39.11: 干细胞培养

干细胞研究旨在寻找利用干细胞再生和修复细胞损伤的方法。随着时间的推移，大多数成体细胞会经历老化磨损，并失去分裂和自我修复的能力。干细胞不表现出特定的形态或功能。成体干细胞作为大多数组织中的一小部分细胞存在，不断分裂并可以分化成通常由该组织形成的许多特殊细胞。 这些细胞使身体能够更新和修复身体组织。

诱导未分化细胞成为特化细胞的机制尚不清楚。在实验室环境中，可以通过改变生长的物理和化学条件来诱导干细胞分化为特化细胞。实验中使用了多种来源的干细胞，并根据其来源和分化潜力进行分类。人类胚胎干细胞 (hESCs) 从胚胎中提取，具有多能性。 存在于许多器官和分化组织（例如骨髓和皮肤）中的成体干细胞是多能的，其分化仅限于这些组织中发现的细胞类型。

从脐带血中分离的干细胞也是多能的，就像乳牙（婴儿牙齿）中的细胞一样。研究人员最近从小鼠和人类成体干细胞中开发出了诱导多能干细胞（iPSCs）。这些细胞是经过基因重编程的多能成体细胞，其功能类似于胚胎干细胞； 它们能够产生所有三个胚层的细胞特征。

由于干细胞具有分裂和分化为特殊细胞的能力，因此干细胞为糖尿病和心脏病等疾病提供了潜在的治疗方法。细胞疗法是指将在生长皿中诱导分化的干细胞注射到患者体内以修复受损或破坏的细胞或组织。基于细胞疗法的应用必须克服许多障碍。尽管胚胎干细胞具有几乎无限的分化潜力，但它们被患者的免疫系统视为异物，并可能引发排斥反应。 此外，通过破坏胚胎来分离胚胎干细胞也引发了相当大的伦理和法律问题。

相比之下，从患者身上分离出来的成体干细胞不会被身体视为外来细胞，但它们的分化范围有限。有些人储存孩子的脐带血或乳牙，储存这些干细胞来源以备将来孩子需要时使用。诱导多能干细胞被认为是该领域的一项有前途的进展，因为使用它们可以避免胚胎干细胞的法律、伦理和免疫学陷阱。

干细胞培养是在最佳条件下在体外培养干细胞的过程。

干细胞具有广泛的医学应用，如组织和器官再生。

干细胞样本通常从成人或胚胎组织中提取。

然后将这些样品转移到涂有由灭活小鼠胚胎成纤维细胞组成的饲养层的塑料培养皿中，该饲养层提供必要的细胞间相互作用和营养物质;并防止干细胞的自发分化。

培养皿中补充了主要含有生长激素和必需营养素的培养基。它滋养干细胞，使其分裂并扩散到培养皿中，形成菌落。

一旦生长到所需大小，轻轻去除这些集落并进行传代，在那里它们进一步重新铺板或多次传代培养，以建立纯净且持续生长的细胞系。

已建立的细胞系可以在体外产生数百万个干细胞。因此，可以将一批这些培养的干细胞冷冻以备将来使用。