细胞生物学的研究(6篇)
时间：2024-11-08
时间：2024-11-08
关键词：人类胚胎；胚胎干细胞；生物伦理学
胚胎干细胞（embryonicstemcell，ESC）是指来源于着床前囊胚内细胞团或早期胚胎原始生殖细胞的一大类未分化的全能干细胞，具有无限增殖、自我更新和多向分化的潜能。人类胚胎干细胞（humanembryonicstemcell，hES细胞）在临床移植医学、细胞治疗、组织工程、生物学基础等研究领域具有重要的科学意义和巨大的应用前景，对于有效地治疗人类多种疾病，维护和促进人类健康具有巨大的潜在价值。但由于hES细胞的来源同胚胎道德地位、克隆人等一系列敏感问题有着密切联系，因此带来了法律问题，也引起了人们对人类胚胎和胎儿组织是否尊重的“世纪伦理之争”.
1干细胞的来源、分类及功能
干细胞是指在生命的生长和发育过程中起“主干”作用的原始细胞（progenitorcells），它们具有自我更新、高度增殖和多向分化的潜能。尤其是人类胚胎干细胞（embryonicstemcells），它可以分化成人体全部200多种细胞类型，进而构建人的心、肝、肾、神经等多种组织和器官，最终发育成一个完整的个体，是一种全能干细胞。根据来源的不同，干细胞分为成体干细胞和胚胎干细胞两种。成体干细胞指人体内为修复或替代体内损伤或正常死亡的细胞而产生的干细胞，其分化能力有限。目前，人类胚胎干细胞的来源主要有五种途径：①用选择性流产的人类胚胎组织产生；②用不孕症治疗后的剩余胚胎组织产生；③用以研究为目的的捐献配子人工受精创造的胚胎产生；④应用嵌合体胚胎产生；⑤应用体细胞核移植技术产生。2007年，美国WakeForest大学的研究者在《自然》（Nature）上报告说：从羊水中可以分离出多能干细胞。这种方式介于“成体干细胞”和“胚胎干细胞”之间，为获取干细胞提供了新的思路。用不同来源的hES细胞研究干细胞，引发的伦理问题不同，得出的结论也不同[1]。
按照干细胞的分化阶段，人们将干细胞分成三大类：即全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞可以分化为组成整个人体的216种所有的细胞类型，它可产生一个完整的胚胎。多能干细胞可向多种细胞类型分化，但不能制造完全发育所需要的所有组织。专能干细胞是在干细胞发育的后期出现的，细胞也变得越来越专门化，例如神经干细胞、造血干细胞等。
显而易见干细胞的治疗则是它们的主要功能。科学家们指出干细胞治疗是一种具有潜在革命性的治疗疾病和损伤的、在医学领域应用广泛的新方法。它的目标是通过干细胞移植提供健康的新细胞修复身体受损的或病患的部分。例如是通过干细胞移植治疗白血病，神经干细胞移植治疗帕金森病、阿耳茨海默病、糖尿病、心脏病、多样硬化症、烧伤和脊髓损伤等疾病的新疗法意义重大。
2干细胞研究所面临的主要伦理问题
胚胎干细胞研究中的伦理问题主要涉及人类胚胎的地位、胚胎干细胞来源、治疗性克隆和生殖性克隆等方面。具体问题有：人类胚胎的道德地位是什么；赞同或反对“生殖性克隆”的伦理论证是什么；为何“治疗性克隆”能得到伦理学的辩护。在讨论中还涉及到对“人的生命”和“人格”等概念的理解。在西方国家，有不少人坚持胚胎就是生命，特别是一些基督教徒和神职人员以及反对堕胎的人员，他们认为这是亵渎神灵、侮辱生命的尊严，并且认为克隆人的胚胎迟早导致克隆人的出现，故而表示强烈抵制和反对。女权运动者也从妇女、尤其是贫穷妇女的健康保健出发，对干细胞研究提出异议。并且过去几年中，有些西方国家曾立法禁止或部分限制而起步艰难，这些因素成为干细胞研究伦理纷争的焦点所在。
1999年，人类基因组组织（HUGO）伦理委员会发表了关于克隆的声明。从20世纪90年代末以来，我国学界一直在高度关注胚胎干细胞研究中的伦理问题，对上述伦理问题的研究与国际社会近乎同步，发表了不少高质量的学术论文，举办了若干次高级别的研讨班，相关的研究成果被写入了生命伦理学教材。这些已有的研究成果有助于认识胚胎干细胞研究的伦理本质，为国家制定相关伦理准则提供决策参考，也为媒体和公众的广泛参与讨论提供了概念基础。不少专家学者也在积极推动和参与把理论成果转化为审查项目中的行动指南，2003年2月，国家人类基因组南方研究中心课题组提出了《人类胚胎干细胞研究的伦理准则（建议稿）》[2]。
为规范干细胞研究中潜在的诸多伦理问题，科技部和卫生部于2003年12月出台了《人胚胎干细胞研究的伦理指导原则》规定：“用于研究的人胚胎干细胞只能通过下列方式获得：①体外受精时多余的配子或囊胚；②自然或自愿选择流产的胎儿细胞；③体细胞核移植技术所获得的囊胚和单性分裂囊胚；④自愿捐献的生殖细胞。”这些胚胎干细胞来源方式需经受伦理上的严格考证。我国hES细胞研究应用这种来源应做如下限制：捐献者自主决定是否继续存贮或捐献给另外的不孕夫妇；不许有预先设计地获得胚胎；不能买卖胚胎及胎儿组织；应以最少量的胚胎用于最重要的研究；研究者不得在治疗不孕症时有目的增加植入胚胎的数量和增加配子等。
3我国对人类胚胎干细胞研究的基本立场
鉴于干细胞研究的巨大社会和经济利益，同时也涉及到人类生命雏形以及“克隆人”的重大伦理问题，国家人类基因组南方研究中心伦理、法律和社会问题研究部伦理委员会认为：为了“医为仁术”这个崇高的事业，应该支持我国科学家积极开展人类胚胎干细胞，使我国人类胚胎干细胞研究健康有序地发展，为21世纪科学的发展作出我们的贡献。该中心的伦理指导大纲中指出：人类胚胎干细胞研究应遵循的伦理原则包括：行善和救人、尊重和自主、无伤和有利、知情同意、谨慎和保密等原则。对胚胎干细胞研究的伦理规范中：①是反对“克隆人”。人类胚胎干细胞研究中涉及到体细胞核转移技术（SCNT），因此坚决反对滥用SCNT用于复制人类为目的任何研究；②支持治疗性克隆的研究，例如通过干细胞研究究得到的组织、器官，可用于临床移植手术等；③谨慎对待胚胎实验。
虽然科学是把双刃剑，但我们不能低估人类理性的强大力量。应就胚胎干细胞研究中的伦理问题，加强科学家、伦理学家、政策制定者和法学家之间的对话交流，开展对媒体从业者和公众的相关教育培训，世界各国在科学和伦理学的争论中扬利抑弊，通过立法手段使hES细胞研究走向健康的研究轨道，使生命科学更好地造福于人类。
参考文献：
[关键词]脂肪间充质干细胞；分化；脂肪细胞；成骨细胞
[中图分类号]Q813．1[文献标识码]A[文章编号]1008―6455(2007)02―0159－03
间充质干细胞最初由Friedensrein等Ⅲ发现，其广泛分布于肌肉、血管、胰腺和脂肪等组织中，而且证实在体外可以分化为成骨细胞和成脂细胞。其中脂肪来源的间充质干细胞取材方便，痛苦小，在细胞治疗和组织工程方面有广阔的前景因而日益引起研究者的重视。本研究通过分离脂肪组织的间充质干细胞，研究其生物学特性及体外成脂及成骨的能力，为其作为组织工程的种子细胞提供理论依据。
1材料和方法
1．1材料与试剂
1．1．1细胞培养体系：MEM培养基(GIBC0)，10％胎牛血清(兰州明海生物公司)，100IU／L青、链霉素。
1．1．2细胞表面分子鉴定相关试剂：CD44、CD49d、CD34、CD45、CDl06和HLA-DR(鼠抗人cALTAG)FITC(羊抗鼠ZYMED)
1．1．3细胞周期测定相关试剂：RNaseA(TakaRa)、碘化丙啶(PI，Sigma)。
1．1．4其他试剂：胰酶、地塞米松、β－甘油磷酸钠、维生素C、胰岛素、卜甲基3－异丁基一黄嘌呤、吲哚美辛、胶原酶I(sigma)。
1．2方法
1．2．1脂肪间充质干细胞的分离纯化与培养：脂肪组织来源于兰州总医院美容中心行脂肪抽吸术的患者，身体健康，无任何疾病。无菌条件下，在局部肿胀麻醉下采用注射器法抽取50ml颗粒脂肪组织，静置30min，去除上清液体，获得纯度较高的脂肪颗粒，用等容的D―Hank’s平衡盐液清洗4次，去除细胞碎片。然后用150mlHBSS(含0．075％胶原酶I)，在37℃，振动消化lh。胶原酶I的活性用等量的MEM(含10％的胎牛血清)中和之后离心1200r，lOmin。细胞被悬浮在MEM(含10％的胎牛血清)用100目筛网过滤。离心后，细胞重悬于MEM培养液，添加至培养皿，37℃，C02孵箱中培养24h，未贴壁的细胞和残渣被除掉，添加新鲜培养液于贴壁细胞。细胞培养至80％融合时，用胰酶／EDTA消化和按1：1的比例传代。
1．2．2细胞形态学观察：细胞接种后每次换液时用相差显微镜观测细胞生长与形态变化，并分别于细胞接种后24h、10天、2周时摄相记录。在培养皿里加入盖玻片，待细胞爬满后经过PBS清洗后，固定行油红0染色。
1．2．3细胞表面分子测定：取传第二代以后的细胞用于以下实验，操作步骤如下：
培养的脂肪干细胞经过消化离心(1000r／min，5min)后细胞重悬；细胞计数后将细胞浓度调整为l×108／L，分别于人抗CD34、CD44、CD45、CEl06、CD49d和HLA-DR单克隆抗体室温反应30min，PBS洗涤2次后于FITC标记的二抗避光作用30min。用PBS重悬细胞，用流式细胞仪进行检测。
1．2．4细胞周期的测定：培养的脂肪干细胞经过消化离心(1000r／min，5min)，调整细胞浓度至1×108／L，用70％的冰乙醇固定24h，RNaseA处理30min，PI染色lOmin。用Cellquest软件获取10000个细胞，ModiFit分析细胞周期。
1．2．5细胞的油红0染色：先将培养皿中的培养液倒掉，并用PBS洗1～2遍，然后加入10％福尔马林固定30min以上，倒固定液，用60％异丙醇浸泡30min，换油红O染液1h，倒染液，60％异丙醇涮洗1次(5s)，自来水冲洗2～3min，换福尔马林观察并照相保存。
1．2．6脂肪间充质干细胞的成骨诱导：取传2代细胞，以l×108／cm2的浓度接种与2个6孔板中。当细胞贴壁生长达80％汇合时，每孔加入等量的成骨诱导试剂：含地塞米松(10-7mol／L)、B一甘油磷酸钠(10mmol／L)、维生素C(50mg/L)，放入C02孵箱培养，2～3天换液。分别于细胞培养1、2周时吸出每组培养液，PBS洗2次，消化并离心，用MEM重悬细胞，然后离心涂片，行ALP染色。
1．2．7脂肪间充质干细胞的成脂诱导：取传2代细胞，以l×108／cm2的浓度接种与2个6孔板中。当细胞贴壁生长达80％汇合时，每孔加入等量的成脂诱导试剂：含lmol／L地塞米松、lOtxg／ml胰岛素，0．5mmol／L1一甲基3一异丁基一黄嘌呤，1001xmol／1吲哚美辛。对照组加常规培养液。每3～4天换液。3周后行油红O染色。
2结果
2．1倒置相差显微镜观察：接种后24h，极少数细胞贴壁，呈梭形，4天后细胞呈纤维集落样生长，大约10天，细胞迅速生长并形成克隆，2周左右细胞近80％～90％汇合，出现致密的贴壁层。继续培养，可见有自发分化的现象出现不典型的聚集的小脂泡。油红0染色证实为脂肪，见图l。分别为接种后24h，4天，2周，自发成脂分化的细胞。
2．2脂肪问充质干细胞表面抗原分子测定：流式细胞仪检测结果显示：脂肪间充质干细胞均．的表达CD44,CDl06阳性，而CD34,CD45、CD49d和HLA―DR呈阴性表达。CD49d和CDl06是脂肪间充质干细胞和骨髓间充质干细胞的很好的区分标记，见图2。
2．3脂肪问充质干细胞的细胞增殖周期：取3代细胞经过流式细胞仪分析表明：G0。／G1、s、G2／M的细胞所占的比例为79．1％、19．7％、1．3％。结果显示：我们分离培养的细胞处于G0／G1期，仅少数细胞处于活跃的增殖期，
2．4细胞ALP染色：第3代细胞在体外进行成骨诱导时ALP阳性率较未诱导组明显提高，见图3。说明干细胞在成骨诱导体系下向成骨细胞分化。
2．5细胞的油红0染色：第3代细胞在体外进行成脂诱导时阳性率较未诱导组明显提高，见图4。说明脂肪间充质干细胞在成脂诱导体系下向脂肪细胞分化。
3讨论
近年来骨髓间充质干细胞是研究的热点，考虑到脂肪组织和骨髓同为中胚层起源的组织，是否具有多向分化潜能，在实验中我们使用从脂肪抽吸术中获取的脂肪颗粒，而没有像其他文献中使用腹部或取深层脂肪，其方法简单，减轻供者的痛苦，并且肿胀麻醉使用的利多卡因和肾上腺素经过洗涤可除去，不会对其生物学特性产生影响。在现有的实验方法中，为排除红细胞的干扰，常使用NH4CL破坏红细胞。鉴于红细胞不贴壁的特性，我们通过换液的方法去除红细胞，取得很好的效果，2次换液后，红细胞基本消失，而且减轻了NH4CL对脂肪干细胞的损伤。
众所周知，骨髓问充质干细胞无特异的表面标志，而DeUgarte等在一个病人身上分别取骨髓和脂肪组织，并对二者进行了比较，初步证明在生长方式、多向分化潜能和细胞表面标记无显著的差异。本研究测定CD34、CD45、CD49d和HLA-DR阴性，CD44、CDl06阳性。CD49d和CDl06是脂肪问充质干细胞和骨髓间充质干细胞的很好的区分标记。HLA-DR是成纤维细胞的表面标记，CD34、CD45是造血干细胞的表面标记，通过它们我们可以认为培养细胞为排除了成纤维细胞的干细胞，HLA-DR阴性也可以为脂肪问充质干细胞的自体或同种异体移植提供理论依据。
细胞周期检测显示贴壁细胞中的G0／G1、S、G2／M的细胞所占的比例为79．1％、19．7％和1．3％。说明绝大部分细胞处于静止态，但保留自我更新和增殖能力，少部分处于功能态，这符合干细胞的特性，该结果也支持培养的贴壁细胞为问充质干细胞。本研究分别使用了诱导剂使其向成骨和成脂方向分化。地塞米松作为两者的诱导剂，它依赖于使用剂量和作用时间的差异，在低浓度时表达为成骨细胞，而高浓度时则与胰岛素共同作用激活糖皮质激素受体，继而启动PPARr，在转录水平激活脂肪细胞基因使其分化为脂肪细胞。由此推测成骨和成脂之间是否有某种关联，值得进一步研究。另外本研究还发现在无血清和低血清的条件下，诱导明显好于10％胎牛血清，但增殖速度明显减慢。
作者：胡昕华，陈炳泉
最新研究成果：胚胎干细胞系
他的研究成果是将成年人类皮肤细胞和取材于人类胚胎干细胞系（由人类胚胎组织分离纯化并可大量增殖的一类细胞）的一些细胞融合产生一类新的“杂种”细胞。原本相对成熟的成年皮肤细胞基因组在“杂种”细胞中“重调”到胚胎期（生命个体自受精开始到出生前在母体内发育的一段时期）状态。这样的“杂种”细胞理论上具有生命个体在发育初期的某些特性，可以不断繁衍分化，产生出具有各种各样特定生物功能的其他细胞来。
“成熟基因组‘重调’回胚胎期并不是什么新鲜事，它正是克隆动物的实验基础。”肯塔基大学医学研究中心的华裔科学家陈锦辉教授在接受《华盛顿观察》周刊的专访时评论道：“通过细胞核移植技术将体细胞的基因组转移到去核的卵细胞中，形成一个新的细胞（可视为最幼期的胚胎期干细胞），在动物子宫中发育产生生命个体，这就是动物克隆。在这个过程中，成熟的体细胞基因组‘重调’回胚胎期，并在发育过程中产生各种其他类型的细胞。”
过去的研究引发伦理争议
那么，既然通过卵细胞进行克隆研究已经有过成功的先例，为什么科学家还对其他类型的干细胞研究兴趣浓厚并孜孜以求呢？
“这是因为用卵细胞来进行研究有很大的技术局限和伦理争议，”陈锦辉教授解释说，“卵细胞本身无法大量增殖，如果希望未来通过干细胞移植技术治疗人类疾病，则它很难提供大量的细胞以供医疗使用。更为重要的是，如果采用人类卵细胞进行克隆研究，在实验过程中会产生发育初期的细胞团，这些细胞团在植回子宫的情况下有可能产生人类胚胎。如果将这些细胞团用于实验，从某一角度会被视为扼杀了潜在的生命个体，从而遭遇很大的伦理争议。”
在过去的若干年里，由于强烈的伦理争议，美国宗教界、科研界对于干细胞研究的支持与限制一直闹闹嚷嚷，吵个不休。据安大略宗教容忍顾问会的统计结果：有58％的美国人支持干细胞研究，30％的人反对。
胚胎干细胞系：欣喜而便利的研究成果
当干细胞研究在伦理争议的瓶颈中磕磕绊绊地前进时，埃根的研究无疑为干细胞研究突破技术局限和伦理争议提供了一个可行的解决方案。在他的实验中，由胚胎干细胞系融合外来细胞产生的“杂种”细胞具有双倍于人类体细胞的遗传物质，不存在产生人类胚胎的潜能。而且，“这些细胞团已经跨越了个体发育的初期阶段”，即使在将来的研究工作中将“杂种”细胞的部分遗传物质抽离而形成与人类体细胞相同的基因组，它们也“不再具有植回子宫发育成人类胚胎的可能性”。陈锦辉教授解释道。
更令人欣喜的是，胚胎干细胞系是一类可以大量增殖的细胞。无论是进行基础科学研究还是进行医疗应用，它都可以简便、迅速地提供充足的材料。相比费时费力收集来的人类卵细胞，它无疑为科学家们提供了大大的便利。
前景光明，道路依然漫长
那么，人们是否有理由认为，干细胞技术广泛应用于医疗的时代很快就会到来？
“事实上，我们还有很长的路要走，”陈锦辉对《华盛顿观察》周刊评论道，“干细胞技术用于医疗的理论基础在于其特性：可以大量增殖并产生各种其他类型的细胞。因此，在组织损伤和一些基于细胞缺失的疾病治疗中，比如帕金森症、神经损伤等，将经过一定处理的干细胞移植入细胞缺失的部位，由干细胞产生新的细胞来代替原先缺失或损伤的细胞行使功能，对损伤修复和疾病治疗能够起到一定的效果。”
摘要:概述了植物细胞分化的模式系统———管状分子分化实验系统的建立以及基于该系统的管状分子分化的生理学、细胞学、生物化学和分子生物学等方面的研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。
关键词:百日草;次生细胞壁;细胞分化;管状分子
管状分子(TraehearyElements，TEs)是维管植物木质部内导管和管胞的总称，皆为长柱状细胞，次生壁木质化，成熟后均缺乏原生质体，其功能是输导水分、矿质元素和机械支持作用。导管和管胞差别是，管胞无穿孔，管胞间壁仅有具缘纹孔，借以实现物质转运;而导管分子间的某些区域具有穿孔，多个导管分子通过末端的穿孔连接形成一个长的管道，即导管，与管胞相比，其输导能力大大增强。管状分子来源于形成层，由形成层细胞经过细胞扩增、次生壁沉积、胞内物质自溶、形成端壁穿孔等步骤而形成。管状分子分化已被作为植物细胞分化的模式系统，在形态结构、生化和分子组成、发育及生理功能上都具有明显的特点，是植物解剖学、发育生物学和细胞生物学的研究热点之一。多年来，各国学者建立了整体实验系统和离体实验系统，对管状分子的形态解剖学、生理学以及分子机制进行了一定的研究。其中，百日草(ZinniaelegansJacq．)叶肉细胞离体培养系统是目前分化效果最好的实验系统，人们利用该系统开创性地研究了离体条件下管状分子分化的基本过程，并对管状分子分化的细胞学、生理学、生物化学和分子生物学进行了卓有成效的研究。笔者拟对30多年来人们利用百日草叶肉细胞离体培养系统的研究成果进行概述，为进一步阐明管状分子分化机制提供基础。
1离体实验系统的建立
因为管状分子形态随着分化进程而发生显著变化，其中包括环纹、螺纹和网纹次生细胞壁(SCW)的形成以及自溶作用。所以，管状分子分化被认为是植物细胞分化的模式系统。然而，大多数早期关于分化的研究，采用的是多细胞系统，这样的系统包含几种作为起始材料的细胞类型，为追踪单个细胞分化过程带来了困难。Kohlenbach和Schmidt发现，以机械法分离的单个百日草叶肉细胞可直接分化为管状分子，这促使Fukuda和Komamine在此基础上，建立了一个有效的、高频分化的实验系统。该系统已被全世界许多实验室广泛应用，有时根据特定情况仅仅对一些细节进行了修改。用液体介质浸渍百日草叶片，研磨后，以小网眼筛过滤，液体介质反复漂洗悬浮液，分离得到单个叶肉细胞。要注意:(1)材料要适当。取幼苗第一对叶，而非成年植物最嫩的叶片。(2)条件要适当。旋转培养转速为10r/min，0．3～0．4mol/L山梨醇调节渗透压，生长调节剂为0．1mg/La-萘乙酸(NAA)和1mg/L6-苄基腺嘌呤(6-BA)，起始细胞浓度为(0．4～3．8)×108细胞/L。这样，几乎30%分离叶肉细胞，在适当的离体培养条件下，可半同步地分化为管状分子。
2细胞学、生理学和生物化学方面的研究
百日草实验系统的建立促进了管状分子分化诸多方面的研究。初步的细胞学和生理学研究表明，细胞分裂不是管状分子分化的前提条件，而一些DNA合成在分化中发挥重要作用;以肌动蛋白依赖的微管重组，限定了次生细胞壁的特有格局;分化过程是动态的，细胞变化表现在次生细胞壁沉积前细胞器数量的增加，次生细胞壁沉积开始不久次生细胞壁木质化启动，原生质体逐渐自溶，初生壁非木质化部分的局部水解，分化过程终止。另外，百日草系统已清晰地证明，管状分子分化受植物激素诸如生长素、细胞分裂素、油菜素内酯、赤霉素、一氧化氮、乙烯、信号肽(例如CLE肽、木质素、植物磺肽素)的调控;另外，大量生化和免疫学研究，揭示了细胞壁成分诸如纤维素、木聚糖、木质素和其他次生壁特有分子的变化，以及自溶过程中的各种事件，诸如蛋白质和核酸的降解等。
3相关基因的鉴定与描述
人们也用分子生物学方法，进一步分析了百日草实验系统中管状分子分化的分子机制。运用同源克隆法(例如，核酸酶ZEN1，肉桂醇脱氢酶和过氧物酶，b-微管蛋白，油菜素内酯合成酶和Rho/RacsmallGTPases)，差示筛选法(例如，分化标记，管状分子分化相关的(TED)2-4(Tra-chearyElementDifferentiation-related(TED)2-4)，果胶裂解酶)，消减杂交法(例如，核糖核酸酶及分化标记、蛋白酶和木质素合成酶)、全面的转录组分析微阵列和cDNA-AFLP，分别鉴定了许多与编码管状分子特定事件相关蛋白质的cDNA，和限定管状分子分化特定阶段的标记蛋白。因为百日草转化方法尚不稳定，所以其分离基因的功能分析受到很大制约(例如，果胶裂解酶ZePel，TED4，过氧物酶ZPO-C)。然而，最近，通过基因枪法和电穿孔转染法，瞬间将基因或双链RNAs导入百日草细胞，成功地描述了其他基因的功能，这可能为管状分子分化相关基因功能的分析提供了有益的线索。
4其他植物的研究
在利用百日草实验系统，研究管状分子分化调控的基础上，建立了拟南芥人工培养细胞的管状分子分化系统，该系统在油菜素内酯调控下，有30%～50%继代细胞分化为管状分子。后续的基因芯片分析表明，多数拟南芥基因在管状分子分化期间特异表达，这些基因包括编码植物特定NAC-do-main转录因子VND1-7的基因家族，借以最终揭示长久以来寻找的管状分子分化的转录开关。在某些植物和人工培养细胞中，VND基因被作为管状分子异常分化的有效诱导物。
5待解决的问题和未来研究展望
管状分子分化百日草叶肉细胞离体实验系统的研究在草本植物中广泛展开。该系统为诱导和促进管状分子分化的研究建立了有效的平台，并获得了一些关键基因和调节因子，初步揭示了管状分子分化的机制，为在单细胞水平上认识细胞分化和转分化途径、分化过程影响因素提供了可能，但复杂、精确的分子机制的构建仍需进一步研究。
(1)管状分子分化具有复杂的时空特异性，调控网络综合而庞大，虽然生长素和细胞分裂素是管状分子分化的基本调节激素，已有学者对2者进行了大量研究并取得一定的成果，但是其他激素诸如赤霉素、乙烯、脱落酸、油菜素内酯等作用效果研究资料极少，所以，植物激素作用机制的研究尚未明确。
(2)管状分子分化是植物细胞凋亡的典型例子，成熟的管状分子丧失了细胞核和细胞内容物，成为死的、中空的管状细胞。目前对管状分子细胞凋亡的信号转导途径知之甚少，需要进一步探索。
(3)以草本植物百日草，甚至拟南芥为材料得到的管状分子分化的初步机制，是否适合木本植物，尚需验证。
(4)虽然百日草系统较为成熟，管状分子分化率和同步性较高，但随着研究的深入，仍需进一步改进和优化游离单细胞的离体培养方法，摸索分化的最佳条件，提高分化率和同步性。
遗传学研究深入揭示、利用基因机制；细胞研究让多种细胞互换“身份”；再生医学造出多种器官组织。
在遗传学研究领域，杜克大学模仿人体细胞内复杂的基因调控过程，模拟出多种蛋白质如何通过复杂相互作用调控一个基因。
斯坦福大学设计出一种由DNA和RNA制成的生物晶体管――转录器，可在活细胞中像晶体管一样进行计算和记录，将计算带入生物学活细胞领域；北卡罗来纳大学也设计了一种基于DNA的“与”门，成功演示了如何在人体细胞内进行逻辑门操作，为在活细胞内运行复杂的计算铺平了道路。
耶鲁大学和哈佛大学合作，为一种细菌重新编写了完整基因组编码，提高了其抗病毒能力，第一次从根本上改变了遗传密码，可用于重新设计生物特性或扩展生物功能。
华盛顿大学医学院成功诱导细胞向光移动；加州大学圣地亚哥医学院研发出一项新技术可确定DNA来源于母亲还是父亲；能源部联合基因组研究所等单位改良了基因组组装工艺流程，能生成长达数万个核苷酸长度的读取片段，且最终组装序列准确率大于99.999%；联合基因组研究所对201种微生物和古生细菌细胞进行了测序，发现微生物远比我们所知道的要丰富多样，并揭示了不同物种间令人惊奇的关联。
细胞研究方面，俄勒冈健康科学大学等成功将人类皮肤细胞重组为胚胎干细胞，可在体内转化成任何其他类型细胞。斯克里普斯研究所找到了一种可将骨髓干细胞直接转变成脑细胞的方法，激活单个受体就将骨髓细胞转化为神经细胞；凯斯西储大学医学院则将老鼠皮肤细胞直接变成了功能性脑细胞。反过来，哈佛大学研究证明了脑细胞也能“变身”，通过直接谱系重编程，把胼胝体投射神经元转变成类似的皮质脊髓运动神经元。桑福德-伯纳姆医学研究所等单位，用一位右室心肌病患者的皮肤细胞培育出心肌细胞，并在培养皿中诱导出心脏病模型，能再现该病发作时的主要特征。
匹兹堡大学首次用人体干细胞使老鼠心脏再次跳起来，有望使个性化的诱导多能干细胞（iPS）用于器官移植。西奈山医院对18个诱导血液形成活动的遗传因子进行筛查，找到4个转录因子并加以正确组合，培育出了血管前体细胞及随后的成纤维细胞，并造出类似人体造血干细胞的细胞。先进细胞科技公司用人类胚胎干细胞治疗一种常见失明，将一名几乎失明患者视力提高到0.5；加州大学旧金山分校科学家向小鼠大脑海马区移植内侧神经嵴细胞，成功控制了小鼠癫痫发作。再生医学方面，马萨诸塞州总医院科学家培育出一个肾脏，在小鼠实验中能成功过滤血液、产生尿液；此外，他们还用牛和羊身上提取的活组织培育出了人造耳。纽约干细胞基金会研究所首次用人体皮肤细胞制造出了性能稳定的骨头替代品，有望为骨损伤患者提供个性化、无排斥的骨移植物。
此外，科学家还首次发现一种嵌在人体基因组内的生物钟，能精确测出各种人体器官、组织和细胞型的“年龄”。他们还通过降低单个基因的表达，让一群实验鼠平均寿命延长了20%。在脑科学研究中，麻省理工学院科学家成功为小鼠大脑植入虚假记忆。他们运用已有方法，人为激活小鼠大脑中一个特定记忆，同时给予新刺激，使两者联系在一起转化成一个新记忆。南加州大学科学家演示了一种“记忆假体”，并表示这种“记忆假体”已步入人体测试阶段，15名患有癫痫病的志愿者正在接受这种植入设备的测试。
得克萨斯大学研究人员结合模型预测和脑细胞训练，使模拟记忆功能减退的海蜗牛神经元的连接恢复到近乎正常水平。
美国华盛顿大学科学家进行人类脑对脑接口实验首获成功，可发送脑信号遥控同伴做简单运动。
药物研究方面，马里兰州疫苗研究中心研发“万能”流感疫苗成效显著，实验鼠接种新疫苗后产生的抗体水平是传统疫苗的34倍，在雪貂实验中也达到10倍。
中美科学家合作，让蚊子感染一种特殊细菌“沃尔巴克氏体”，从而拥有抵抗疟疾等疾病的能力，并能传给后代。
麻省理工学院研究人员找到了一种新毒素，能够通过阻断DNA复制来抑制细菌生长，为开发下一代抗生素奠定了基础。
加州大学圣地亚哥分校从海洋微生物中提取出“炭疽毒素”，能有效杀灭耐抗生素极强的细菌，如炭疽和超级病菌MRSA。此外，该校研究人员还开发出一种包覆有红细胞膜的纳米粒子，可中和包括耐抗生素菌在内的许多细菌产生的毒素，成为治疗耐药菌的有效工具。
密苏里大学研究人员开发出一种放射性纳米粒子，能将癌症患者身体任何地方的淋巴癌细胞作为攻击靶子，且不会附着和破坏健康细胞。杜克大学医学院找到60个“阿司匹林响应标记”基因，并可验血检测阿司匹林对患者是否有效，还可预测、预报心脏病发作的风险。
在艾滋病与肿瘤学研究方面，约翰霍普金斯儿童中心、密西西比大学医学中心和麻省大学医学院的研究人员首次实现了对一名感染艾滋病病毒（HIV）婴儿的“功能性治愈”。HIV抗体疗法动物实验获突破，有望与目前抗逆转病毒疗法结合，有效对付HIV。科学家从艾滋病人体内分离出三种强效广谱的HIV抗体，能使恒河猴体内SHIV的浓度急剧下降。费城儿童医院科学家用一种蛋白质调节关键免疫细胞功能，从而安全控制肿瘤生长，证明了通过调节免疫机能来控制肿瘤生长的可行性。佛罗里达国际大学研发出一种磁电纳米粒子，可释放抗HIV药物活化型三磷酸体，实验中的治疗效果甚为理想。
【英国】
脑科学研究有新成果，合成生物学受重视，干细胞、基因研究成果为病患带来曙光，体外受精技术领跑世界。
2013年初，欧盟宣布将人脑工程列入“未来和新兴技术旗舰项目”，意味着脑科学将成为未来研究热点。科学家在人脑研究方面取得多项成果：布里斯托大学研究人员研究确认了调控记忆开关的关键分子；牛津大学和伦敦大学学院科学家研究发现脑部微电击可提高大脑运算能力；英、德和奥等国研究人员用人类多能干细胞在试管中培育出模拟人脑组织。这一系列研究成果有助于科学家了解人脑之谜，开发出治疗大脑疾病的新方法。
合成生物学方面，帝国理工学院科学家开发出可将微生物工厂生物组件的制作时间从原来的2天缩短为6个小时的新方法；布里斯托大学科学家开发出合成生物学“纳米笼”技术，在化学、生物学和医学领域拥有广泛应用前景。
干细胞研究方面，爱丁堡大学科学家成绩突出。年初，他们发现麻风病细菌可将成熟细胞转化为干细胞；随后，他们革新了干细胞培养技术，用水溶性凝胶作为支撑干细胞生长的微型支架；5月，他们发现Oct4蛋白可助胚胎干细胞自我更新。
其他研究机构也不断有新成果：赫瑞瓦特大学科学家首次将人类胚胎干细胞用于三维打印；格拉斯哥大学研究人员宣布，首个干细胞治疗中风试验初见成效，部分患者病情有所缓解；伦敦大学科学家使用实验鼠胚胎干细胞，首次培育出眼部感光细胞。
基因研究方面，首次在人类活体细胞中发现四螺旋DNA结构，这种结构可为未来的个性化治疗提供靶标；新发现了24种与近视相关基因；通过CCND1基因缺陷的研究证明基因缺陷具有多米诺骨牌效应；发现可抑制HIV扩散的新基因MX2；证明南亚人色素沉着多样性相关基因――SLC24A5基因变异模式会受到社会选择差异影响。
英国在试管婴儿领域的研究依然领先世界。4月，“试管婴儿之父”罗伯特・爱德华兹病逝。英国民众支持“一父两母”三人遗传物质的人工授精技术，英国政府也在6月称支持这一技术。7月，首次将全基因组筛查技术应用于筛查由体外受精获得的胚胎是否存在染色体异常，英国首例接受全基因组筛查的试管婴儿也随之诞生。
【法国】
加强分子生物技术研究，揭示生物基本结构与活动机制，注重成果在医药、化工等领域的应用转化。
法国一支科研团队揭示了趋磁细菌体内MamP蛋白主导合成磁小体的机制及其结构特征，使人们对“生物矿化”有了进一步理解，有望将这一机制用于医学和污水处理等方面。
法国科研人员通过对长囊水云的研究，发现了利用酶合成鼠尾藻多酚的新机制及其关键步骤，大大简化了商业制备鼠尾藻多酚的生产过程。鼠尾藻多酚是海洋褐藻所特有的一种酚类化合物，可用于生产各类化妆品，并能够预防和治疗癌症、心血管疾病、神经退行性疾病及消除炎症。
巴斯德研究院发现，一种被称作嗜中性粒细胞的免疫细胞在癌症免疫治疗过程中起主导作用，而非此前认为的自然杀伤细胞和巨噬细胞，有助于促进癌症免疫疗法的优化与发展；他们还首次在原子尺度上探明了乙醇，即饮料中酒精对中枢神经系统受体的影响，有助于开发拮抗剂化合物来缓解酒精对大脑的影响。图卢兹普尔潘病理生理研究中心发现，人类母胎中的某些免疫细胞可以阻止病毒感染胎儿，为治疗先天性巨细胞病毒感染症等遗传疾病开辟了新的治疗途径。
【德国】
深化疾病病理研究，传染病、癌症和老年痴呆症治疗方面获多项进展，个性化医疗研究得到推进。
李山（本报驻德国记者）传染病方面，德国灵长类动物研究中心发现了一种蛋白酶有助于MERS冠状病毒的感染。亥姆霍兹感染研究中心在8种代表Ⅱ型CRISPR-Cas的菌株中研究了双链RNA：Cas9的多样性和互换性。
癌症研究方面，蒂宾根大学发现，联合使用γ-干扰素和肿瘤坏死因子可以完全抑制肿瘤细胞生长。海德堡大学等发现一种具有抗癌性能的细胞核内蛋白质Nup98，可使细胞内的P53不过早出现分解。保罗-艾尔利希研究所发现经过基因改造的麻疹病毒可有效控制多种实验动物体内的肿瘤。马克斯普朗克神经科学研究所发现血管内皮生长因子也直接作用于产生该因子的肿瘤细胞。
老年痴呆症研究方面，慕尼黑大学等发现有效物质Anle138b能有效抑制损害脑细胞的蛋白质集聚，明显减缓帕金森病症状的发展。马克斯普朗克分子生物医学所等通过“基因手术”成功对实验室培养的帕金森患者病变细胞基因缺陷进行了纠正。马克斯普朗克老年生物学研究所发现衰老还受到从母体获得的遗传信息线粒体DNA的直接影响。德国柏林自由大学等研究发现，与年龄有关的记忆能力下降可通过天然物质亚精胺来阻止。
新疗法方面，莱比锡大学提取毛囊外毛鞘干细胞培养黑素细胞，开发出治疗白癜风的自体细胞疗法。蒂宾根大学在实验室培养的椎间盘细胞中嵌入智能生物材料，再注射到患者椎间盘中，开发出椎间盘疾病治疗新策略；他们还发明了一种微型芯片，植入眼球后方可帮助一种失明患者恢复部分视力。柏林自由大学等通过应用糖蛋白生成的鼠疫抗体，研发一种简单、便宜又可靠的检测鼠疫病菌的方法。
此外，亥姆霍兹糖尿病和肥胖研究所等发现分子受体GPR83不仅参与体重调控，而且在能量代谢调控中发挥决定性作用。夏洛特柏林大学医学院揭示了一个关键的蛋白质结构，阐明了与受体的互动由一种抑制蛋白来激活的分子机制。莱布尼兹波罗的海研究所在波罗的海中心深处发现了至今未知、代号SUP05的细菌对缺氧环境下形成的高毒性硫化物具有专一分解能力。
德国参与的国际合作团队也有突出贡献，一个团队发现了9个基因区域与原发性硬化性胆管炎（PSC）的联系；另一个团队则了一张人类功能性遗传变异的综合图谱，提供了有史以来RNA水平上最大的人类基因组与基因活性数据集。
【俄罗斯】
纳米疫苗研制工作取得重大进展。
张浩（本报驻俄罗斯记者）2013年，俄罗斯纳米疫苗研制工作取得重大进展。根据俄联邦生物医学署的信息，俄罗斯科学家研制的三种最新纳米疫苗已进入临床前试验阶段，这三种疫苗分别为抗结核杆菌、艾滋病和癌细胞（针对个别几种癌细胞有效）疫苗。目前，世界上的所有实际应用的疫苗大都采用病毒活体或者“病毒体灭活”方式，而俄研制的这三种疫苗是利用病原体的RNA，通过医学与纳米技术的结合，制备出纳米疫苗。其中的抗艾滋病疫苗已经处于第二期临床前试验阶段，且显示出了很高的有效性。
2013年，来自俄罗斯科学院生物有机化学研究所、美国哈佛医学院、瑞士洛桑理工学院的科学家团队对细菌的进攻机制进行了研究，揭示了在同一环境下，不同细菌会为了各自的生存而互相攻击。这一发现将有可能帮助人类找到破坏细菌进攻系统的简易方法，从而有助于研制用于治疗细菌性脑膜炎、肺炎、布氏杆菌病、鼠疫等严重传染性的新一代药物。
【加拿大】
合作研发出新型抗癌特效药；成功制作首个超高精度三维脑图像；揭示大脑可塑性形成机制；提出确定分子手性新方法。
加拿大玛嘉烈癌症中心和美国加州大学共同研发出一款癌症特效药Sharpshooter，该药物已在实验室中证明对乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、肺癌、胶质母细胞癌、黑色素瘤、胰腺癌和前列腺癌等广谱癌症具有有效抑制作用。研究以标靶酵素PLK4为对象，这种酵素被广泛认为在细胞（特别是癌细胞）分裂中起着重要作用。这一特效药的发现，被认为是当今治疗乳腺癌的最重要发现。
包括加拿大麦吉尔大学在内的科学家成功研制出在细胞水平上的人类大脑3D图谱，以20微米的尺度展现了人类大脑的情况，被誉为神经科学发展的里程碑。
蒙特利尔神经学研究所及其附属医院和麦吉尔大学发现，神经细胞具有一种特殊的“预组装技术”，可促进神经细胞连接（突触）处的蛋白制造，从而让大脑迅速形成记忆和塑化。此一研究结果揭示了突触可塑性的新机制，了解其中的路径有助于为神经发育疾病的治疗提供新靶点。
麦吉尔大学科学家成功结晶出一个RNA短序列――poly（rA）11，并利用加拿大光源（CLS）和康奈尔高能同步加速器收集到的数据证实了poly（rA）双螺旋假说。这一成果有助于推动合成生物学的发展。
一队来自加拿大、德国和瑞士的研究人员为确定分子手性这个具有150年历史的古老难题提出了一个新的解决方案，未来药物将可按照只存在所需手性分子的方式来生产，如此患者就可减少服用剂量，避免副作用。
加拿大研究人员确定了和心脏功能相关的最优结构和细胞比例，并由此首次设计出成活的、心律失常的三维心脏组织，可将这些组织微缩成人类心脏微组织，用于测量正常及病变人类心脏对药物的反应。
不列颠哥伦比亚省癌症研究机构开发的一种前列腺癌新药即将投入临床试验，为癌症患者带来新的希望。该团队开发EPI-001的过程中采用了新方法，鉴别出N-末端即蛋白质结构的反端区域才是真正的“病灶”，而不是像其他科学家那样专注雄性荷尔蒙受体蛋白。
玛嘉烈医院癌症中心的临床研究人员发现，未成熟祖细胞的耐药性是导致多发性骨髓瘤复发的根本原因。此项发现为治愈多发性骨髓瘤指明了一条新途径，那就是同时将祖细胞和浆细胞作为治疗靶标。
加拿大食品检验局联合非营利组织“加拿大基因组”、阿尔伯塔创新生物解决方案公司，提出一项旨在保护消费者免受李斯特菌侵扰的新研究项目。
多伦多大学研究人员首次绘制出了ABC运转蛋白的细胞“路线图”，揭示了它们与细胞中其他重要蛋白的相互作用，有助于人们进一步理解与疾病相关的蛋白质之间的互动机制，为癌症、囊性纤维化及其他多种病症带来更好疗法。
麦吉尔大学和卡尔加里大学的科学家们发现癌症能够通过劫持白细胞进行扩散。这一发现是人类在认识癌细胞扩散方面的一个突破性进展，有助于医疗人员更有效地诊断和治疗癌症。
麦克马斯特大学利用一种基因改良过的感冒病毒制造出新型结核病疫苗，可帮助对抗引起肺结核的结核杆菌。在接种卡介苗后使用，可提高卡介苗功效。
【韩国】
韩国未来创造科学部提出生物医疗技术项目，向相关研究机构提供政策和资金支持。
薛严（本报驻韩国记者）韩国科学技术院（KAIST）研究人员成功开发出利用大肠杆菌生产治疗忧郁症和痴呆所需物质――酪氨酸的新方法。该研究组用核糖核酸（RNA）技术插入制造酪氨酸所需的基因（去除妨碍生产的基因）培养大肠杆菌。培养大肠杆菌的器具每升生产出了21.9克酪氨酸和12.6克尸胺（聚酰胺纤维，尼龙的原料），比现有技术的生产量多出了30%。
韩国全南大学和生命工学研究院研究人员发现了在酒精性肝损坏过程中发挥核心作用的蛋白质和可以抑制这种蛋白质的物质，为研发治疗酒精性肝损坏的药物带来了希望。
9月，韩国未来创造科学部表示，朝鲜大学医学院研究人员发现了可以导致大肠癌产生和转移的蛋白质APEX1。APEX1在细胞内可以通过调整多种基因而导致多种生命现象。动物实验显示APEX1和肿瘤发生有着密切的关系。利用这一关系有助于预测大肠癌细胞的产生和转移，抑制大肠癌细胞的增殖。
【以色列】
脑科学研究精彩纷呈，干细胞研究成果丰硕，一批基于生物材料技术的医疗设备出现。
冯志文（本报驻以色列记者）以色列红利生物集团有限公司开始建设世界上第一个生产再生骨的工厂，包括骨移植中心、研发中心及一个总部和管理中心。
洞察力技术公司（InSightec）研制出不用在头颅上开洞就能实施神经外科手术的设备。基于MRI扫描提供的准确的脑部图像，他们使用1000倍聚焦超声波束可穿透完整头骨并清除病灶。
以色列理工学院用人类胚胎干细胞创造出有自己血液供应的心脏肌肉，可修复和替代因心脏病受损的心脏；该校还发现光电效应可控制纳米孔传感器通道，改进了使用固态纳米孔的方法，使DNA测序更精确、成本低且超快速。
生物学科的“社团―研究―校本”研究性学习模式，它通过自主研究，强化了对学生三维立体思维的培养，加强了对学生动手能力和综合能力的培养。多年来，在教学中我一直采用这种学习模式，并且收到了很好的效果。
该模式为三环节阶段模式。
第一环节：以兴趣、自愿、自主为原则，成立相应的具有生物学科特色的社团，利用社团轻松自主的氛围，让学生在放松状态下参与交流。因此也可称这个环节为“前研究性学习”。
第二环节：以积极、自主为原则，进行研究性学习。鼓励学生用已有的知识或可以查阅的知识来解决一些小课题，用以积累知识，体验过程和成就感。同时重视动手能力的培养，使学生将现有的新问题在原有的知识基础上和生活中去拓展、放大。
第三环节：以合作、自主为原则，组织编辑学科性研究性学习成果集，或者编辑专题式研究性学习网页供上网交流，并为学校的拓展性课程提供教学参考资料，传承相关知识，使后来的同学能够方便地站在自己学兄学姐的肩上开始“研究”。
例如，“细胞结构”一课是学生接触生物学科从直观进入微观世界的重要一课，我们的教师与学生一起，按照“社团―研究―校本”研究性学习模式，通过课堂与课外活动的结合，较好地完成了知识的学习。
一、关于社团讨论
教师与学生一起回顾了关于细胞的知识，向学生解释植物细胞和动物细胞是有一些本质区别的，告诉学生他们将亲手制作“植物细胞”和“动物细胞”。教师把学生分成学习社团，由社团自己研究模型的制作。教师为每个社团分发了塑料袋、塑料透明盒子、各种水果、凝胶等材料。学生通过讨论交流了解到：塑料袋代表细胞膜，塑料盒子代表细胞壁。由于植物细胞有坚韧的细胞壁，所以衬有塑料袋的盒子代表植物细胞，而放在桌上的塑料袋代表动物细胞。在以上认识的基础上，学生们又在两个塑料袋中加入等量的液体凝胶，然后把水果放入其中。有的社团用绿色的葡萄代表叶绿体，柑橘代表线粒体，李子代表细胞核。有的社团用辣椒粉代表核糖体，用小气袋代表液泡，纱布代表内质网。经过冷冻之后，由社团讨论制作的动植物细胞的模型就完成了。
二、关于自主研究
学生在教师的指导下，围绕以下问题进行自主学习：（1）细胞的形状是怎样的？（2）对照制作的细胞模型，了解植物细胞和动物细胞的不同。（3）植物细胞的细胞壁为什么这么坚韧？它对植物细胞有什么作用？细胞壁的成分是什么？（4）为什么动物细胞没有细胞壁？动物细胞的细胞膜有什么作用？
在讨论之后，进入第三环节，以合作、自主为原则，组织编辑学科性研究性学习成果集。教师让每个社团做一份表格：比较植物细胞和动物细胞的不同点。然后把各社团的植物细胞累叠起来，向学生解释这样就组成了植物组织。让学生把3D植物细胞模型与显微镜下看到的植物细胞进行了比较，并在课后向学生布置一个作业：创办一份关于报道细胞的杂志，把学生分为编辑、作家、发行者、艺术编辑等，报道当今细胞和显微生物学的信息。完成后的杂志可以在学生中传看，或在网上发行。
上一篇：足球教学计划范例(3篇)
下一篇：汽车专业的理解范例(3篇)
热门推荐