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06 干细胞(第2页)

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亚里士多德在其著作《动物的产生》(OionofAnimals)中首次提出了生物学中的后成说理论,认为从卵细胞发育为动物,或从孢子发育为植物的过程总是遵循着一系列规律。

在此期间,生命体将发生变化,并且形成各种器官。

只可惜,这些内容被忽略了近2000年的时间。

如今我们已进入遗传时代,尽管这一理论在今天看来似乎是理所应当的事情,但由于生命起源理论中的神创论与先成说主宰了世界长达数世纪之久,因此,亚里士多德的理论没有得到足够的信任与重视。

1795年,胚胎学家卡斯珀·弗里德里希·沃尔夫(CasparFriedrichWolff)用后成说的观点驳斥了先成说理论。

经过生物学家广泛而激烈的辩论,最终后成说推翻了先前所建立的先成说观点。

随着显微镜的不断改进,关于细胞群的观察也在不断继续。

20世纪初,恩斯特·诺伊曼(ErnstNeumann)对骨髓细胞进行了描述,并写下了这样的一段话:

在血液、淋巴器官与骨髓中,所有不同形式的血细胞都是“大淋巴”

干细胞的后代。

通过有丝分裂或其他细胞转化的方式,这些干细胞一次又一次地实现了自我更新与分化。

这很可能便是“干细胞”

一词的首次登场。

胚胎干细胞

胚胎中的干细胞可以产生大量的细胞,并进一步分化形成人类体内所有的200多种细胞。

人类早期胚胎中的内细胞团(如图17所示)含有三种类型共50~150个细胞。

1981年,马丁·埃文斯(MartinEvans)与马修·考夫曼(MatthewKaufman)共同发明了小鼠胚胎培养与胚胎细胞系分离的新技术。

同年,盖尔·马丁(GailMartin)首先使用“胚胎干细胞”

一词,用以描述所分离的胚胎细胞系。

8年后,詹姆斯·汤姆森(JamesThomson)从早期人类胚胎的内细胞团中分离出了一组细胞,并首次建立了胚胎多能干细胞系的培养体系。

目前,人类胚胎干细胞主要来自体外受精(IVF)过程。

图17干细胞龛的一个简单模型

龛中的细胞处于休眠状态,直到其被特定刺激唤醒(目前具体机制尚未完全阐明)。

完成分裂后,干细胞龛只能容纳一个子细胞,而其余的细胞则成为祖细胞,继续分裂并转化形成大量完全分化的细胞

尽管小鼠与人类胚胎干细胞具有许多相似的生物学特性,但在体外培养体系中,这两种胚胎干细胞通常需要不同的培养环境才能维持未分化的生长状态。

例如,小鼠胚胎干细胞通常生长于明胶层之上,仅须添加生长因子LIF[1]即可正常生长;而对人类胚胎干细胞而言,则需要活的小鼠成纤维细胞作为滋养层,同时还需要另一种被称为人成纤维细胞生长因子的蛋白。

如果没有达到最佳的生长条件,细胞便会停止分裂并迅速分化。

目前,研究者已建立了不同的胚胎干细胞培养体系,并且对那些参与维系干细胞特征的基因也有了更多的了解。

多能性的维持需要一个完善的调控网络,以确保分化基因得到抑制,否则细胞将不再分裂而转为分化。

大自然很可能已经进化出了一种万无一失的机制来保护生物体,使其免受胚胎干细胞失控所造成的伤害。

生殖系干细胞可产生**或卵细胞(单倍体配子)。

单倍体配子的染色体数目仅为体细胞的一半,并可将遗传信息从一代传递至下一代。

现在人们已经可以轻松地鉴定、获取与操控果蝇的生殖系干细胞。

果蝇的卵细胞在卵巢内的卵巢管中发育成熟。

在卵巢管的一端,少量生殖系干细胞以精准的速度缓慢移动着,并进一步分化为卵细胞,整个过程共持续8天的时间。

其中,生殖系干细胞被3种已分化的细胞包裹着,包括端丝细胞、帽细胞以及内鞘细胞,它们共同构成一个简单的管状结构(卵原区)。

卵巢管尖端的细胞形成了一个龛样的微环境,从而对生殖系干细胞进行维护与调控。

在干细胞与帽细胞之间存在一种特殊的细胞间连接,可以将生殖系干细胞固定于前端并防止其移动,以免接触到可能触发分化的环境。

有一种特殊的信号蛋白可以参与维持这种细胞间连接,同时控制着生殖系干细胞的分裂速率。

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