第二十七章生物人工腎
　　急性腎損傷和慢性腎臟病患病率高，治療手段有限，已成為威脅人類(lèi)健康的主要疾病。由于透析僅能提供周期性的濾過(guò)功能，替代不了腎臟自身穩(wěn)定的調(diào)節(jié)功能、代謝功能及內(nèi)分泌功能，長(zhǎng)期腎臟替代療法可有效地改變腎衰竭的預(yù)后，但不能從根本上改變腎實(shí)質(zhì)損傷的病理?yè)p害，也不能阻止各種急、慢性并發(fā)癥的發(fā)生。同種腎移植雖能從根本上改善腎實(shí)質(zhì)損傷，但移植后免疫排斥問(wèn)題的治療難以取得實(shí)質(zhì)性突破，而且供體腎源匱乏。近年來(lái)，發(fā)育生物學(xué)、干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)、組織工程及異種腎移植等技術(shù)的發(fā)展為治療腎臟疾病提供了新的手段。
　　干細(xì)胞移植是一項(xiàng)基于細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的細(xì)胞工程技術(shù)，其利用干細(xì)胞的生物學(xué)特性，通過(guò)體外增殖，誘導(dǎo)定向分化，以及應(yīng)用基因修飾技術(shù)改變干細(xì)胞特性，構(gòu)建各種細(xì)胞、組織和器官。在腎臟病研究領(lǐng)域，隨著干細(xì)胞生物技術(shù)研究的不斷深入和應(yīng)用水平的不斷提高，提取和純化腎臟干細(xì)胞建立細(xì)胞庫(kù)，拓寬腎臟干細(xì)胞的來(lái)源，應(yīng)用干細(xì)胞分化技術(shù)產(chǎn)生新的腎細(xì)胞、腎單位和腎器官，通過(guò)干細(xì)胞移植技術(shù)促進(jìn)腎細(xì)胞再生和修復(fù)，或啟動(dòng)器官再次發(fā)育，為腎臟疾病治療學(xué)的研究帶來(lái)了新的契機(jī)。克隆技術(shù)在現(xiàn)代生物學(xué)中被稱(chēng)為“生物放大技術(shù)”，它已經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期：第一個(gè)時(shí)期是微生物克隆，第二個(gè)時(shí)期是基因克隆，第三個(gè)時(shí)期是動(dòng)物克隆。其在器官克隆及移植上的巨大潛力引起了廣泛的關(guān)注，但同時(shí)存在倫理道德問(wèn)題及一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。異種腎移植成為解決腎源不足難題的有效途徑，但超急性排斥反應(yīng)是亟待解決的主要問(wèn)題。
　　體內(nèi)、體外組織工程是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)。其以少量種子細(xì)胞經(jīng)體外擴(kuò)增后與生物材料結(jié)合，在體外應(yīng)用生物反應(yīng)器模擬體內(nèi)環(huán)境，培養(yǎng)形成有生命的組織與器官，然后回植體內(nèi)構(gòu)建新型組織，或構(gòu)建一個(gè)有生命的體外裝置，暫時(shí)替代病損器官的部分或全部功能，或?qū)⑸�物活性因子等某些生物活性物質(zhì)植入體內(nèi)，誘導(dǎo)自身組織再生，達(dá)到修復(fù)組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)組織器官功能的目的。該技術(shù)克服了供體來(lái)源不足以及“以創(chuàng)傷修復(fù)創(chuàng)傷”等缺陷，將從根本上修復(fù)缺損的組織或器官，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和（或）功能重建。腎臟是第一個(gè)成功移植的器官，也是第一個(gè)用人工裝置替代其功能的實(shí)質(zhì)器官，隨著組織工程的發(fā)展，腎臟或許會(huì)成為第一個(gè)應(yīng)用組織工程實(shí)現(xiàn)完全替代的器官。
　　第一節(jié)干細(xì)胞移植及其在腎臟疾病中的應(yīng)用
　　血液透析、腹膜透析、腎移植是替代終末期腎病患者腎功能的有效方法，但是透析只能間歇性的替代腎臟的部分濾過(guò)功能，不能完全替代腎臟的全部功能（代謝、內(nèi)分泌功能等），長(zhǎng)期依賴(lài)，急、慢性并發(fā)癥較多，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量及社會(huì)回歸率。腎移植存在供體器官來(lái)源匱乏、免疫排斥等諸多問(wèn)題，故人們把研究轉(zhuǎn)向了干細(xì)胞生物工程，以期提高患者的生存質(zhì)量及社會(huì)回歸率。干細(xì)胞是一類(lèi)特殊的未分化細(xì)胞，主要存在于胚胎和成體中，具有長(zhǎng)期自我更新、多向分化的潛能，在特定的條件下，可分化形成多種終末細(xì)胞。近年來(lái)干細(xì)胞治療在血液病、腫瘤、肝病等各個(gè)領(lǐng)域逐步發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)也為腎臟疾病治療學(xué)的研究帶來(lái)新的契機(jī)，可用于減少毒素、組織修復(fù)及治療缺血導(dǎo)致的腎損害等。干細(xì)胞移植是如今生物醫(yī)學(xué)研究中最熱門(mén)的話(huà)題，它將為急、慢性腎臟疾病的治療開(kāi)辟新的道路。
　　一、干細(xì)胞概述
　　（一）干細(xì)胞的定義及分類(lèi)
　　干細(xì)胞是一類(lèi)長(zhǎng)期具有自我復(fù)制、增殖、自我更新能力的未分化細(xì)胞，具有多向分化潛能，屬人體的起源細(xì)胞，不同來(lái)源的干細(xì)胞分化潛能各異，被醫(yī)學(xué)界稱(chēng)為“萬(wàn)用細(xì)胞”。干細(xì)胞移植技術(shù)是一項(xiàng)再造組織器官的新醫(yī)療技術(shù)，能夠替代病變或衰老的組織器官，實(shí)現(xiàn)組織器官的無(wú)排斥移植及無(wú)損傷修復(fù)，現(xiàn)已廣泛涉及傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方法難以醫(yī)治的多種難治癥的治療，應(yīng)用前景十分廣闊。
　　干細(xì)胞界定標(biāo)準(zhǔn)：①可長(zhǎng)期進(jìn)行反復(fù)的、連續(xù)的、自我更新式的細(xì)胞分裂；②起源于單一干細(xì)胞的子細(xì)胞可分化為多種終末細(xì)胞類(lèi)型；③可通過(guò)對(duì)稱(chēng)分裂及非對(duì)稱(chēng)分裂兩種方式生長(zhǎng)；④干細(xì)胞植入損傷的受者體內(nèi)時(shí)，它有重建原來(lái)組織的功能；⑤不易確定的標(biāo)準(zhǔn)是即使無(wú)組織損傷，干細(xì)胞也能在體內(nèi)分化擴(kuò)增。將胚胎干細(xì)胞注入胚泡中，其能以一種不確定的未分化狀態(tài)擴(kuò)增，可分化為所有類(lèi)型的細(xì)胞。
　　根據(jù)分化潛能的不同，干細(xì)胞可分為全能干細(xì)胞、專(zhuān)能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞三種類(lèi)型。全能干細(xì)胞即受精卵，可分化形成機(jī)體內(nèi)所有類(lèi)型的細(xì)胞，如胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcell，ESC）。專(zhuān)能干細(xì)胞由多能干細(xì)胞分化形成，只能向一種類(lèi)型或密切相關(guān)的兩種類(lèi)型的細(xì)胞分化，如肌肉中的成肌細(xì)胞、肝臟中的卵圓細(xì)胞等。多能干細(xì)胞具有分化成多種細(xì)胞的潛能，但尚不能發(fā)育成完整的個(gè)體，如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞等。根據(jù)細(xì)胞發(fā)生學(xué)的來(lái)源的不同，干細(xì)胞又可分為ESC和成體干細(xì)胞（adultstemcell，ASC）。ESC是胚囊期內(nèi)細(xì)胞群或原始生殖細(xì)胞分離出來(lái)的一類(lèi)全能干細(xì)胞，在適宜條件下可以分化為所有三個(gè)胚層及胚外組織，特定條件下還可獨(dú)立分化出完整的器官。ASC是一種具有專(zhuān)能性和多能性的未分化細(xì)胞，主要存在于發(fā)育成熟的個(gè)體體內(nèi)某些分化組織中。多能性是指不能分化為胚外組織，但可以分化為所有三個(gè)胚層的組織。專(zhuān)能性細(xì)胞是指由多能性干細(xì)胞進(jìn)一步分化而來(lái)，只能分化為本系統(tǒng)各譜系細(xì)胞。ASC可通過(guò)取代失去生理活性的細(xì)胞或修復(fù)損傷的方式來(lái)維持組織器官結(jié)構(gòu)和（或）功能的完整性。從應(yīng)用角度講，ASC源于自身，用于自身，用于再生醫(yī)療可以避免免疫排斥反應(yīng)的發(fā)生。在特定的環(huán)境和條件下可分化為特定類(lèi)型的細(xì)胞，直接用于體內(nèi)組織的原位修復(fù)，致癌風(fēng)險(xiǎn)較小。某些ASC可遠(yuǎn)離“發(fā)源地”，向體內(nèi)損傷部位遷移，并向成熟體細(xì)胞定向分化，在特定條件下，還可以橫向分化及跨系甚至跨胚層分化，解決了長(zhǎng)久以來(lái)人們對(duì)ASC的研究與應(yīng)用的生命倫理學(xué)之間的爭(zhēng)論，因此，可將它作為基因治療的理想載體。但ASC大多處于休眠狀態(tài)，細(xì)胞分裂很慢或很少分裂，細(xì)胞周期比較長(zhǎng)，被認(rèn)為是以休眠狀態(tài)存在的胎兒組織干細(xì)胞。
　　干細(xì)胞的增殖、更新、分化等功能受到體內(nèi)多種調(diào)控信號(hào)及微環(huán)境的共同調(diào)控和干預(yù)。在生理和病理狀態(tài)下，機(jī)體為了維持細(xì)胞更新以及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，干細(xì)胞群可以轉(zhuǎn)分化為多種細(xì)胞類(lèi)型的組織細(xì)胞。例如，在大多數(shù)高等脊椎動(dòng)物中，來(lái)源于腦室管膜的神經(jīng)干細(xì)胞可分化為多種神經(jīng)細(xì)胞，如星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等；骨髓中的造血干細(xì)胞可以補(bǔ)充血細(xì)胞；肝臟干細(xì)胞可參與壞死后肝臟再生，特定條件下能橫向分化為胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞等，在腎臟中同樣也存在腎干細(xì)胞群。
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