓移植得到治愈。用来自亲属供体的遗传正常细胞替换自身造血组织，可使患者部分甚至完全康复。在可通过异基因骨髓移植治疗的遗传性疾病中，值得注意的是联合免疫缺陷综合征、X连锁无丙种球蛋白血症、慢性肉芽肿病、威斯科特-奥尔德里奇综合征、戈谢病和赫勒病、肾上腺脑白质营养不良、异染性脑白质营养不良、镰状细胞性贫血、地中海贫血、范康尼贫血和艾滋病。在这些疾病的治疗中使用同种异体骨髓移植的主要问题与选择与 HbA 相容的相关供体有关，为了成功找到这样的供体，平均需要 100,000 个分型供体造血组织样本。

基因疗法可以直接纠正患者造血干细胞中的基因缺陷。理论上，基因疗法在治疗造血系统遗传性疾病方面具有与异基因骨髓移植相同的优势，但却避免了所有可能的免疫并发症。然而，这需要一种能够有效地将完整基因转移到造血干细胞中并维持其所需表达水平的技术，而在某些类型的遗传性疾病中，这种表达水平可能并不高。在这种情况下，即使少量补充缺陷基因的蛋白质产物也能产生积极的临床效果。尤其是在血友病B中，10-20%的正常IX因子水平足以恢复血液凝固的内部机制。自体细胞材料的基因改造已被证明可以有效治疗实验性偏侧帕金森病（多巴胺能神经元的单侧破坏）。用含有酪氨酸羟化酶基因的逆转录病毒载体转染大鼠胚胎成纤维细胞，确保了中枢神经系统中多巴胺的合成：转染的成纤维细胞在脑内注射后，实验动物帕金森病实验模型的临床表现强度急剧降低。

利用干细胞进行人类疾病基因治疗的前景给临床医生和实验人员带来了许多新的挑战。基因治疗的难题在于开发一种安全有效的基因转运系统，将基因转运到靶细胞中。目前，基因转运到大型哺乳动物细胞的效率非常低（1%）。目前，人们正在通过各种方法解决这个问题。体外基因转移是指将遗传物质转染到患者培养的细胞中，然后再将其送回患者体内。由于将造血细胞从体内转移到培养细胞并返回的方法已经非常成熟，因此这种方法在将基因导入骨髓干细胞时应被认为是最佳选择。逆转录病毒最常用于体外将基因转运到造血细胞中。然而，大多数造血干细胞处于休眠状态，这使得利用逆转录病毒进行遗传信息转运变得复杂，因此需要寻找新的方法来有效地将基因转运到休眠干细胞中。目前，基因转移方法主要包括转染、直接将DNA显微注射到细胞中、脂质体转染、电穿孔、“基因枪”、使用玻璃珠进行机械偶联、通过受体依赖性DNA与去唾液酸糖蛋白偶联转染肝细胞，以及通过气溶胶将转基因导入肺泡上皮细胞。这些方法的DNA转移效率为10.0-0.01%。换言之，根据导入基因信息的方法，预期每100名患者中会有10人获得成功，或者每10,000名患者中会有1人获得成功。显然，有效且安全的治疗性基因转移方法尚未开发出来。

解决细胞移植中同种异体细胞材料排斥问题的一个根本性不同方法是使用高剂量的胚胎多能祖细胞，以达到重建成年生物体抗原稳态控制系统的效果（库哈丘克-拉琴科-西尔曼效应），其本质在于通过创建新的免疫活性细胞基础并同时重编程抗原稳态控制系统来诱导免疫耐受。引入高剂量的EPPC后，后者会在胸腺和骨髓组织中固定。在胸腺中，EPPC在特定微环境的影响下分化为树突状细胞、交错细胞和上皮-基质细胞。 EPPC在受体胸腺内分化过程中，除了受体自身的主要组织相容性复合体（MHC）分子外，还表达供体细胞遗传决定的MHC分子，即建立了MHC分子的双重标准，据此实现对T淋巴细胞的正向和负向选择。

因此，接受者免疫系统效应环节的更新是通过已知的T淋巴细胞正向和负向选择机制进行的，但要通过MHC分子的双重标准——接受者和供者的EPPC来实现的。

利用EPPC对免疫系统进行重编程，不仅可以实现细胞移植，无需长期使用免疫抑制剂，而且为自身免疫性疾病的治疗开辟了全新的前景，并为开发人类衰老过程的新思路提供了立足点。为了理解衰老的机制，我们提出了人体干细胞间隙耗竭理论。根据该理论的主要内容，衰老是指人体干细胞间隙（stem space）大小的永久性缩小。干细胞间隙被理解为一个区域（“成体”）干细胞（间充质干细胞、神经元干细胞、造血干细胞、皮肤祖细胞、消化道祖细胞、内分泌上皮细胞、睫状体色素细胞等）的池子，在人体重塑过程中补充相应组织的细胞损失。人体重塑是指所有组织和器官的细胞组成在干细胞间隙细胞的帮助下进行更新的过程，这一过程贯穿多细胞生物体的整个生命周期。干间隙中的细胞数量由基因决定，这决定了每个干间隙的有限大小（增殖潜力）。反过来，干间隙的大小决定了单个器官、组织和身体系统的衰老速度。当干间隙中的细胞储备耗尽后，多细胞生物体的衰老强度和速度取决于海弗利克极限范围内体细胞分化细胞的衰老机制。

因此，在出生后个体发育阶段，扩大干细胞空间不仅可以显著延长寿命，还可以通过恢复机体的重塑潜能来改善生活质量。通过引入大剂量同种异体胚胎多能祖细胞，在接受者免疫系统同时进行重编程的前提下，可以实现干细胞空间的扩大，这显著提高了实验中老年小鼠的寿命。

干细胞空间耗竭理论不仅可以改变现有的关于衰老机制的认识，还可以改变关于衰老疾病及其药物诱导治疗后果的认识。具体而言，该疾病可能是干细胞空间细胞病理（肿瘤病理）的结果。间充质干细胞储备的耗竭会扰乱结缔组织重塑过程，从而导致衰老的外部迹象（皱纹、皮肤松弛、橘皮组织）的出现。内皮细胞干细胞储备的耗竭会导致动脉高血压和动脉粥样硬化的发生。胸腺干细胞空间最初较小的体积决定了其早期永久性的年龄相关性退化。过早衰老是全身所有干细胞空间最初病理性减小的结果。药物和非药物刺激干细胞储备可以通过缩短其持续时间来改善生活质量，因为它可以缩小干细胞空间的大小。现代抗衰老产品效率低下，是因为它们只对衰老分化的体细胞起保护作用，而对身体的干细胞空间没有保护作用。

最后，我们想再次强调，再生整形医学是基于干细胞再生塑性潜能的人类疾病治疗的新方向。在这里，可塑性被理解为将外源性或内源性干细胞植入患病生物体受损组织区域并产生新的特化细胞芽的能力。再生整形医学的目标对象是目前无法治愈的致命人类疾病、遗传性病理、传统医学方法仅能达到对症治疗效果的疾病，以及以修复重建整形再生外科手术为目标的身体解剖缺陷。我们认为，现在将利用干细胞重建完整且功能齐全的器官的初步尝试视为一个独立的实用医学领域还为时过早。再生整形医学的主题是干细胞，根据其来源不同，干细胞具有不同的再生塑性潜能。再生整形医学的方法论基于干细胞或其衍生物的移植。