主题:【原创】25个科学问题:皮肤细胞如何变成干细胞 -- 森林的火焰
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家园 【原创】25个科学问题:皮肤细胞如何变成干细胞

中世纪的炼金术士寻找能将普通金属变为黄金的魔药,现代的生物学炼金术士研究如何利用卵母细胞将普通的皮肤细胞变为珍贵的干细胞,甚至产生整个动物体。经过技术实践,细胞核转移(nuclear transfer)已经差不多成为常规操作,科学家们 利用这种技术可以成功地做出牛,猫,小鼠,绵羊,山羊,猪――甚至人类干细胞,根据五月韩国的一个实验室宣布的结果。他们希望能在这个项目上更进一步,将干细胞用于医治以前无法医治的疾病。然而, 象中世纪的炼金术士一样,今天的克隆与干细胞生物学家对大量的实验过程并不完全了解:在卵母细胞中究竟发生了什么使细胞核重新被编程,仍然是一个迷。在自然的发育程序中,受精卵产生多种细胞类型,最终发育为活生生的婴儿。科学家仍然需要学习和了解很多东西才能如自然程序一般顺畅地指引细胞分化。

科学家研究卵母细胞的重新编程能力已达半世纪之久。1957年,发育生物学家们首先发现将成年蛙的细胞核插入蛙卵中,可以得到数十个遗传上相同的蝌蚪。但五十年间,卵母细胞仍未透露它的秘密。

这个答案深藏在细胞生物学中。在某种程度上,科学家们发现了在成年细胞中已被关闭的控制发育的细胞,卵母细胞能够重新启动它们,使细胞获得如同新受精卵般的年轻的潜力。科学家们对普通细胞中基因的开-关机制仍知之甚少,更不用说在细胞核转移中发生的不寻常的逆转。

在细胞分化的过程中,它们的DNA被更紧密地缠绕包裹,那些不再需要的基因,或者说,不应被表达的基因被关闭了。DNA 紧密地缠绕在名为组蛋白的蛋白上,基因被甲基化标记,使蛋白转译机器不能靠近它们。有的酶其功能是移去基因上修饰的甲基。不少研究表明这种酶对成功的细胞核转移非常关键,但它们仅仅是很多关键因素之一。

如果科学家能发现卵母细胞的秘密,那么成功地模拟卵母细胞的功能却不使用卵母细胞将成为可能。卵母细胞相当难获得,而它的使用会引发很多伦理问题。如果科学家们能研制出不需需要细胞的体系,能将已分化的细胞的时钟拨转,影响将是巨大的。实验室将能够使病人的细胞重返未分化的青春状态,使它们生成新的组织,用以取代老旧或病残的身体部分。

但科学家仍然完全不能肯定此种不需要细胞的炼金术能否实现。卵子的精细结构,它引导染色体的蛋白支架,也许同样在启动所需要基因中起着关键作用。如果真的如此,研制能拨转时钟的蛋白魔药也许只是泡影。

要真正能利用卵母细胞的力量,科学家还需要了解如何使新生的干细胞分化成需要的特定组织。干细胞,特别是那些从胚胎中得到的干细胞,会自发地形成几十种不同的细胞类型。但控制这一发育过程,使之只产生一种细胞已被证明是困难的。虽然某些实验室通过努力已经从胚胎干细胞获得了几乎纯的某种神经细胞,但是能指导细胞成为某种特定神经细胞的实验方法还未被获得,比如,纯的产多巴胺神经细胞,它们能取代在帕金森症中坏死掉的细胞。

科学家只是刚刚开始了解各种信号是如何相互作用,指导细胞分化成它的最终命运。在发育生物学中的数十年工作仅提供了一个起点。生物学家用突变的蛙,果蝇,小鼠,鸡和鱼作为模型,寻找控制细胞成为骨细胞或肌肉细胞的关键基因。但观察当一个基因缺失时什么会出错,比在培养盘上调和指挥细胞的分化要容易。了解人类的大约两万五千个基因如何合作并形成组织,并抓住正确的基因来指导未成熟细胞的发育,将继续占用研究者们数十年的时间。如果他们成功了,其结果将比等重的黄金要珍贵得多。

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