胚胎幹細胞

胚胎幹細胞（Embryonic stem cell，簡稱ESC）是一類有多能性的幹細胞。佇卵細胞受精神了後，受精卵經過桑葚階段，進入囊胚的階段。囊胚中的細胞會當歸入兩个大類：滋養層（trophoblast，TE）佮內細胞群（inner cell mass，ICM）。 滋養層的細胞會分化胚胎外的組織（胎盤等）， 內細胞群的細胞是會分化做胚胎的其他結構。分離內底細胞群細胞閣進行體外（_ in vitro _）培養，即可取得胚胎幹細胞。胚胎幹細胞有分化為三个胚層的細胞的潛能，抑是講佇一般的情況下能分化形成除了胎盤以外的所有胚胎結構，此為胚胎幹細胞多能性的具體現在。

一九八一年，英國劍橋大學遺傳學部中，兩个分別由馬丁 ・ 埃文斯（Martin Evans）猶閣有馬修 ・ 考夫曼（Matthew Kaufman）率領的研究團隊分別佇體外建立了小鼠胚胎幹細胞系。胚胎幹細生這一術語是對加州大學的舊金山分校（UCSF）改破學部的教授起爾 ・ 馬丁（Gail R . Martin）佇當年十二月的一篇論文中頭擺提出。一九九八年，威斯康星大學教授詹姆斯 ・ 湯姆森（James Thomson）等人成功建立了人胚胎幹細胞系。二空空七年，馬丁 ・ 埃文斯佮另外兩名科學家因為「利用胚胎幹細胞引入特別性基因修飾的原理上的發現」煞得著當年諾貝爾生理學抑是醫學獎。

胚胎幹細胞被認為佇再生醫學、組織工程、藥物實驗等領域擁有闊莽莽的應用前景，胚胎幹細胞對發育生物學的基礎研究嘛有真大的助益。猶毋過，因為道德、宗教佮法律上的問題（比如講目前分離胚胎幹細胞的方法會無法度避免地殺死胚胎）， 有關胚胎幹細胞的研究（即治療性克隆）佇各國攏總受著一定的限制。

性質佮特徵

胚胎幹細胞來自囊胚的內細胞群（ICM）， 而且進行體外（_ in vitro _）培養取得。胚胎幹細胞具有偌能性，佇一定條件下跤會當分化為三粒胚層（外胚層、中胚層、內胚層）的細胞，形成生物體的各種結構。胚胎幹細胞的形態佮基因表達情況佮其他的細胞有明顯的無仝。

形態學

胚胎幹細胞是球狀，人胚胎幹細胞直徑約是十四 μm，啊若鼠胚胎幹細生直徑約是八 μm。胚胎幹細生的細生核一般比較大，核仁明顯，細胞質的對較少。人佮鳥鼠的胚胎幹細胞攏會當佇培養皿頂懸形成圓形、邊界的清楚、表面較光的細胞集落。

分子細胞生物學

胚胎幹細胞多能性維持依賴於 SOX 二、Oct 四、Nanog 等因為子構成的轉錄網路，確保佮細胞自我更新能力有關係的基因會當繼續懸水平表達，閣壓制佮分化、自食相關的基因轉錄。佇胚胎幹細胞的分化過程當中，細胞的基因是表達情況會發生誠大的變化，尤其是佮胚胎幹細胞自我更新能力維持有關的基因。

胚胎幹細胞的自我更新佮分化佮表觀遺傳學途徑有密不可分的聯絡。代先是組卵白的化學修飾：佇胚胎幹細胞內底，佮自我更新相關的基因所在佇區域組卵白 H 三 K 二十七懸度乙瀨化，遮的區域內底也有組卵白乙鴻基轉移佑，也去乙瀨化又閣。這兩款作用效果完全倒反的塗豆 H 三 K 二十七的乙辱化水平維持動態平衡，方便佇基因會當佇外界的信號發生改變的時陣快速關起來。另外咧，PRC 一佮 PRC 二兩種重要的卵白質會使 H 三 K 二十七、H 三 K 四發生甲基化而且猶閣有分化相關的基因，其實攏無表達。胚胎幹細胞多能性的維持佮 RNA 干擾也有牽牢牢。比如講，PRC 一佮 PRC 第二閣會恬恬仔編碼佮分化相關的 miRNA，使胚胎幹細生維持多能性；而且 let 鋪七（一款 miRNA）的表達會使胚胎幹細胞開始分化。受精卵發育較早，基因組所有的 DNA 甲基化攏會由甲基轉移徛 Dmnt 一消除；啊若佮胚胎幹細胞自我更新有關的基因區域會佇分化過程當中再一遍甲基化，遮的基因的表達嘛隨之停止。

胚胎幹細胞多能性的維持猶需要倚靠生份外微環境提供適宜的信號，抑無，胚胎幹細胞誠容易分化為其他類型的細胞。過去，胚胎幹細胞的培養需要佇咧有一層飼層細胞的培養基頂進行。飼層細胞一般是經絲必黴素等等有絲分裂阻斷劑處理過的胚胎成纖維細胞，遮的細胞能分泌特定的信號分子模擬早期胚胎發育的微環境，使胚胎幹細生維持無分化的狀態。目前，佇培養基內加入白血病或制因為（LIF）等細胞的信號分子就會當佇咧無飼養層的培養基上培養胚胎幹細胞。

分離、鑑定佮培養

胚胎幹細胞的分離佮培養

分離囊胚的內細胞群（ICM）細胞，閣進行體外培養就會當取得胚胎幹細胞。目前，取得胚胎幹細胞的方法已經有一定改進，但是猶原無法度避免地會刣死胚胎。

囊胚由兩大部分構成：佇咧外圍的滋養層佮內底的內部的內底細胞群。滋養層細胞會分化胚胎外的組織（胎盤等）， 若內細胞群會分化胚胎的各種結構。

上早期分離胚胎幹細胞的方法是先用卵白翎分解透明紮的卵白質（囊胚外圍的一層細胞外基質）， 閣利用免疫手術（immunosurgery）專一地使滋養層細胞必解，對取得內部的內細胞的群細胞，了後體外培養佮繁殖取得的內細胞群細胞，即可建立胚胎幹細胞系。目前胚胎幹細胞的分離方法已經有一定的改進，譬如這馬已經有使用雷射去除透明帶的技術。

獲取胚胎幹細胞的成功率不止仔低，就算講成功取得胚胎幹細胞，維持其實無分化的狀態嘛足困難。為著阻止胚胎幹細胞佇培養過程中分化，培養基需加入如白血病或制因為（LIF）等因為。上代先，胚胎幹細生需要有飼層細生的培養基頂培養。飼層細胞會當替胚胎幹細胞提供特定的微環境，以壓制胚胎幹小生的分化。飼層細胞定定使用經過有絲分裂阻斷劑（頂司裂黴素）處理過的胚胎成纖維細胞。目前已經會當成份清楚、無異物的、有血清佮飼層細胞的培養基上培養胚胎幹細胞。

胚胎幹細胞的鑑定

胚胎幹細胞會當通過細胞集落抑是細胞本身的形態初步鑑定；除了這以外，猶閣會當對分子標記佮分化潛能等兩方面對胚胎幹細胞進行鑑定。

各基因的表達狀況隨細胞無仝而異。所以，會當用一寡佇細胞中特異性表達的卵白質對胚胎幹細胞進行鑑定。咧講特異性表達的卵白質閣分做兩種類型：細胞內底的卵白質佮細胞表面特異性的卵白質（細胞表面標記）。 目前較捷用的細胞表面標記有 SSEA ma三、SSEA 扳四、TRA 抹一爿六十佮 TRA 抹一爿八十一（前兩者為階段特異性胚胎表面抗原，後兩个人替腫瘤識別抗原）； 定定選替分子標記的細胞內底卵白質有 Oct 四和 Nanog 等。免疫組織化學技術利用會當佮遮的分子標記特異性結合的抗體來鑑定胚胎幹細胞，此外，這種技術嘛會當佮流式細胞分選術、免疫磁珠等方法結合，用於胚胎幹細胞的分離。

特異性分子標記的篩選會當採用轉錄組學佮卵白質組學的技術，共胚胎幹細生佮其他的細生比對，以篩選出佇胚胎幹細胞中特異性表達的卵白質。

檢驗分化潛能也會當達到鑑定胚胎幹細胞的目的。譬如講共鳥鼠的胚胎幹細胞注射入其他的鳥鼠胚胎內底，閣使這个胚胎發育為完規个體，若注射的胚胎幹細胞具有偌能性，最後就會當形成1875體（就算是小鼠的一部份細胞基因型佮其他的部份無仝，該部分細胞來自注的胚胎幹細胞）。 猶毋過，考量倫理等方面的議題，述方法並無適用佇人類遮的動物。鑑定人胚胎幹細胞的分化潛能主要有兩種方法：體外培養形成擬胚體（embryoid body，EB）抑是注射著鳥鼠體內形成畸胎瘤。佇體外低黏附性培養皿頂培養人胚胎幹細胞（抑是懸浮培養人胚胎幹細胞）會當使胚胎幹細胞形成一種特殊的結構，號做擬胚體，形成擬胚體的胚胎幹細胞會分化為三大類分別具有外胚層、中胚層、內胚層細胞特徵的細胞，利用無仝款的分子標記即可鑑定這三粒胚層的細胞。若共人胚胎幹細胞注入去鳥鼠仔體內，會當觀察著畸胎瘤的形成，畸胎瘤的一寡特徵和早期胚胎相𫝛，有三大類分別具外胚層、中胚層、內胚層細胞特徵的細胞。

歷史

一九六四年，劉易斯 ・ 克萊因史密斯（Lewis Kleinsmith）佮巴里 ・ 皮爾斯（G . Barry Pierce Jr .）對畸胎瘤（一種生殖細胞病變成的腫瘤）中分離出一種細胞，這種細胞有生長佮分裂的能力，這馬講這種細生人是胚胎腫瘤細生（embryonal carcinoma cells，EC cells）。 胚胎腫瘤細胞形態佮後來發現的胚胎幹細生相𫝛，而且嘛有足濟能性，所以過去捌做過鳥鼠仔的古早發育研究模式。但實際上這類細胞並毋是十分理想的研究模型。

一九八一年，英國劍橋大學遺傳學部兩个分別由馬丁 ・ 埃文斯猶閣有馬修 ・ 考夫曼（Matthew Kaufman）領導的研究團隊分別獨立佇體外建立了鳥鼠胚胎幹細胞系，𪜶的論文佇當年七月發表。而且「胚胎幹細胞」這術語上早是由加州大學舊金山分校（UCSF）改破學部的蓋爾 ・ 馬丁（Gail R . Martin）教授佇當年十二月的一篇論文中提出。伊證明胚胎會使踮體外培養，而且會使對中分離出胚胎幹細胞。一九八九年，馬里奧 ・ 卡佩奇、馬丁 ・ 埃文斯佮奧利劍 ・ 史密斯三人對胚胎幹細胞使用基因工程技術，製造出第一隻的基因敲除鳥鼠。一九九八年，威斯康星大學教授詹姆斯 ・ 湯姆森（James Thomson）等人成功建立了人胚胎幹細胞系，為胚胎幹細胞研究的閣一突破。

二空空六年，日本京都大學的山中伸彌課題組發表一種方法，藉著導入四个外源性基因（Oct 四分之三、Sox 二、c-Myc、Klf 四）唌導體細胞轉化是人工唌導多能幹細胞（iPSC）。 iPSC 比胚胎幹細胞加真濟優勢—— iPSC 咧分化潛能、形態學等方面佮胚胎幹細胞的性質相𫝛，毋過牽涉的倫理道德爭議較細，而且會當產生佮個人的基因看起來真濟的幹細胞。

臨床實驗

二空空九年一月二十三號，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准一項 I 期臨床試驗，該試驗將分化自胚胎幹細胞的突膠細胞（oligodendrocyte，一種中樞神經系統中的細胞）徙栽入龍髓損傷的患者體內。這是世界頭一例應用人胚胎幹細胞的臨床實驗，這項研究由加州大學爾灣分校（UCI）的漢斯 ・ 柯爾斯特德（Hans Keirstead）佮伊的同事佮主持，邁克爾 ・ D ・ 維斯特博士（Michael D . West , Ph . D）創立的加州門洛帕克傑龍公司（Geron Corporation）是這項研究提供的資助。此前用大鼠來進行的研究表明，脊髓損傷的大鼠接受由人胚胎幹細胞分化成的突膠細胞移植七工了後，運動能力得著矣一定恢復的。這一个療法的 I 期臨床試驗計畫徵募八到十名截蝹病人，𪜶攏是咧試驗開始進前兩禮拜以內受傷的，因為細胞需要佇咧伸痕組織開始生長前注射。研究者強調講，著算注這款細胞，基本上也無可能完全恢復病人的運動能力。該階段的試驗旨咧測試該療法的安全性，若進展順利，後一步𪜶將會予病情閣較嚴重的患者試用這一療法。二空空九年八月，FDA 下令暫停這項試驗，因為一部份接受這種療法的大鼠咧顯微鏡下觀察甲長出囊腫。二空一空年七月三十號，這項研究得著繼續進行。二空一空年十月，研究者佇亞特蘭大的牧者中心（Shepherd Center）著頭名病人施行矣該療法。二空一一年十一月，傑龍公司宣佈因為財政頂懸的原因，暫停這項研究猶閣有相關試驗，但是會繼續觀察已經接受治療的患者。同時，𪜶希望會當揣著合作伴以繼續這項研究。二空一三年，由邁克爾 D . 維斯特博士領導並繼承所有傑龍公司幹細胞資產的 BioTime 公司，宣佈重逢此前傑龍公司暫停的臨床研究。

應用前景、法律法規佮挑戰

胚胎幹細胞具有相當大的分化潛能，這予胚胎幹細胞會當分化為人體的各種細胞、組織，乃至器官。這予胚胎幹細胞佇組織的工程佮再生醫學領域有誠大的應用前景。另外咧，胚胎幹細胞嘛是發育生物學研究佮藥物試驗的良好材料，利用胚胎幹細胞技術產生的基因敲除鳥鼠、轉基因鳥鼠對生物醫學研究也有重要的作用。猶毋過，胚胎幹細胞本身存在的一寡缺陷（比如講，真僫產生佮接受者基因型完全仝款的胚胎幹細胞，予得可能對生的細胞發生排異反應）， 以及倫理、道德、法律等方面的爭議，予得胚胎幹細胞的研究猶面臨著一定的挑戰。另外咧，山中伸彌等發明的 iPSC 技術相比胚胎幹細胞在倫理等方面擁有優勢，對胚胎做細胞的地位亦產生了一定的衝擊。

應用的前景佮挑戰

胚胎幹細胞上受關注的潛在用途是伊會當應用佇細胞替代療法（cell replacement therapies，CRT）中。即通過共胚胎幹細胞唌導分化是心肌細胞、神經元、肝細胞、骨髓細胞、胰島細胞佮內皮細胞等，再利用遮的細胞的替換抑是補充患者體內死亡抑是喪失功能的細胞。研究人員已經會當唌導胚胎幹細胞分化為 NK 細胞佮骨髓組織。另外咧，研究人員已經會當唌胚胎幹細胞分化為產生胰島素的細胞。這是糖尿病的治療紮來矣希望。亦有研究者試圖誘導胚胎幹細胞分化為產生多巴胺的細胞，以治療帕金森綜合症。目前，使用胚胎幹細胞的細胞替代療法主要面臨的挑戰有：按怎克服因基因型無仝顛倒可能產生的免疫排異反應、按怎產生夠數量的細胞、欲按怎唌身細胞產生一个完整的器官、植入去了後的細胞、組織抑是器官欲按怎佮周圍的組織融合，閣有按怎戳除未分化的幹細胞，避免遮的細胞做伙入去患者體內，形成腫瘤。

另外咧，胚胎幹細胞亦會當用佇幹細胞治療內底。比如講，利用基因工程技術共特定具有治療效果的基因導入胚胎幹細胞中，閣唌遮的胚胎幹細胞分化為目標細胞。才閣共遮的工程細胞導入去患者體內，會達到治療疾病的目的。胚胎幹細胞使用比體細胞閣較高效的 DNA 修復手段，因為比較細胞，其基因突變率愛低足濟的，這使胚胎幹細生猶閣有潛力用於 DNA 損傷的修復。

胚胎幹細胞良好的分化、增殖藏能使其成做藥物的安全性佮藥效試驗的良好材料。目前，已經有使用胚胎幹細胞分化來成做心肌細生測試藥物對心臟毒性的案例。無分化的胚胎幹細胞嘛會當用藥物對發育毒性等等的藥物毒理來研究。

法律佮法規

胚胎幹細胞研究，尤其是人胚胎幹細胞的研究定定會引起倫理、道德猶閣有法律上的爭議，大部份的國家佮地區攏對胚胎幹細胞研究施加一定的限制，惟限制的程度不盡相同。

日本、南韓、以色列、伊朗、印度、中國大陸、臺灣對人胚胎幹細胞研究限制較少，對相關研究予以支持。其中，中國大陸對胚胎幹細胞研究的限制尤其少。

大部份南美洲的國家（除巴西）、 非洲的國家（除南非）攏對胚胎幹細生研究施加較大的限制。

大洋洲的澳大利亞對人胚胎幹細胞研究限制較少，但紐西蘭對相關研究的限制是相對較大。

歐盟內部的國家對幹細胞研究的態度真正無仝。瑞典、芬蘭、比利時、希臘、英國、丹麥佮荷蘭等等國目前允准人類胚胎幹細胞的研究（其中英國對胚胎幹細胞研究的限制尤其少）， 但是這類研究佇德國、奧地利、愛爾蘭、義大利佮葡萄牙等國煞猶原是非法的。

美國無任何聯邦法律約束人類胚胎幹細胞研究。猶毋過，由聯邦資助的研究會受著一定程度的限制。根據時任美國總統喬治 ・ 布希望二空空一年簽署的法案，只有佇二空空一年前建立的胚胎幹細胞系（根據這一法案，實際上符合條件的細胞系只有二十一種）會使用聯邦資助的研究內底。尾仔巴拉克 ・ 歐巴馬總統佇二空空九年廢除禁令，毋過了後通過的一項修正案禁止聯邦法案資助會毀壞人類胚胎的研究，也就意味對新的胚胎幹細胞系無法度通過聯邦資助的研究獲取。也就是講，聯邦資助的研究會使使用任何已存在的胚胎幹細胞系，但袂當佇咧研究中新建胚胎幹細胞系。美國各州對胚胎幹細胞研究的態度嘛完全無仝，部分州完全禁止胚胎幹細胞的研究，比如講阿肯色州、印第安納州、路易斯安彼州、密西根州、北達科伊州佮南達科伊州。另外一部份州是會予相關的項目資金資助，比如講加利福尼亞州。

倫理佮道德的問題

胚胎幹細胞一直是科學界佮宗教組織爭議的熱點問題之一。另外咧，胚胎幹細胞研究的合法性佇法理學、倫理學等等領域嘛是一个顧人目的焦點。相關的爭議佇世界絕大部份國家佮地區攏有相關的爭議。其中，美國是世界上生物醫學研究海平上懸的國家，關於胚胎幹細胞的倫理、宗教、法律爭議尤為激烈。

取得人胚胎幹細生必然愛破壞人類的胚胎。啊若基督教的主流觀點一直認為性命對卵細胞受精就開始矣，人無權剝奪胚胎的性命，所以，基督教佮部份支持基督教的組織一直是墮胎佮人胚胎研究的反對者。部份學者認為這嘛違反了儒家的「仁」閣犯了佛家業報。伊斯蘭教對胚胎幹細胞研究（治療性克隆）的態度相對基督教等宗教溫和。根據伊斯蘭教義，毀壞神聖的胚胎是一種罪行，但是害去得著靈魂進前的胚胎（胚胎得著靈魂的時間是受精四個月後）罪過較輕。佇伊朗、埃及等他斯蘭教國家，人胚胎幹細胞研究是合法的，但是猶原有一部分穆斯林反對胚胎幹細胞研究抑是對這爿表示擔憂，大部份啊伊斯蘭教國家未對人胚胎幹細胞研究進行立法。

政治上，部份保守派反對胚胎幹細胞的研究。比如講，反對胚胎幹細胞研究的前美國總統小布希就捌講（關於著人的）胚胎幹細胞研究「迒過咱這个社會所應尊重的道德底線」。 科學研究者，尤其是生物醫學領域的研究者，是對胚胎研究多持支持態度。比如講，曾經有三十三名諾貝爾獎的得主佇𪜶寫予美國國會的一張公開批當中按呢講：「 遐的試圖阻止幹細胞帶來的醫療進步的人愛對遐的飽受恐驚疾病折磨的病人佮𪜶的家人負道義頂懸的責任……」。 另外咧，有科學家按呢講：「 一个干焦發育矣六工到七工的早期胚胎，閣袂使講閣是一个『人』。 伊的神經組織遠未發育，無知覺，閣較無意識，講無需要咱的尊重。解除千千萬萬病人的痛苦，拯救𪜶寶貴的性命，才是對咱人的性命的上懸尊重。」有英國科學家提出：「 細胞研究講會當予一寡疾病提早五至一零年攻克，禁止這項研究顛倒無負責任而且無道德。」猶毋過，嘛有部份有天主教背景的科學家反對胚胎幹細胞的研究，譬如講美國科學家，斯坦福大學細胞生物學博士特里薩 ・ 戴多謝呢。伊是二空空九年起訴美國政府允准聯邦資金資助胚胎幹細胞研究的法案的兩名原告之一。圍踅胚胎幹細胞研究的法學討論主要圍踅咧早期胚胎敢有有「人」的權利展開。

參見

• 誘導性多功能幹細胞（iPSC）
• 再生醫學（組織工程）
• 誘導性幹細胞