细胞的研究进展

姓名：邹炜球 学号：11114040235

细胞工程研究进展

一、诱导干细胞安全性提高 Lineker 2013-01-14 15:38

来自人体皮肤细胞的诱导多能干细胞。图片：Shinya Yamanaka

一直以来，对于将病人自身细胞转化为完美匹配替代组织的想法，人们总是满怀希望，但在实际应用时又遭遇了重重困难。不过，近日发表在《自然》杂志上的一篇论文重新讨论了诱导多能干细胞（iPS）的安全性问题，或许能驱散人们心头的阴云。

早在2007年，科学家们就首次提出了人体细胞可以通过重新编程返回类胚胎状态的理论，也就是说，体细胞可以转化成为人体内的任何一种细胞。依据这一理论，医学研究者很快就萌生了这样的构想，即利用这些―诱导多能干细胞‖（induced pluripotent stem，iPS）创造出可无限供应的基因匹配替代组织，以此来治疗各种疾病，譬如为糖尿病人准备新生胰腺组织，或为帕金森患者提供新生神经细胞。【日本科学家山中伸弥就因在iPS领域的出色成就而获2012年诺贝尔奖医学奖。了解更多，看 健康朝九晚五：剥开粘合的细胞之书。】

这一策略似乎也为人类胚胎干细胞利用的复杂伦理问题提供了一个解决方案。但一系列关于潜在副作用的担忧也随之而来。2011年的一项研究成果更不啻于晴天霹雳，该研究表明，当被注入由自身培育而来的iPS细胞之后，实验鼠会产生免疫反应，这令人们对其关键优势产生了怀疑。

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而发表于《自然》杂志的一项最新研究却否定了上述结论。来自日本千叶国立放射线医学综合研究所的遗传学家安倍真澄领导的研究小组，利用实验鼠获得了iPS细胞，并将这些细胞重新注入实验鼠体内。为了进行比较，他们还将胚胎干细胞（ES）注入了其他实验鼠的体内。在2011年的研究中，研究者们发现iPS细胞所产生的副作用比胚胎干细胞要严重，但在此次研究中，研究小组发现两组实验鼠所产生的免疫反应之间不存在差异。此外，他们还将由iPS细胞和胚胎干细胞生成的皮肤细胞和骨髓细胞分别注入实验鼠体内，结果亦得到了类似的结果。安倍真澄表示，两类组织细胞所导致的免疫反应之间的差异―微乎其微‖。

来自波士顿麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的干细胞科学家康拉德·霍舍德林格（Konrad Hochedlinger）认为，该研究成果将会平息人们对于iPS细胞的恐惧心理。

此研究是2012年底发表的另一项实证性研究的后续。去年年底的那项研究表明，重新编程过程导致的突变数量比先前预想的要少。耶鲁大学的神经科学家弗罗拉·瓦卡利诺（Flora Vaccarino）及其同事利用高分辨率的DNA分析技术，对体细胞及其重编程后的iPS细胞的基因组进行了比较，结果发现，iPS细胞细胞中的大多数DNA突变在母细胞中就已经存在，而并非是在重新编程过程中出现的。

来自于加州大学圣迭戈分校的干细胞科学家徐阳（Yang Xu，音译）是2011年研究论文的合著者，他认为，新的研究成果并不能完全消除人们对于iPS细胞引发免疫反应的担忧。

徐阳指出，和临床应用中的细胞一样，这项最新研究中所使用的皮肤和骨髓细胞并非是由体外培养的iPS细胞发育而成。研究者们将iPS细胞混入早期鼠胚胎中，以获得―嵌合型‖胚胎。此后，他们又利用胚胎发育为成鼠之后所获得的诱iPS细胞来产生皮肤和骨髓组织，以进行移植试验。徐阳认为，有可能实验鼠在发育过程中就排斥了最具有免疫原性的细胞，这也就解释了为什么研究者在实验过程

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中仅观察到有限的免疫反应。他表示，利用来自嵌合鼠的移植组织进行试验，使研究―存在缺陷‖。

明尼苏达大学的临床医学家雅库布·托拉尔（Jakub Tolar）表示，产生嵌合型胚胎是测试实验鼠iPS细胞的标准技术，但在体外培养分化细胞的难度要大得多。托拉尔认为未来iPS细胞疗法所使用的人类细胞在作用方式上可能与鼠细胞相去甚远。―这些研究很有用处，但这与在体外培养细胞是绝对不同的概念，‖他说。

霍舍德林格相信，尽管从实验室到临床还有很多难题需要解决，但iPS细胞在细胞移植上的应用前景并不亚于胚胎干细胞。相比个体细胞系在培养过程中的发育和分化差异，这两种干细胞之间的差别微不足道。

―根据这次从实验鼠身上所获得的相关数据，‖他说，―我们认为，不管是从应用还是安全角度来看，iPS细胞都不逊色于胚胎干细胞。‖ 二、编辑干细胞基因，唤醒人类自愈能力

MyEmily 2011-10-21 17:17

编辑人类基因序列，从而修正干细胞中的基因突变——这种方法结合了干细胞治疗和基因修正。现在科学家在这方面取得了进展。

10月12日发表于《自然》的这项研究中，科学家第一次结合基因编辑技术，对病人自身诱导干细胞（induced stem cell）的基因突变进行修正，修正了一个代谢性肝病患者细胞中的基因突变。这一进展开辟了一条新的道路：重新调整人自身的细胞，治愈遗传病，而不是靠器官移植或药物治疗。

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胚胎干细胞和诱导多功能干细胞(iPS cells) 能转化为任意种类的细胞，它们有潜力转化成需要的细胞，治愈病症。不过，它们也可能发生有害的变异。首先，诱导多功能干细胞也和主人的其它细胞一样，有相同的基因缺陷，所以在利用它们时先要去除这些缺陷。可是，移除可能做不到很精确；现有的基因编辑方法可能产生癌症或其它不良副作用。最近的基因编辑方法进展还不能用于干细胞。

要利用干细胞治疗疾病，必须先非常小心地利用基因编辑方法去除干细胞中不正确的基因序列，然后用正确的序列代替。这是研究人员现在正在做的事情。

英国桑格研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）和剑桥大学的研究者致力于研究一种基因突变，这个基因负责编码肝脏中的一种特定蛋白质。这是个常见的突变，在欧洲血统人里每2000人中就有1个人具有；同时这种突变结构简单，仅有一个基因转位。

研究小组取了患者的皮肤细胞，将其转变为诱导多功能干细胞。然后，利用锌指核酸酶（zinc-finger nucleases，ZFNs ）剪断基因突变位置的基因序列。剪断基因序列后，研究人员利用PiggyBac（PB）转座子剪切粘贴遗传信息。这样，人们就能修正基因的突变。

一旦修正了干细胞缺陷，研究团队随即将其诱导为肝脏细胞。它们被移植到肝功能失调的小鼠体内。研究人员说，这些细胞会修复肝脏功能。

刊物: popsci网站，2011年10月13日

三、【2012诺贝尔奖】医学奖深度解读：剥开粘合的细胞之书

史军 2012-10-09 11:43

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图片来自：dirjournal.com。

在电影《终结者》中，有一个邪恶的液态机器人，它可以随意将身体划成水银一般纯纯的液体，在流过狭窄的窗缝之后，又可以再塑人性。我不知道，这里面是不是隐含了编剧对人类形态的一种渴望。人体能否重塑？这是一个极具诱惑力的问题。2012年的诺贝尔生理学或医学奖为这个问题添加了一个颇有亮色的注解。

从全能到专一

像其他动物一样，人体是从一个受精卵发育而来的。也就是说，受精卵这个细胞可以幻化成各种形态的细胞，它所具有这种性质就是全能型。不过细胞在分裂过程中逐渐有了自己明确的分工，这中间包括皮肤的表皮细胞、血液的红细胞、脑的神经细胞等等，200多种的不同种类的专门细胞。

细胞在分裂中逐渐趋于专门化的这种现象，在生物学上叫做―分化‖。就像一块刚刚从炼钢炉里出来的钢锭，它还有无限的可能性，但是一旦变成了不锈钢汤勺，或者桥梁的钢架， 亦或是家家门口的那扇防盗门。在这一刻所有的钢锭的形态都被定性了。

不过，纵使钢锭千变万化，它们的主要成分也是铁，它们的内心还是相同的。细胞也是如此，即使已经发生了分化，细胞核内具有的遗传信息（基因）是不变化的。但是不同细胞中工作的基因是不同的，而我们的人体有25000多个基因，究竟关闭那些，那还要视细胞功能而定。有一个精妙的比喻，细胞所具有的DNA就像一本书，而分化的过程就像把书中的某些页用浆糊粘住，再也无法翻开。当然了，皮肤细胞和骨细胞和―被粘贴的页码‖是不同的。

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全能干细胞的诱惑

比起已经分化的细胞，干细胞―这本没有被粘合书‖显然有更大的吸引力。有了这种万能的阅读书，我们就能轻松地修复损伤的机体，治疗因为神经外伤引发的瘫痪，获得治愈血友病所需要的血液细胞，甚至可以轻松地培养出急需的移植器官。

但是，翻开书页并不简单。正如前文所说，干细胞在分化之后，各自的功能被相对固定了下来。在分化后的细胞中发挥作用那种特定的基因组合主要是通过两种变化被固定下来。一种变化是―组蛋白修饰‖，另一种变化是―DNA的甲基化‖。这两种变化就像是粘贴书页的粘合剂。要找到解除粘合剂的方法，还要将目光投向人体已有的干细胞。

从胚胎干细胞开始

卵细胞有一种―神奇‖的能力，那就是让细胞初始化。受精的过程就是一个最有利的证据，因为精子已经是高度分化的细胞，它们的DNA上面满是甲基化和组蛋白修饰的―粘合书页‖。但是一旦与卵子集合，所有的粘合剂就消失了。 实际上，能保持这种全能型的还不仅仅是受精卵。在受精卵分裂6～7次时，会先形成一个具有100个左右细胞的细胞块，这些细胞都有转变成人体任何一种细胞的能力（只是不能发育成胎盘），这就是胚胎干细胞（ES细胞）。

1981年，英国的生物学家马丁?埃文斯博士领导的一个研究小组从小鼠的初期胚胎（胚盘胞）的内侧取下一些细胞，在反复尝试后找到了合适的条件，在试管中成功培养出了ES细胞。这些细胞不仅能够无限增殖，还能够转变成除胎盘之外的任何一种小鼠细胞。

在1998年，美国威斯康星大学的詹姆斯?汤姆森教授终于又成功地制成了―人体的ES细胞‖。有了这种细胞，从理论上说，就有可能按照需要制造出人体任何一个部分的组织。

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不过，看似美好的ES细胞事业，从一开始就注定要流产。因为，它的来源是胚胎，从理论上讲这个胚胎完全可以在子宫中发育成人。如果将这种细胞应用于临床，就有为了―救人而杀人‖的问题出现。于是，科学家们开始寻找新的途径，去寻找那些维持细胞全能性的因子。

剥开粘合的书页方法

可是要想在找到剥开书本的页码谈何容易。山中伸弥从数据库中筛选出大约100个有可能在ES细胞中特别活跃的基因。再经过近4年的紧张工作，从这100个基因中筛选出24个活跃的可能与细胞初始化有关的基因，并一次性将这24个候选基因全部导入成人的皮肤细胞中，结果梦寐以求的干细胞出现了。

此后，山中教授又逐个检验这24个基因。每次扣留一个基因，将其余23个导入细胞中，看看是否对初始化有影响。如果扣留的基因有作用，那么细胞就不会发生初始化。就这样淘汰了对于初始化不是必需的20个基因，最终将目标锁定在4个基因身上，它们分别是―Oct3/4‖、―Sox2‖、―Klf4‖和―c-Myc‖。将这4个基因导入人纤维芽细胞后，这些细胞不出意外地变成了―iPS细胞‖（―诱导多能干细胞‖）。

其中，Klf/4和c-Myc的作用是使纤维芽细胞的分裂变得不受限制，转变成类似癌细胞的细胞。Oct3/4和Sox2的作用则是使细胞获得能够进行多种分化的能力而失去癌细胞那样的增殖性质，从而成为万能细胞（iPS细胞）。

山中伸弥在接受采访时曾经说过，―我喜欢橄榄球和柔道运动，经常受伤，去过好几次整形外科。因为自己要进行整形治疗，所以想到要当整形外科医生。当了医生以后才知道，有好些患者的疾病是很难治好的，如严重的风湿病、瘫痪、脊髓受伤等‖。今天他的iPS细胞为这些严重疾病的治疗提供了契机。人类掌握自己的生命的曙光已经露出了地平线。

2012年诺贝尔奖医学奖得主个人简介：

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山中伸弥（Shinya Yamanaka），京都大学教授，医学博士。生于1962年，毕业于神户大学医学部。从整形外科医生转向基础医学研究。留学美国回日本后，此前曾经在大阪市立大学和奈良尖端科学技术大学任职。利用成体的皮肤细胞制作万能细胞―iPS细胞‖，先是2006年在对小鼠实验中取得成功，接着2007年又在人体实验中取得成功，均属于世界上首创成果。现任京都大学―iPS细胞研究中心‖的主任，该中心于2008年1月新建立。

约翰·B·格登爵士（Sir John B. Gurdon），剑桥大学教授。1933年出生于英国Dippenhall，1960年在牛津大学获得博士学位，在加州理工学院（California Institute of Technology）从事博士后研究。他于1972年加入剑桥大学，担任细胞生物学教授和麦格达伦学院院长（Master of Magdalene College）。格登目前工作于剑桥大学格登研究所。

四、卫报：第一次向中风病人脑部注射干细胞

环球科技观光团 2010-11-18 17:25

这次接受注射的患者有60多岁，从前是卡车司机，18个月前由于严重中风而生活不能自理。

英国格拉斯哥大学的研究者向他的脑中注射了近200万个细胞，注射位置是受损神经元附近的一个健康脑区。医生们希望，注射进的这些细胞能够释放出化学物质，激发新的神经元和血管生长，并修复损伤、减缓炎症。

这次注射其实是一系列实验的一部分，研究者希望再治疗11名年龄从60到85岁的男性患者，注射量也将越来越大：500万、1000万、2000万个细胞。

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病人们所患的是最常见的缺血性中风(ischaemic stroke)，由脑中的血管堵塞引起。病人接下来会接受持续2年的观察。

之前的动物实验表明，这些细胞在治疗脑损伤上是安全而有效的。

人们对干细胞疗法的一个担心就是，会不会造成肿瘤？不过研究者表示，这次使用的细胞应该不会有这个问题，这些细胞来源于美国一个12周大的胎儿，在细胞的这个发育阶段，这些细胞肯定能长成脑细胞。

这并不是第一次向人脑中注射干细胞，2006年就曾有研究向患有贝敦氏病的儿童脑部注射过干细胞。

刊物: 《卫报》11月16日

五、细胞变变变

月月 2011-06-03 12:02

（文/Ed Yong）一个人要想改变自己的身份是很困难的，对于组成人体的细胞来说也是如此。细胞有很多种类型，脑细胞、皮肤细胞、肌肉细胞等等。干细胞可以分化成各种类型的细胞，但是一旦细胞的角色确定，基本上就很难再改变了。

然而，科学家们可以通过转化分化的方法将一种细胞彻底改变，转化为其他类型的细胞。人们希望利用这项技术来培植特定的组织或器官。例如，如果有人患有损害神经系统的疾病，我们就可以在他们身上取得皮肤细胞，然后将其改造成新鲜的神经元供体。

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许多团队都在做这方面的工作，他们已经成功地将胰腺细胞转化成了肝细胞，或将皮肤细胞转化成了心肌细胞，等等。但是此前没有人能将其他类型的细胞转化为人类的神经元细胞。如今，来自斯坦福大学的赵志平（Zhiping Zhao）、杨楠（Nan Yang）和托马斯?菲尔布亨（Thomas Vierbuchen）成功的将人体的皮肤细胞转变成了神经元细胞。

这个研究组去年以老鼠作为样本实验，用到的是三种被称为―BAM因子‖的蛋白，包括Brn2，Asc11及Myt11。他们证实了老鼠的皮肤细胞能够转变为神经元细胞，于是，他们就开始了以人体细胞为样本的实验。他们选取了人体包皮细胞，并用病毒将这三种蛋白运送至这些细胞内。短短的一周后，这些细胞看起来就有些像神经元细胞了，它们和神经元形状相同，被激活的基因也正确，但是它们不能像正常的神经元一样携带电信号。

只用BAM无法成功地将人皮肤细胞转化为神经元，要完成这个过程还需要第四种蛋白NeuroD1。这个研究组最终用这四种蛋白(BAMN)实现了转化的目的。这样转化出的神经元不仅能够携带电信号，而且它们形成了突触，相互之间可以进行信号传递。最棒的是，它们能够连成网状。将这些神经元与正常神经元一起培养，它们还能很好的融合在一起。

也有其他科学家成功地将皮肤细胞转化成了神经元，但都没有采用这么直接的方式，而是首先将皮肤细胞重新编程使其进入干细胞样状态，然后再诱导成为神经元。

这个领域发展速度极快。2008年，鲁道夫?耶尼施（Rudolf Jaenisch）将一只患帕金森症老鼠的皮肤细胞重新编程使其转化为神经元，再将这些神经元移植到这只老鼠的大脑，新的神经元整合进来以后，老鼠的症状有所改善。几个月后，凯文?埃根（Kevin Eggan）将一个患有肌萎缩性侧索硬化（ALS）的82岁老妇的皮肤细胞重新编程，得到了神经元。

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但是要将转化来的细胞用于临床治疗，还有很长的路。近期也有很多研究关注了这种方法的风险问题。这些重新编程的细胞（即诱导多能干细胞，iPSC）在基因序列等方面与原细胞存在着差别。2011年5月,来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校徐阳（Yang Xu）等的研究结果表明，即便老鼠的iPSC与新宿主的基因相同，还是会被免疫系统排斥的。

目前人们尚不清楚这样不经过干细胞阶段，直接地将皮肤细胞转化为神经元是否更好。这项研究的负责人马里乌斯?韦尼希（Marius Wernig）表示，这项技术使用的蛋白不同，但他怀疑它们最终也会遇上免疫排斥和基因差异的老问题。

―但是，这样直接转化有个好处。通常从一个病人身上只能制造出三株以下的iPSC细胞，如果某一株编程不成功，就会前功尽弃。‖但使用直接转化技术，可以同时将许多皮肤细胞转化成神经元。

乔纳森?斯莱克（Jonathan Slack）曾参与将肝细胞转化为胰腺细胞的研究，他表示，主要的问题是这些细胞是不是真正的神经元。他补充说BAMN四种蛋白能启动皮肤细胞里的许多基因，从而使其转化为神经元，结果，这些细胞可能并没有真正进行发育转换。

对韦尼希来说，下一步工作是让这个转化过程的效率更高。他们现在能做到成功转化但是这个过程要用五到六周的时间。一旦能把转化的速度提上去，他们便可以尝试是否能将患有脑部疾病的人的细胞转化成神经元。

斯莱克认为要创造出适合移植的人类神经元，还有很长的路要走。然而，他对此表示乐观，―直接地对细胞进行重新编程技术确实能为我们提供这样一个前景，即制造出病人特异性的移植器官，这样就不会被免疫系统排斥。‖

斯莱克认为目前主要有两个阻碍因素。第一，韦尼希的团队使用了病毒将基因导入宿主基因组中。这是将目标蛋白导入细胞的一个高效的方法，但这也可能增加

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癌症的风险。第二，控制生成的神经元的类型也是个问题，因为不同类型的神经元有不同的作用。总之前方的路还很漫长。 六、一个细胞的一小步，整个酵母的一大步

摇摇晃晃小姐 2011-07-04 20:47

自生命伊始，多细胞生物至少经历过20次进化。最后一次进化大约是2亿年前的事了，只可惜有关这次进化的具体过程我们无从可考。为了深入了解多细胞生物的进化过程，美国明尼苏达大学的威廉·拉特克里夫（William Ratcliff）及同事以实验室里常见的单细胞生物——啤酒酵母（左图）为对象，研究单细胞生物是如何进化为多细胞生物的。

在短短几周内，啤酒酵母就完成了从单细胞到多细胞的进化，并且实现了细胞的分化。这表明，单细胞生物向多细胞生物进化并没那么困难。

实验中，研究人员将酵母置于液体培养基中，每天对培养皿进行一次轻度离心分离，并用离心管底部沉淀的酵母进行下一次接种。正如大颗砂粒沉降速度大于颗粒极小的淤泥一样，细胞群的沉降速度会大于单个细胞的沉降速度。因此，研究小组通过离心法可以有效选择出聚集的酵母菌。

在不到60天的时间里，研究人员培养了大约350代酵母菌。其中，有10管酵母都进化成聚集―雪片‖。更重要的是，―雪片‖并非是只是一群聚集在一起的细胞，而是由拥有相同基因的细胞分裂形成的。

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拉特克里夫表示：―多细胞生物进化的关键步骤是自然选择的对象从个体变为群体。 一旦自然选择在种群层面发生，那些聚集细胞就可以算作多细胞生物的雏形了。‖

在某些方面，这些―雪片‖表现出多细胞生物的特性。―雪片‖通过细胞分裂增大体积；当―雪片‖达到一定体积时，有一部分会脱落下来形成子代细胞。这种―生命周期‖与许多多细胞生物的―青年期‖和―成年期‖类似。

经过数百代的自然选择后，―雪片‖开始出现细胞的分化。当―雪片‖达到―成年‖体积后，一些细胞进入程序性死亡，产生薄弱点，子代细胞得以脱落。由此，―雪片‖整体得以保持足够大的体积迅速沉淀至试管底部存活下来，进而产生更多后代。此外，―雪片‖的世系在不同的进化压力下进化出的生命周期也不同。由于死亡很少对个体细胞有利，死亡是整个生物体各部分相互妥协、协调合作结果，对生物体是有利的。这一点至关重要，它表明―雪片‖是一个进化单元。

其他熟悉这项工作的研究人员都感到很兴奋。―在我看来，实验展现了单细胞生物向多细胞生物进化的基本转变过程，‖西雅图华盛顿大学的进化生物学家本·克尔（Ben Kerr）表示：―进化的过程发生得那么快，太令人兴奋了。‖

然而，持怀疑态度的人指出，酵母菌的祖先在千万年前或上亿年前是多细胞生物，因此许多菌株会自然形成菌落。酵母菌可能保留了一些细胞粘附或细胞程序性死亡的进化机制，从而表现出拉特克里夫实验的结果。

―我敢肯定，曾经是多细胞生物的酵母菌从未完全失去多细胞生物的特性，‖北伊利诺伊大学的进化生物学家尼尔·布莱克斯通（Neil Blackstone）表示：―我认为如果实验对象的祖先不是多细胞生物，单细胞向多细胞的进化就不可能在这么短的时间里发生。‖

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拉特克里夫及同事准备对衣藻（一种祖先不是多细胞生物的藻类）进行类似实验，从正面回应反对的声音。他们还在继续进行酵母菌的实验，观察―雪片‖能否进一步进化。

刊物: New Scientist 网站，2011年6月23日 导读者: 摇摇晃晃小姐 原文: 请看这里

图片来源: New Scientist 网站

（果壳环球科技观光团微博 http://t.sina.com.cn/guokrdigest ） 七、科技创业：修改细胞的程序以治疗疾病

紫鹬 2010-10-28 23:31

刊物: 《科技创业》9/10月刊 导读者: 杜磊 原文: 请看这里

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在日本京都大学学者于2007年宣布发现了将皮肤细胞转化成诱导多能干细胞（iPS cells）的方法仅仅数月之后，Jacob Hanna应用这些新类型细胞成功治愈了患有镰刀型贫血症的老鼠，这种疾病是由基因缺陷导致骨髓制造出了有缺陷的红细胞。Hanna，作为怀特海德研究所的一名研究员，从患病的老鼠身上提取出皮肤细胞，重新编排它的基因以制造诱导多能干细胞。诱导多能干细胞的行为就像胚胎干细胞一样可以轻易地转化成体内任意一种细胞。而后，他修正了诱导多能干细胞的遗传缺陷，并且刺激它们转化为骨髓干细胞，使之可以制造血细胞。这些健康的细胞被移植回老鼠体内，老鼠的免疫系统将其视为自己的组织。这些被治疗过的老鼠自己开始制造健康的红细胞。

―Hanna的工作是iPS 诱导多能干细胞研究的转折点‖，波士顿儿童医院干细胞移植计划主任兼哈佛医学院教授乔治德雷（George Daley）说， ―这是一个关于患有人类疾病老鼠的漂亮例证，充分显示出了诱导多能干细胞（iPS）的潜力‖

在iPS细胞可以被用于治疗如镰刀型贫血症等人类疾病之前，还有很多工作需要完成以保证不会带来任何负作用，并且要提高从皮肤细胞到诱导多能干细胞的转化效率。Hanna正在开发模拟以理解细胞重新编程时究竟发生了什么，并且他正在寻找可以便捷地转化为成人细胞的新型人类干细胞。 八、乳腺细胞可返老还童

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Sophia 2011-04-16 12:32

（文/Ed Yong）我们的身体有非常多已经消散的潜能。从受精卵开始，不同功能不同位置各种不同的成体细胞都来自干细胞这个始祖。最后，发育成熟的各类细胞演变成有功能的神经元、肌肉细胞、上皮细胞等等。随着子代细胞逐渐发挥功效，干细胞慢慢地开始衰退老化，失去演变成功能细胞的能力。

这是干细胞的标准归宿，一个单向的命运之旅，潜能慢慢消失。

其实，故事是错误的。

来自怀特黑德研究所生物医学专业的克瑞斯汀?查弗进行的一项创新研究有新发现，某些成体细胞能逆转发育过程，返老还童，自发地回复到干细胞状态。这让我们以往认为的干细胞单向命运之旅转变为双向之旅。

这是一个很惊人的结果。直到现在为止，没有人认为成体细胞可以返祖变为干细胞样细胞，甚至很多的科学家花费巨大的努力对成体细胞进行重编程，将成体细胞转变为干细胞样细胞。

而现在科学家发现，成体细胞无需人为操作，可以自发地变为干细胞样细胞。这就好像，你每天在路上都会与一个和你反方向的普通路人擦肩而过，直到某天你才突然发现他竟然是个大人物。

这一切起源于一次简单的观察。查弗某天在显微镜镜下观察乳腺细胞，她发现一小群乳腺细胞在细胞瓶中漂浮起来了，正常来说乳腺细胞会贴在培养瓶壁上生

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长。查弗说，通常，在细胞瓶里，细胞漂浮起来表明它已经死了或是快死了。然而，这一次我发现它们看上去健康极了。查弗对此十分关注，因为只有干细胞才具有可以在自由浮动环境中生存的本领。

查弗说，我们怀疑这些漂浮的细胞中可能包含有一定比例的干细胞样细胞。实际上，查弗的猜测是正确的。漂浮的细胞与乳腺细胞不同，漂浮细胞具有三个典型的干细胞独有的遗传学特征。包括，一个被激活的微弱的CD24基因、丢失的ESA基因，以及有强活力的CD44基因。

漂浮细胞表现得很像干细胞。甚至单个的漂浮细胞都可以产生一簇乳瓣组织（也称为微球体）。并且，将这些漂浮细胞移植到小鼠体内，漂浮细胞可以发育成更复杂的组织结构，比如说输乳管。

这些干细胞特征细胞如何发育而来似乎无章可循。查弗发现，开始的时候这些细胞只微弱地表达CD44分子，而其子代细胞逐渐变化，开始表达更多的CD44分子。查弗排除了细胞瓶被CD44高表达细胞污染的可能性，因为CD44高表达细胞比CD44低表达细胞生长速度慢很多，假如是被污染的，那么在随后的培养中CD44高表达细胞很快会被低表达细胞所淹没。所以说，实际上是CD44低表达细胞直接转变为高表达。

这一现象不仅仅发生在实验室的细胞培养瓶中。查弗也发现其他新鲜组织中的细胞也有类似情况。其他成体细胞也可以转变为干细胞样细胞。

这个故事的确很令人惊讶，但是查弗发现乳腺癌细胞其实也能转变为乳腺癌干细胞。癌症干细胞早在14年前就已经被发现，并且各种癌症组织中都可以找到癌

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症干细胞。关于癌症干细胞还存在一定的争议，其中一点就是，癌症干细胞是否会演变成更多的癌症细胞。人们在接受癌症治疗后可能复发，复发有时在原发部位以外的地方，长出新的肿瘤。

当查弗将漂浮的乳腺细胞转化为乳腺癌细胞后，她发现CD44低表达细胞转化为CD44高表达的癌症干细胞，而癌症干细胞的CD44表达量比正常干细胞高2-5倍。通常这类肿瘤更具有侵蚀性。

这些研究为癌症治疗打开了一扇门。几个研究项目正在尝试以癌症干细胞为靶位治疗癌症。科学家们希望药物能寻找并摧毁肿瘤的核心组织，将其异常的特征纠正回正常的特征。不过，很清晰的是，乳腺癌细胞能转变为癌症干细胞，那么肿瘤肯定很容易复发。

这看上去似乎有些悲观，查弗在医学领域发现一些令人乐观的新闻。许多科学家都在努力尝试提高细胞重新编程技术。这些重新编程的细胞可以用于生成新的组织甚至是新的器官，这些组织或是器官可以针对病人不同基因组量身定制。

不过这种方法也存在风险，一旦定制出现差错，可能导致癌变。不过，如果查弗能找到成体细胞自然转化为干细胞样细胞的机制，那么她也许对再生医疗有很大的帮助，因为无需破坏基因就能直接转化。查弗说，除了乳腺细胞，如果其他科学家能在其他组织细胞中找到相似的情况，那么用病人本身的干细胞治疗退行性疾病可能就有希望了。

图片来自原文

原文看这里

科技名博微博

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博主介绍： Ed Yong，著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班，晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用，包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等 九、卫报：用皮肤来造血

环球科技观光团 2010-11-11 14:39

加拿大麦克马斯特大学（McMaster University in Ontario）的科学家已将皮肤细胞转化为血细胞，这将能彻底改变癌症和血液病的治疗。人们能利用自身皮肤转化为血液供医疗使用而不用担心排异反应——这是贫血症、白血病患者的福音，也会使得癌症患者摆脱化疗和放射治疗带来的痛苦和副作用（比如破坏造血细胞）。

研究者向成人和新生婴儿的皮肤细胞中添加名为OCT4的基因及其他化学物质（血细胞生长因子），将之转化为血细胞，根据添加物质的不同，能够形成红、白细胞和血小板组成健康的血液，或可根据病人需要转化为某一种血细胞。这项研究成果还属首次，接下来还将有更大进展。马里兰国家心脏、肺和血液学会的Cynthia Dunbar认为这项成果将使得―血荒‖及骨髓移植―成为过去‖。

比如通过皮肤细胞转化来的健康血细胞，能够―战胜‖白血病细胞。更吸引人的是，这项技术能够成为一种健康血源的方式代替传统疗法，为肿瘤的放疗和化疗保驾护航，在放疗化疗清除癌细胞的同时，为被它们误伤的血细胞提供补充。

研究者正在对此技术进行拓展，增加细胞培养量，并寻求长期的冷冻储存方法。

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十、时代：生命之带，脐带血公共捐赠方法

小青 2010-07-20 18:00

刊物: 《时代》7月26日刊 导读者: 一个人的黎明 原文: 请看这里

脐带血可以用于心脏病、中风、糖尿病和神经组织退化等等疾病。和胚胎干细胞不同，前者可以转化成人体中的任何一种细胞形式，而大部分脐带血干细胞则已经被规定好了它们的演变方向。但是也有科学家表示，脐带血干细胞可以被重新定义，从而可以用来治疗许多需要进行干细胞移植的疾病，例如癌症、链状细胞性贫血、免疫缺陷、骨髓衰竭以及遗传病等等。

营利性的私人脐带血库收费高昂，而且他们只是为捐献者的家庭内部成员保存和提供脐带血。公共脐带血库则可以向一切足够匹配的人提供脐带血。但目前美国只有19个公共脐带血库，只有在那些和血库有合作关系的医院才可以收集并转移脐带血。

针对这个问题，脐带血公共捐赠方法（Public Kit Donation）应运而生。按照这个方法，妇女们可以在美国的任何一个地方通过邮寄的方法向国家脐带血档案库进行捐赠。妇女们可以得到免费的脐带血收集工具，而医生们可以通过一个7分钟的在线教程学会如何使用这个工具。也有一些医生并不支持这个计划，因为

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收集脐带血意味着花费更多时间在产房中以及档案工作上。但是这些医生们都对这个造福社会的计划表示了理解。

十一、

植物细胞工程是以植物细胞为单位,按照人们的预先设计,有目的,有计划地对植物细胞进行加工、改造,使其遗传和生物学特性发生改变,从而对植物体进行创造设计的技术。每个细胞都具有一套极其精密、复杂和高效的功能体系及一套完整的遗传体系。植物细胞工程对于作物种质创新的意义在于:能解决无性繁殖中的种性退化问题;能将有利基因转移到需要改良的作物中;能克服有性杂交中不同品种种、属之间的不亲和障碍;能实现远缘杂交;能加速育种进程,提高选择效率;能筛选抗性突变体,进行抗性育种。近年来,国内外广泛地开展了这方面的研究,并取得了一定的进展。 1.胚胎培养技术

植物胚胎培养是胚、胚珠、子房和胚乳的离体培养技术,其应用领域包括胚胎的发育机理、克服杂交不亲合性和胚拯救、克服珠心胚的干扰、打破种子休眠,缩短育种周期,获得体细胞胚和人工种子,建立植物高效再生体系等,并在农作物、园艺作物、林木和药用植物上广泛应用。胚乳培养的主要目的是获得具有利用价值的三倍体植株。目前有40多种植物的胚乳培养达到了不同程度的细胞分化和器官分化,不少植物已得到再生植株。我国在马铃薯、小麦、水稻、苹果、桃、猕猴桃等10多种植物上得到了胚乳再生植株。胚乳培养还可作为研究淀粉等营养物质合成和代谢的实验体系。通过胚乳培养产生的一些非整倍体,可以作为遗传分析的材料。但相对于其他植物器官、组织和细胞的培养,胚乳培养相对较难,故应用并不普遍。植物离体受精(invitrofertilization,WE)可以通过离体柱头授粉、离体子房授粉、离体胚珠授粉、离体精细胞和卵细胞融合等方法实现。该技术可以克服植物授粉不亲和的问题,同时也可以进行胚胎、种子和果实发育机理等基础研究。人工分离的精细胞和卵细胞融合后进行合子胚培养,已在玉米等植物上获得成功n。植物离体受精技术是植物细胞工程中的重要实验技术,为研究植物胚胎发育机理提供了新的实验系统,为开发新的植物转基因途径提供了可能

2.加倍单倍体技术

加倍单倍体技术是指利用植物组织培养技术培养单倍体植物材料(花药、花粉、未受精的子房和胚珠)获得单倍体植物,然后通过自然或人工加倍的方法获得双倍体植株的技术,其中以花药和花粉培养应用最为广泛。利用加倍单倍体技术进行花药和花粉培养,已在250多种植物上获得成功,中国、加拿大、澳大利亚、欧盟等在花培育种中取得了突出的研究成果。我国在花药培养和单倍体育种方面总体上处于世界前列。 3.原生质体培养和体细胞杂交

原生质体培养和体细胞杂交是植物细胞工程的核心技术之一,为克服植物远缘杂交不亲和性,创造新的种质资源,实现植物遗传转化和进行细胞学的基础研究提供了重要的技术支撑。自1971年Takebe等首次报道获得烟草叶肉原生质体再生植株以来,原生质体培养和体细胞杂交技术一直是植物细胞工程的重要研究领域,在分离原生质体的材料选择、培养基与培养环境控制、体细胞杂交技术等方面进行了大量研究,建立了原生质体培养和体细胞杂交

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的技术程序。目前获得的原生质体再生植株包括粮食作物、蔬菜、果树、花卉、林木、药用植物以及真菌和海藻等。原生质体培养一直以农作物和经济作物为主,但近年来开始从一年生向多年生,从草本向木本,从高等植物向低等植物发展。我国在原生质体培养、体细胞杂交、体细胞杂种评价和利用等方面开展了大量研究,首次获得的原生质体植株种类的数量处于世界前列,利用体细胞融合技术可以克服有性杂交不亲和性,创造新的物种或类型,实现植物种间、属间,以至科间的体细胞杂交。利用细胞融合技术,还获得了一些特异的新种质,如细胞质雄性不育水稻、细胞质雄性不育烟草等。尽管目前已在多种植物上建立了体细胞杂交和遗传操作的技术程序,但还有相当多的植物在原生质体培养上存在技术困难,仍需进一步加强多学科的交叉研究以及技术集成和创新。

4.植物体细胞无性系变异与植物改良体细胞无性系变异 是植物体细胞在植物组织培养过程中产生的变异。利用体细胞无性系技术可以选育植物优良的品种(品系),获得育种的中间材料或作为复合育种的一个中间环节,还可以利用突变体材料做遗传分析和生理生化等基础研究。体细胞无性系变异通常是单一或少数性状的变异,因此特别适合综合性状良好,但个别性状需要改良的品种。自20世纪80年代以来,国内外对体细胞无性系进行了大量研究,成为继花培技术之后又一实用化的细胞工程育种技术。目前体细胞无性系变异已广泛应用于植物抗病育种、抗除草剂育种、品质育种、抗非生物逆境(耐盐、耐旱、耐寒)育种,获得了一批农作物、园艺作物、林木新品种¨。 5.植物快繁技术

植物快繁技术应用于高附加值经济植物、珍稀濒危植物、转基因植物、育种原种以及植物脱毒苗的快繁,是植物细胞工程中应用最为广泛的技术,取得了显著的经济效益。利用超低温保存种质法结合快繁技术可以实现植物种质资源的中长期保存和利用。植物快繁技术在发达国家和发展中国家均有商业化应用,FAO将植物快繁技术作为成本效益高效型技术向发展中国家推广。通过茎尖培养或利用组织培养技术结合物理、化学方法获得无毒苗,已成为植物细胞工程技术的重要方面。我国开展植物快繁研究较早,20世纪70年代中期开始规模化植物快繁脱毒研究和应用,植物种类包括果树、蔬菜、花卉、林木、药用植物等,其中以脱毒马铃薯、兰花、甘蔗、香蕉、葡萄、草莓、苹果、柑橘、杨树等规模较大。 6.植物细胞工程与植物来源生物产品的生产

利用植物细胞工程技术生产植物来源的生物产品,是植物细胞工程的一个重要领域,应用范围包括生产天然药物(人参皂苷、地高辛、紫杉醇、长春碱、紫草宁等)、食品添加剂(花青素、胡萝卜素、甜菊苷等)、生物农药(鱼藤碱、印楝素、除虫菊酯等)和酶制剂(SOD酶、木瓜蛋白酶)等。利用细胞悬浮培养、固定化细胞培养和毛状根培养技术设计生物反应器,可以实现植物来源生物产品的规模化生产。建立在植物细胞培养技术基础上的植物来源生物产品的生产,经过多年的研究与开发,已发展成为比较成熟的技术。 参考资料：

[1]谢从华、柳俊.植物细胞工程.北京:高等教育出版社,2004,4—11

[2]吴伟刚、刘桂茹、杨学举.诱变和组织培养相结合在植物育种中的应用.中国农学通报,2007,21(11):198—201

细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。 3 细胞工程应用的展望

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据测算，优良品种对农作物增产的贡献率一般为33％。植物细胞工程技术对加快农作物新品种的育种进程，缩短育种年限，扩大变异范围，拓宽育种领域，打破种问杂交障碍，提高育种水平所起到的重要作用。因此，可以预测并展望细胞工程技术在加速21世纪各种农作物育成进程，促进农业生产的发展与农业高新技术的产业化，必将具有更为广阔的开发应用前景。

十二、解惑：骨髓捐献5大担忧

林竹萧萧 2011-08-17 14:00

骨髓捐献是要抽取骨髓吗？

虽然―骨髓移植‖一说深入人心，但专业的叫法应该是―造血干细胞移植‖。也就是说，捐献骨髓真正捐献的是造血干细胞。

造血干细胞是具有自我更新能力，并且能分化为各种血细胞的前体细胞，最终生成红细胞、白细胞、血小板等血细胞成分。

骨髓存在于长骨（如肱骨、股骨）的骨髓腔和扁平骨（如髂骨）的稀松骨质间的网眼中，是一种海绵状的组织，能产生血细胞的骨髓略呈红色，称为红骨髓。人体骨髓量与体重等因素相关，成年人骨髓量一般为3千克左右。

因为人体绝大部分的造血干细胞是分布在较大骨骼腔隙中的红骨髓（刚出生时，骨骼腔内都是红骨髓，随着年龄增长，骨骼内脂肪增多，即为黄骨髓；红骨髓造血功能活跃，而黄骨髓只是保有造血功能潜质），所以早期是采用抽取骨髓的办法来获取造血干细胞，不过这是较早前受技术所限而采取的办法，现在已经较少采用了。

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目前临床进行的造血干细胞移植包括骨髓移植、外周血造血干细胞移植和脐带血移植。

骨髓是从脊髓里抽取吗？

很多人在想象中认为，―骨髓移植是要在捐献者的脊髓中抽取骨髓‖。但实际上这种想法有两个错误：首先，尽管都是名为―髓‖，但脊髓是中枢神经的一部分，其组成乃无数的神经（彷如身体的中枢电缆线），而绝非―骨髓‖，跟造血干细胞更没有关系。

其次，临床上抽取骨髓的部位并非脊髓，甚至都不是脊柱。在真正的―骨髓‖捐献过程中，捐献者捐献时需要被麻醉，医生用针刺入其髂骨（髂前上棘和/或髂后上棘）抽取一定量的骨髓用以移植。

医生抽取髂骨处骨髓示意图。

外周血造血干细胞如何捐献？

除了红骨髓中蕴含大量的造血干细胞以外，人体还有不少地方亦含有造血干细胞，例如外周血。外周血造血干细胞移植目前在临床应用最为广泛，我们通常所说的―骨髓移植‖实际上大多都是―外周血造血干细胞移植‖[1]。无关供者

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（unrelated donor）捐献时大多采用外周血造血干细胞移植，仅在外周血采集干细胞不足或某些亲属捐献病例中才会联合―骨髓移植‖方法。

外周血造血干细胞移植时，是将捐献血液抽出后流经细胞分离机，在把干细胞挑出来后，再将血液输回捐献者体内。这种方法能够避免骨髓穿刺带来的痛苦，使得移植对捐献者的影响降到最低。另外这一过程无需麻醉，和献血很像。

捐献外周血中造血干细胞示意图。

不过，因为正常外周血中造血干细胞数量极少，移所以植前需要利用药物将捐献者骨髓中的造血干细胞―动员到‖外周血中，以便更有效地收集造血干细胞。

目前临床上应用的动员药物是重组人粒细胞集落刺激因子（G-CSF），它能刺激粒细胞系造血，促进髓系造血祖细胞的增殖、分化和成熟，调节中性粒细胞的增殖、分化和成熟，并促使造血干细胞和中性粒细胞释放至血流，增加其在外周的数量[2]。

一般情况下，在连续皮下注射动员药物4天后，捐献者将在第5天进行外周血干细胞的分离收集操作；如果第5天采集细胞数量不够，那么捐献者就再次注射一针动员药，并在第6天继续采集细胞[3]（这里要注意：―连续‖两天采集外周血造血干细胞在一些国家的规定中属于―同一次‖捐献[4]）。

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我国的捐献程序与国外类似，先以5微克/千克（体重）/日的量应用4-6天的动员剂，然后就可以开始分离收集外周血中的干细胞了[5]。

另外，刚出生婴儿脐带血中也含有造血干细胞，只是数量相对较少，因此多用于儿童造血干细胞移植。

骨髓捐献有损捐献者健康吗？

人体内的造血干细胞具有很强的再生能力。失血或捐献造血干细胞后，可刺激骨髓加速造血，1-2周内，血液中的各种血细胞可恢复到原来水平[6]。

由于动员药物的作用，捐献者大多会有一些药物带来的短期不适感受。近八成的捐献者在用药后会出现轻中度的骨痛，但用普通止痛药大多能够有效缓解疼痛[7]；其他诸如过敏反应、脾损伤、咳血、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）乃至死亡等副作用尽管在临床上亦有报道，但对于健康的骨髓捐献者而言十分罕见[2][8]。

除了上述明确与药物有关的副反应之外，捐献后有1/4的捐献者会有较明显的头痛、恶心等症状，其中女性捐献者发生率更高[7]。

另外在采集外周血干细胞时，会使用外周血细胞分离机将造血干细胞分离出来，而把红细胞、血小板等成分回输到捐献者体内。在此过程中，捐献者可能会出现一过性的低钙血症、手足麻木、一过性的血红蛋白、血小板下降，偶有捐献者出现心悸、胸闷等表现。但这些症状大多都能自行或在药物辅助下恢复。大多数捐献者在骨髓捐献后两天内即可回复正常作息[1]并在捐献后第二天就能出院回家[9]。

值得注意的是，以上副反应都是短期、暂时的。在长期随访研究中并未观察到干细胞捐献对捐献者存在任何长期的不良作用，捐献者的癌症发生率、心血管事件发生率与正常人无异[7][10]。

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一次捐献，终生负责？

很多人就会产生这样的顾虑：如果骨髓配型成功，是否意味着一辈子都要对病人负责？

实际情况并非如此，各国对再次（多次）骨髓捐献都制订了较为严格的标准。挪威就规定首次捐献后必须间隔4周才能进行第二次造血干细胞捐献，并且该国禁止连续3次捐献骨髓或外周血造血干细胞[11]。

美国在这方面也有较为严格的限定，不仅同样禁止捐献者为同一名受捐者进行2次以上的造血干细胞捐献；并且在无特殊情况下，既往捐献者也不应当被要求再为其他受捐者捐献造血干细胞[4]。

实际上各国对于向同一名患者再次（多次）捐献骨髓的申请处理都比较谨慎，患者的医疗机构必须向移植委员会提交申请并证明―为什么‖患者需要接受再次移植。只有当申请得到审批之后，方能进行再次（多次）移植。

因此，捐献者对于―终身负责‖的顾虑其实是没有必要的。

感谢北京大学第三医院田磊医师、曹轲医师对本文的帮助。

本文作者为 八爪网 成员。

[1] (1, 2) National Marrow Donor Program [2] (1, 2) Filgrastim

[3] Standard Operating Procedures Manual Of The Marrow Donor Program Belgium [4] (1, 2) Draft 21st Edition Standards and Glossary

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[5] 非血缘造血干细胞移植技术管理规范 [6] 骨髓捐赠科普知识介绍（中华骨髓库）

(1, 2, 3) Adverse events among 2408 unrelated donors of peripheral blood stem cells: [7]

results of a prospective trial from the National Marrow Donor Program [8] Hematopoietic stem cell transplantation [9] Donation FAQs

[10] Stem cell donation – What advice can be given to the donor? [11] Woman Dies after Marrow Donor Refuse to Show

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/po4g.html