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十万个为什么|干细胞能成为器官“仓库”吗

2018-12-26 09:32来源:科普中国网

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十万个为什么|干细胞能成为器官“仓库”吗        

  作者:朱钦士

  2002年12月25日,中国造血干细胞库网络系统建立。说起干细胞,你可知道,干细胞能成为器官的“仓库”吗?

  干细胞能不停地自我更新,还能变化成一种或者许许多多特定类型的细胞。从干细胞能变化成人体内所有类型细胞的“本事”来看,它们确实有希望成为替换人体组织和器官的源源不绝的“仓库”。

  要想知道为什么干细胞能有这种“千变万化”的本事,就要看看各种细胞之间的差别是什么。人体内有各式各样的细胞,比如大脑中的神经细胞、肝脏中的肝细胞、心脏中的心肌细胞、血液中的白细胞等。它们不但功能各异,外表形状也不同。如果“钻”到细胞里面去“看一看”,就会发现在不同的细胞内,蛋白质的种类是不同的。由于所有的生命活动都是由蛋白质来具体“执行”的,每种细胞内的蛋白质类型不但能决定这种细胞的结构,也能决定它的功能。

  如果把蛋白质比作一份电报,那么DNA就是决定电报内容的密电码。既然不同的细胞内合成的蛋白质不同,那么,它们的DNA是不是也不同呢?答案也许出乎你的意料:所有不同类型的细胞里,DNA构成都一模一样,也就是说每个细胞都携带着全套完整的“密电码(遗传密码)”。既然每种细胞都具有所有类型蛋白质的遗传密码,为什么还会有这么多蛋白质种类不同的细胞呢?

  秘密就在于,没有一种细胞能使用所有密码,而是一种细胞使用这一部分密码,另一种使用另一部分密码。由于使用的密码不同,合成出来的蛋白质就不一样,含有这些蛋白质的细胞当然也就不一样了。所以在理论上,如果能够把两种细胞使用的密码对调,一种细胞就可以变为另一种细胞。与这些细胞相比,干细胞是一种处于“待命”状态的细胞。它们可以根据需要,变化成为指定类型的细胞。由同种细胞变成两种以上的细胞称为分化,如受精卵变成肝细胞、心肌细胞等就是分化。

  可以用一个形象的比喻说明它们之间的关系:细胞就像一个个餐馆,细胞里的蛋白质就像餐馆里做出来的一道道菜肴,而DNA就是菜谱。每种生物的每个细胞里都有做所有菜的菜谱,它们只是被做成了小部分的菜肴,还有大部分菜肴有待开发。干细胞就是可以根据需要,随时去制作成一道道新的菜肴。

  在人体内,干细胞只能在正常情况下替换受损或死亡的细胞,在许多疾病状况下就“缩手缩脚”,不能完全发挥其修补功能了。而且人体对细胞的分工有严格的规定,每种细胞只能干分配给它的活,不许“多管闲事”去干别的细胞的活。比如人的耳朵里只有几千个听觉细胞。它们中的一些受损时,虽然周围还有数以万计的其他细胞,但它们不能接替听觉细胞的工作,人的听力就会下降。干细胞技术就是要打破细胞间不能替代的限制,使干细胞成为能替代任何种类受损或死亡细胞的“全能运动员”。

  一个办法就是提取现成的干细胞,在人工培养条件下使它们增殖,再用各种培养条件把它们“诱导”成为我们所需要的细胞。现在人的干细胞已经可以从早期的胚胎、羊水、脐带血、骨髓、胸腺、皮肤、小肠、大脑、眼睛、胰脏、肝脏、脂肪、肌肉等地方得到。不过现成的干细胞数量毕竟有限,分离提取也较困难。

  为了克服这些困难,科学家另辟蹊径,用已经分化的细胞来“制造”干细胞。2005年,日本京都大学再生医学研究所的山中伸弥,借助逆转录病毒,把4种基因运送到老鼠的皮肤细胞中,老鼠的皮肤细胞在得到外来基因后居然变成了多能干细胞。到2007年,山中伸弥和美国威斯康星大学的詹姆斯·汤姆森实验室的科研人员,又用转基因的办法使人的皮肤细胞变成了干细胞。山中伸弥也因此与格登一起荣获2012年诺贝尔生理学或医学奖。

[责编:白璐]

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