细胞分化范文

时间:2023-03-07 05:04:24

细胞分化

细胞分化范文第1篇

关键词:细胞分化;细胞分裂;个体发育;细胞全能性;基因表达

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-10-0182-02

在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程称为细胞分化(cellular differentiation)。细胞分化是一种持久性的变化,细胞分化不仅发生在胚胎发育中,而是在一生都进行着,以补充衰老和死亡的细胞。也可以说,细胞分化是同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和生化特征的过程。其结果是在空间上细胞之间出现差异,在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。正常情况下,细胞分化是稳定、不可逆的。一旦细胞受到某种刺激发生变化,开始向某一方向分化后,即使引起变化的刺激不再存在,分化仍能进行,并可通过细胞分裂不断继续下去。从分子水平看,细胞分化意味着各种细胞内合成了不同的专一蛋白质(如水晶体细胞合成晶体蛋白,红细胞合成血红蛋白,肌细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白等),而专一蛋白质的合成是通过细胞内一定基因在一定的时期的选择性表达实现的。因此,基因的表达调控是细胞分化的核心问题。细胞分化与细胞分裂、个体发育、细胞全能性以及基因表达之间存在着怎样的联系呢?

一、细胞分化与细胞分裂

细胞分化是细胞形态、结构、生理功能发生稳定性差异的过程;细胞分裂是指一个细胞分裂为两个细胞的过程。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础,细胞分裂是数量上的增加。细胞的分裂和分化都是生物体重要的生命特征,往往同时体现于许多功能正常的活细胞(如各种干细胞)的生命历程中。细胞分化和细胞分裂联系紧密,首先,细胞的分裂与分化往往是相伴相随的,常常表现出边分裂边分化的现象,细胞分化的渐变性就是一个很好的例证。另外,随着细胞分化程度的增进,细胞的分裂能力也逐渐下降,最后高度分化的细胞也同时失去了分裂能力,这种现象从另一个侧面也反映出两者之间的伴随关系。其次,细胞的分化并不是单个细胞或少数细胞的孤立变化,而必须以细胞增殖生成的一定数量的细胞作基础。如小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时,可发育成具有分泌功能的胰腺组织。但是,如果把胰腺原基切成数块培养,均不能正常形成胰腺组织。如果把分开的小块再合并起来培养,则又能长成胰腺组织了。因此,从某种意义上讲,细胞分化的实现要以细胞的分裂为前提。

二、细胞分化与个体发育

细胞分化是建立在细胞分裂基础之上的,而个体发育又是通过细胞分化过程实现的。经过细胞分化后,由同种细胞聚集形成不同组织,再由组织有序结合为执行特殊功能的器官,而各个相关器官经有序的分工合作构成完成一系列生命活动的系统,进而成为个体。由此可知,细胞分化是高等生物形成与进化的基础。细胞分化在个体发育很早的时期就已经开始(具美国科学家最新研究结果,对小鼠当受精卵卵裂至四个细胞就已经开始);在三胚层的原肠胚时期大规模进行,进而出现组织器官;而至胚胎最终形成,细胞分化达到最大程度,即成年个体所具备的组织器官,成型的胚胎同样具备;在个体生命发育至结束的始终,都存在细胞的分化,需要强调的是,对于胚后发育的个体,只有很少种类的成体干细胞具有分化能力,如造血干细胞。

三、细胞分化与细胞全能性

受精卵具有分化出各种组织和细胞的潜能,并建成完整个体。细胞含有使后代细胞发育成完整个体的潜能称为全能性(totipotency)。高等动物第一次卵裂后产生的两个分裂球细胞仍具有全能性,随着细胞分裂的进行,细胞的全能性逐渐减小。例如,囊胚阶段的小鼠原始外胚层细胞只具有分化为个体中包括生殖细胞在内的各种组织的多能性,属于多能干细胞。而有些干细胞如专能造血干细胞,则只能分化出一种细胞。简单地说,在发育的过程中,细胞的分化潜能逐渐变窄,全能性逐渐降低。植物细胞不同于动物细胞,高度分化的组织仍具有生长成完整植株的能力。也就是说,高度分化的植物细胞仍然具有全能性(包括其生殖细胞,如通过花药离体培养能够得到单倍体植株)。利用这一点,在生产实践上可以对多种植物进行组织培养,即进行植物的克隆。通过组织培养,可以得到大量与母本性状完全相同的子代个体。高度分化的动物细胞虽然失去了全能性,但其细胞核仍然具有全能性,利用这一点,可以通过细胞核移植技术实现动物克隆。例如,童第周等人将黑斑蛙成体红细胞的细胞核移入未受精的去核卵内,卵细胞也发育成正常的蝌蚪;克隆绵羊“多莉”等实验能证明哺乳动物的细胞核具有全能性。也就是说,动物无论是胚胎细胞还是成体细胞,细胞核具有指导细胞发育为完整个体的全能性。

四、细胞分化与基因表达

细胞分化是基因选择性表达的结果,包括三个方面:

(1)转录与翻译的选择:一个完整的基因包括了非编码区与编码区,在编码区存在调控转录的核苷酸序列;此外,真核生物的编码区分为内含子与外显子,其不同的内含子去除与外显子拼接决定了不同的翻译方式。由此,可以得到结论,基因表达“选择”主要包括两个阶段:基因是否选择被转录,转录程度如何,这由非编码区决定;mRNA如何翻译,这由内含子去除与外显子拼接方式决定,如小鼠甲状腺与垂体中同一个基因的转录的mRNA经过外显子不同的拼接,在前者内成为降钙素,后者成为一种神经肽。

(2)空间选择:空间的不同,是基因选择表达的根本原因,比如:两栖类动物在卵裂时期,上表面与下表面的细胞走向不同分化方向;在三胚层原肠胚时期,三个不同位置的胚层分化为不同的组织器官;在高等动物个体中,造血干细胞在骨髓中分化为B淋巴细胞而在胸腺中分化为T淋巴细胞。

(3)时间选择:随着发育过程的时间推进,基因被选择表达,比如刚出生的婴儿,无法制造抗体,必须从母亲的乳汁中获取,而随着个体继续发育,B淋巴细胞才能分化,相关基因被选择表达制造抗体。

同一个体不同种类的体细胞核内的遗传物质DNA是完全相同的,基因的总量和种类也是完全相同的,但表达的基因在种类和数量上却存在着明显的差异,从而直接造成了转录得到的mRNA和翻译产物蛋白质的不同,性状表现自然也就各不相同了。细胞分化中基因表达的调节控制是一个十分复杂的过程,在不同的细胞在其发育中的基因表达的调节控制不同;相同的细胞在其发育的各阶段中,调节控制的机制不同。

细胞的生理状态随分化水平提高而变化。高度分化的细胞往往不再发生分裂,如红细胞、神经细胞等。细胞有丝分裂指数往往与分化程度成反比。另外,随着分化程度的提高,细胞对环境的反应能力也逐渐下降。通过细胞分化得到的各种细胞,无论是在结构上还是在功能上均有明显的差异。例如,人的红细胞与肝细胞比较,红细胞无细胞核,功能主要是运输氧气;肝细胞不但有细胞核,而且有大量的线粒体等细胞器,具有合成血浆蛋白、肝糖元、脂肪,解毒等功能。

参考文献

[1]翟中和.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,1995.

[2]普通高中课程标准实验教科书[M].人民教育出版社.

[3]朱黎萍.细胞分化和细胞全能性一节的教学.生物学教学,2006 (11).

细胞分化范文第2篇

例1 下列能说明某细胞已经发生分化的是( )

A.进行ATP的合成

B.进行mRNA的合成

C.存在血红蛋白

D.存在纤维蛋白原基因

解析 ATP的合成发生在所有活细胞中,A不能说明;在没有分化的细胞中也进行mRNA的合成,B不能说明;存在血红蛋白的细胞一定是红细胞,是已经分化的细胞,C能说明;所有的正常细胞中都存在纤维蛋白原基因,D不能说明。

答案 C

点评 细胞分化是指在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。因此,所有细胞共有的生理活动、物质及现象都不能说明细胞已经发生了分化。

例2 由细胞形态判断,下列细胞中最可能连续分裂的是( )

A B C D

解析 本题考查对不同细胞形态特征的识别与分化程度的判断。A为,C为肌细胞,D为神经细胞,皆为高度分化的细胞,不具备分裂能力。

答案 B

点评 细胞分化是一种永久性变化,它发生在生物的整个生命进程中,但在发育的不同阶段,细胞分化程度不同,在胚胎时期分化达最大限度。分化程度与分化限度是不同的概念,如胚胎时期分化限度(即分化前途)达最大,分化程度却不高。我们可以参照自己来进行理解,我们将来可能从事不同的工作,但我们都是学生,因此分化限度最大,但分化程度最低。

例3 某实验室做了下图所示的实验研究,下列相关叙述,正确的是( )

[甲小鼠的纤维母细胞][诱导干细胞][肝细胞、神经细胞、上皮细胞等][Z细胞][单抗][X细胞][Y细胞][将H1N1病毒外壳蛋白注入乙小鼠][诱导基因][①][②][③][④]

A.与纤维母细胞相比,过程①形成的诱导干细胞的全能性较低

B.过程②是诱导干细胞的结构和遗传物质发生稳定性差异的过程

C.每个Y细胞只产生一种抗体,故过程③不需要选择性培养基进行筛选

D.过程④产生的单抗,不需细胞膜上载体蛋白的协助就能释放到细胞外

解析 因过程①形成的诱导干细胞能分化成肝细胞、神经细胞等,故其全能性高,A错。过程②是细胞的分化过程,分化时遗传物质不会发生变化,B错。过程③要用选择培养基才能选出杂交瘤细胞,C错。过程④产生的单抗是一种分泌蛋白,通过胞吐过程分泌,不需载体蛋白协助,D正确。

答案 D

点评 在生物体内,细胞分化是一种稳定的程序性变化,这种变化是不可逆转的,因此细胞分化的不可逆性是指在自然条件下的特性。但在人工实验条件下,分化的组织细胞能脱分化,脱分化的组织细胞由于含有发育成完整生物体的全部遗传物质,因而经一定人工培养后可发育成一个完整生物体。

细胞全能性和细胞核全能性是两个不同的概念。植物体细胞具有全能性,可以通过植物组织培养进行验证;低等动物的细胞和高等动物早期胚胎细胞具有全能性,可以通过胚胎分割和胚胎工程进行验证;高等动物的体细胞核具有发育全能性,可以通过动物克隆进行验证。

1.高等动物体细胞不能完全表达其全能性。这是因为细胞内基因在特定时期和空间条件下选择性表达,从而使细胞分化为不同的组织、器官。

2.植物体细胞在离体的情况下,在一定的营养物质、激素和其他适宜外界条件下,细胞方能表现其全能性。

3.植物细胞的全能性容易表现,动物细胞核的全能性也较易表现,但整个动物细胞的全能性,目前仍难以得到验证。

由上述内容可知,我们在学习过程中要善于总结,并构建细胞分化的基本知识框架,加强加深对该专题的理解。

1.胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞,可以进一步分裂、分化成各种组织干细胞,再进一步分化成各种不同的组织。下列叙述不正确的是( )

A.各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果

B.胚胎干细胞有细胞周期,神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期

C.造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的

D.肝脏干细胞分化成肝脏细胞的过程体现了细胞的全能性

2.关于细胞分化的说法正确的是( )

①在人体内分化是稳定的,而且一般是不可逆的,一旦细胞沿一定方向分化,便不会再脱分化到原先的状态 ②细胞分化后,细胞中mRNA不同,tRNA相同 ③分化的结果是赋予不同种类的细胞特异的结构和功能 ④一般不会出现细胞核遗传物质的改变 ⑤细胞分化的实质是基因选择性表达

A.②③④⑤ B.①②④⑤

C.①②③⑤ D.①②③④⑤

3.2009年6月,成都9路公交车纵火案中烧伤病人皮肤的修复成为一大医疗难题。皮肤干细胞的研制有利于解决皮肤移植,请完成下列问题:

(1)患者本人皮肤干细胞能 成为其皮肤细胞,既易采集,又避免了移植后的 。

(2)皮肤干细胞还可以诱导成各种体细胞,其根本原因是 。但皮肤干细胞在体内无法形成其他细胞,原因是 。

4.观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化,长期干旱条件下,蝴蝶兰在夜间吸收CO2并贮存在细胞中。

[正常和长期干旱条件下蝴蝶兰CO2吸收速率的日变化][时间][干旱][正常] [8

6

4

2

0][2∶00 4∶00 6∶00 8∶00 10∶00 12∶00 14∶00 16∶00 18∶00 20∶00 22∶00 24∶00 ][CO2吸收速率(μmol/m2・s)]

(1)依上图分析,长期干旱条件下的蝴蝶兰在0~4时 (填“有”或“无”)ATP和[H]的合成,原因是 ;此时段 (填“有”或“无”)光合作用的暗反应发生,原因是 ;10~16时无明显CO2吸收的直接原因是 。

[正常和长期干旱条件下蝴蝶兰的干重增加量][干旱][正常][20

15

10

5

0] [干重增加量(mg/株・天)]

(2)从上图可知,栽培蝴蝶兰应避免 ,以利于其较快生长。此外,由于蝴蝶兰属阴生植物,栽培时还需适当 。

(3)蝴蝶兰的种苗可利用植物细胞的 ,通过植物组织培养技术大规模生产,此过程中细胞分化的根本原因是 。

1.D 2.D

3. (1)分化 排异反应 (2)细胞内含有一套完整的遗传信息 基因进行选择性表达

细胞分化范文第3篇

中图版高中一年级上册第四单元第一章第二节。

【设计说明】

在教学设计中,本着自主学习与合作学习的教育理念,采用开放式的课堂教学,引导学生结合图像信息、多媒体课件及相关的阅读资料、思考讨论题等,在教师的指导下完成本课的探究教学,从而增大学生学习活动的空间,使其更加主动地参与到学习中来,养成爱学、会学的习惯。

【教学目标】

1.知识与技能

(1)理解细胞分化的概念及在生物个体发育中的意义。

(2)举例说明细胞的全能性在实践和研究中的作用,能够区分具体细胞全能性的大小。

2.过程与方法

(1)在教师的引导下,师生共同探究,培养学生分析、归纳的思维能力和自主学习的能力。

(2)探究细胞分化的特点、细胞全能性的概念,培养学生的科学探究方法和生物学素养。

3.情感态度与价值观

(1)通过细胞分化的学习,确立辩证唯物主义的自然观,逐步树立科学的世界观。

(2)通过细胞全能性的学习,进行有关干细胞研究进展资料的搜集和分析,养成关注生物科学发展、关注生命健康的习惯。

【重点难点分析】

细胞分化既是细胞生命历程中的重要阶段,又在个体发育过程中占有重要的地位。细胞全能性的知识涉及植物组织培养和克隆技术等,内容较抽象,所以细胞分化是本节的重点和难点。

【教学过程】

环节一:思维激发(创设思维环境)

活动1创设情境,提出问题

现在同学们坐在这里,都是学生,在不久的将来,你们会走向不同的工作岗位,有的成为医生,有的成为建筑师,有的成为程序员,有的还会成为我这样的教师等等。在我们的生命之初也发生着一个类似的过程,由一个受精卵变成各种各样的细胞,如肌肉细胞、神经细胞等等,我们称之为细胞的分化。下面我们就开始今天的细胞分化的旅程。

设计评析:依据“从具体走向抽象”的理念,从学生的生活经验出发,引出抽象的概念。降低起点,由浅入深。

环节二:问题导学(增强思维意识)

活动2细胞分化的特点

师:刚才我们展示了人体细胞分化的过程,那同学们再看下面青蛙等其他动物的分化过程。细胞分化是不是人类所特有的呢,这体现了细胞分化有什么特点呢?

生:普遍性。

师:(PPT展示造血干细胞原红细胞早幼红细胞中幼红细胞晚幼红细胞成熟红细胞死亡)

那这些分化了的细胞在正常状况下还能回到分化前的状态吗?

生:不能。

师:这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:不可逆性。

师:在成年人和老年人的身体内还有没有细胞的分化呢?

生:有。

师:那这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:持久性。

师:有人曾经做过这样的实验:黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑素。那这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:稳定性。

师:细胞在有丝分裂的过程中遗传物质复制后,平均分配到两个子细胞中,也就是说细胞只要进行有丝分裂,不管复制多少次,细胞核中的遗传物质都是不变的,那细胞在分化的过程中遗传物质改变吗?这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:不改变,体现了细胞分化的遗传物质不变性。

设计评析:通过学生对身体细胞的认识,更真实地认识到细胞分化的特点,有助于更深入地理解问题的实质。

活动3细胞分化的实质

在细胞分化的过程中遗传物质是不变的,那为什么不同的细胞所表达的产物是不同的呢?

(PPT展示不同的细胞中基因选择性表达的情形,引导学生总结细胞分化的实质:基因的选择性表达)

设计评析:培养学生研究问题的习惯,通过原来学过的细胞增殖学生会联想到,每个个体细胞中的遗传物质都是一样的。再过渡到遗传物质都一样,为什么每个细胞的结构和功能不一样呢?启发诱导学生思考问题。

活动4细胞分化的意义

小组讨论,引导学生思考总结。

设计评析:培养学生善于思考,通过现象看到问题的本质,并且应用所学的生物知识解决实际问题。

环节三:由浅入深(进一步探索更深层次的内容)

活动5细胞的全能性

师:既然在细胞分化的过程中,遗传物质是保持稳定的,那么高度分化的细胞能不能还像早期的胚胎细胞那样分化成其他细胞呢?(PPT展示1958年斯图尔德利用萝卜的韧皮部细胞培育出完整的胡萝卜的实验)

小组讨论:通过这个实验能够得出什么样的结论?

总结:植物细胞全能性的定义:

细胞的全能性是指高度分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

思考:①为什么任意一个体细胞会具有发育成完整个体的潜能?

②植物细胞全能性实验的成功对我们的生活有什么样的指导意义呢?

③植物种子长成参天大树,能不能说是体现了细胞的全能性呢?

师:既然植物细胞在一定的条件下能够体现出它的全能性,那么,动物细胞能不能呢?先看一个在生物学史上非常著名的实验“克隆羊――多莉”的诞生。

小组讨论:通过这个实验能够得出什么样的结论?

设计评析:这是学生初中就学过的克隆的实验,但是在高中阶段要通过实验引导学生学习理论层次的知识。引导学生通过联系生活实际学会思考问题。

环节四:总结归纳,复习巩固

1.细胞分化及其意义

a.概念b.细胞分化的特点c.细胞分化的实质d.细胞分化的意义

2.细胞的全能性

a.概念b.高度分化的植物细胞具有全能性c.动物细胞的细胞核具有全能性d.干细胞

【设计反思】

细胞分化范文第4篇

一、多能干细胞

多能干细胞是由till和mcculloch等在60年代初,应用脾集落形成细胞定量法,首先在小鼠体内证明的。他们给经射线照射的小鼠输入同系鼠骨髓细胞,在10~14天后在脾内形成可见的结节,它是由单一骨髓细胞发育分化而成的细胞集落,称之为脾集落形成单位(colony forming unit-spleen’cfu-s)。集落数与输入的细胞数成正比,它可分化发育为红细胞、粒细胞及巨核细胞。cfu-s长期以来用体内集落法进行检测。

在70年代后johnson和metcalf等应用鼠胎肝细胞体外培养法,证明具有cfu-s性质的干细胞可在体外培养成功,这是在研究干细胞方法学上的重大改进。

其后,haral等用小鼠骨髓细胞在甲基纤维素中加入红细胞生成素(erythropoietin’epo)及脾细胞培养上清,进行体外培养,可形成含有红细胞、巨核细胞以及巨噬细胞的集落,称为混合集落形成单位(cfu-mix)。其后,小林登等在80年代用人骨髓细胞亦报告cfu-mix培养成功。即由多能干细胞可进一步分化为定向髓系多能干细胞及淋巴系干细胞。淋巴系干细胞是t和b细胞的共同祖先细胞,但目前尚不能用脾集落实验证明其存在。

二、单能干细胞

单能干细胞是一类具有向特定细胞系分化能力的干细胞,也称为祖细胞(progenitor)。如进行体内移植不能形成脾集落,但在一定造血因子的存在下,可在体外培养并形成细胞集落,称为代表外培养集落,称为体外培养集落形成单位(colony forming unit-culture’cfu-c),因此它与多能干细胞不同,它可包括分化为红细胞的红系干细胞,可分化为粒细胞和单核细胞的粒、单核细胞干细胞系及可分化为血小板的巨核干细胞系。

1.红系干细胞应用骨髓细胞加甲基纤维素在大量epo存在下,进行体外培养可产生大型红细胞集落,可含有1000个以上的细胞,形成如爆发火花样的集落,称此干细胞为爆式红细胞集落形成细胞(burst unit-erythoid ’bfu-e)。如用小剂量epo则产生小型集落,由8~50个细胞组成,称此干细胞为红细胞系集落形成细胞(colony forming unit-e’cfu-e)bfu-e是更早期的红系干细胞,而cfu-e则为较晚期的红系干细胞。

2.粒细胞-单核细胞系干细胞 此系细胞在功能上与bfu-e或cfu-e属同级干细胞。应用软琼脂法将骨髓细胞进行体外培养,在集落刺激因子(cfs)存在下,可产生粒细胞和单核细胞集落,称此集落形成细胞为体外培养集落形成细胞(colony formingunti-culture’cfu-c)。将cfu-c进行体内移植不能产生脾集落,所以cfu-d不具有cfu-s的特性,仅具有前驱细胞和前驱单核细胞的特征。

细胞分化范文第5篇

【关键词】非贵金属烤瓷合金;反复熔铸;铸流率

ABSTRACT:ObjectiveDepartmentofProsthodontics;TechnicianWorkingCenter,AffiliatedStomatologyHospital,FujianMedicalUniversity,Fuzhou350002,ChinaToinvestigatetheeffectsofrecastingonthecastabilityofnonpreciousceramicalloy.MethodsThenonpreciousceramicalloywasrecasted6timesinargonprotectionwithouttheadditionofanynewalloy.Thecastabilityofeachgenerationnonpreciousceramicalloywasdeterminedbytheabilityofthealloytocastameshpatternmadefromwaxsieve.Afterbeinginvestedandcasted,thepatterncastingwasthenexaminedtodeterminethetotalnumberoffilamentsegmentsthatwassuccessfullycasted.Thecastabilityvalue(Cv)ofeachgenerationalloywasobtained.TheeffectsofrecastingontheCvwerecompared,throughdirectlycalculatingthecastabilityvaluesofeachgenerationofnonpreciousceramicalloy.ResultsTherewasnosignificantdifferenceofcastabilityfrom1stto5thgenerationcastings,whichwerecastedbynonpreciousceramicalloyinargonprotection(P>0.05).Therewasasignificantdifferenceofcastabilitybetween1stgenerationcastingsand6thgenerationcastings(P<0.05).ConclusionThereisnosignificantchangeonthecastabilityofnonpreciousceramicalloy,whichisrecastedfor5times.

KEYWORDS:nonpreciousceramicalloy;recasting;castabilityvalue

烤瓷合金金属支架系采用失蜡铸造法的铸造方法完成,为了获得完整的烤瓷合金金属支架(铸件)及保证铸造的成功,投入铸造的合金量至少应达到铸件体积的2倍[1]。铸造完成后产生的铸道、底座、储金球等非临床所需部件的铸造合金便成了烤瓷合金废旧料而被抛弃。如何回收再利用烤瓷合金废旧料,已成为国内外学者关注的热点。牙科合金的铸流率是指牙科合金能够完全铸入铸型腔的能力,即实际铸入铸型腔内的合金占应该铸入铸型腔的合金量的百分比(castabilityvalue,Cv)[2]。以往国内外学者对于不同材质的非贵金属、贵金属烤瓷合金的铸流率进行了各种研究。为了保证不同材质的烤瓷合金经过反复铸造后仍保持较高的铸流率,过去学者们普遍认为反复熔铸时需要添加一定比例的新合金才能保证较高的铸流率[34]。笔者采用网状试样法,将非贵金属烤瓷合金进行反复熔铸,探讨反复铸造对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。

1材料和方法

1.1材料和设备

1.1.1材料镍铬烤瓷合金(日本SHOFU公司);Dewax方格网蜡(0000828LRetentionMesh,美国PowerDentalMFG公司);牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料(日本SHOFU公司);Al2O3砂粒(日本SHOFU公司)。

1.1.2设备真空加压氩气保护铸造机(ArgoncasterC,日本SHOFU公司);真空调拌机(PowerLiftMixer,日本Aloka公司);超声波清洗器(舒美KQ218,昆山超声仪器有限公司);箱体式喷砂机(JNCPⅡ型,天津嘉年公司);带吸尘器高速切割机(RayAG04,美国RayFosterDentalSupply公司)。

1.2方法

1.2.1网状试件铸造原料准备以厂家提供的镍铬烤瓷合金的原始合金(即熔铸前的合金,0代合金)为原料铸造的网状试件标为I代,I代合金的铸流率反映的是0代合金的铸造性能。以后每次铸造的镍铬烤瓷合金原料在铸造前都经过相同的表面处理程序[57]:(1)在箱体式喷砂机下用粒度为45目的Al2O3砂粒常规喷砂,去净材料表面黏附的包埋料及异物;按照真空加压氩气保护铸造机熔金坩锅的体积大小对材料进行必要的切割;再用蒸馏水冲洗,干燥;(2)在王水(硝酸∶盐酸=1∶3)中清洗60s,取出后用流水冲净残留液;(3)置于超声波清洗器内清洗30min,用镊子取出,干燥备用。其余各代的铸造原料是将前一代试件铸造后产生的铸道、底座部位烤瓷合金经前面所述的表面处理方法进行相同表面处理后作为铸造原料,反复熔铸6次,每一代网状试件的铸流率是反映的是其铸造原料的铸造性能。

图1非贵金属烤瓷合金反复熔铸流程示意图(略)

Fig1Recastingprocedureofnonpreciousceramicalloy

1.2.2网状蜡型制作参照文献[8],首先制作Y字型的蜡铸道,主铸道直径为3mm,长10mm。两分铸道分叉呈90°夹角,直径2.5mm,长25mm。在分叉处接上均匀分布7×7格共49个网孔的Dewax成品蜡网,蜡网边长21mm,制成网状蜡型(图1),网状蜡型制成后将其至于放大倍数为3倍的供应桌夹式放大镜灯下观察,选择网格片段完整无缺陷的网状蜡型72个,随机分6组,每组12件,称质量备用。

图1铸流率网状蜡型示意图(略)

Fig1Waxmeshpatternfortheobtainingofcastabilityvalue

1.2.3网状蜡型的包埋、焙烧及铸造参照高温铸造包埋材料的说明书,对网状蜡型进行包埋(其中,膨胀液∶蒸馏水=1∶1)。将包埋好的铸圈进行常规的预热,焙烧,在真空加压氩气保护铸造机上对各代镍铬烤瓷合金进行铸造。

1.2.4网状铸件的网格记数及统计分析将网状铸件参照Hinman记数方法对完整的网杆进行记数(不完整的网格片段见图2),并求出各组的Cv值、均数和标准差。

1.3统计学处理计量资料用x±s表示,采用LSDt检验进行多个测试组之间的多重比较(α=0.05),P<0.05为差别有统计学意义。

铸流率(castabilityvalue,Cv)计算公式:

Cv=(完整金属网格片断数/112)×100%

1.4结果Ⅰ代网状铸件的铸流率与其余各代网状铸件的铸流率的LSDt检验,Ⅱ~Ⅵ代分别为0.451,0.134,0.062,0.063,0.010。Ⅱ~Ⅴ代网状铸件的铸流率与Ⅰ代比较,差别无统计学意义(P>0.05);Ⅵ代与Ⅰ代比较,P<0.05(表1)。

“I”的网格片段即为不完整的网格片段

图2不完整的网格片段示意图(略)

Fig2Schematicdiagramofincompletesegments

表1网状铸件的铸流率(略)

Tab1Resultsofcastabilitytest

n=12.与Ⅰ代比较,:P<0.05.

2讨论

2.1研究方法研究牙科合金铸流率的方法主有两类,一类是模拟牙科全冠外形制成帽状试件[9],通过观察试件边缘的不同外形、斜度等来研究牙科合金的铸流率,此类方法较客观,但受许多因素的影响,需多点测试,其准确性尚值得探讨。另一类方法是铸造一定外形的铸件,常见的铸型有螺旋状、轮状、杆状、弹簧型、楔型、碟型、网状、板状试件等[1012],其中较多采用的是网状铸型和板状铸型,这两种铸型易于制作,评价指标客观性强,测量及计数简单,且对材料、温度、技术及其它影响铸流率的因素较敏感。为此,笔者采用网状铸件来研究反复的熔铸对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。

2.2影响因素影响因素是多方面的,主要有:(1)合金因素,如合金的组成、密度、熔金的表面张力等;(2)辅助材料因素,如包埋料的组成、种类及颗粒大小、熔模材料等方面;(3)加工因素如铸道设计、烘烤焙烧温度等;(4)铸造因素,如铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等。

牙科铸造合金在铸造的过程中会发生化学成分和微观结构的变化,而这些变化将影响合金铸件的各项性能,如机械性能、铸造性能、金瓷结合力等[13]。合金在熔化和浇铸过程中通常会带入各种非金属夹杂物,合金中某些元素在高温下的氧化反应、熔金与包埋料的高温化学反应等也都会使铸件中产生非金属夹杂物,这些非金属夹杂物使得熔铸时液态合金的黏滞度增加,影响其充型能力,促使缩孔缩松等铸造缺陷的形成。夹杂物还会使合金晶粒的再结晶过程变得复杂,影响铸件组织结构,进而影响铸件性能[4,14]。不同的包埋料与不同合金的组合也影响合金的铸流率,即使同种包埋料,也存在颗粒大小不同、热传导性不同、湿润性不同、气体穿透性不同,对合金铸件的铸造完整性也产生不同的影响[15]。本次实验统一使用牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料进行包埋,包埋过程严格按照说明书要求的粉液比例在真空调拌机中进行调配,尽可能的减少人为因素对实验结果造成的影响。

铸造因素对烤瓷合金的铸流率有重要影响。铸造因素包括铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等方面。本次实验操作严格按照使用说明设定氩气压力为0.29~0.39MPa(3~4kgf/cm2)进行铸造,保证铸造设备、铸造压力及铸造方法的相同。朱松等研究得出结论:氩气保护,钴铬合金经反复熔铸,各种化学成分所占百分比相对稳定,各代合金内部很少有气孔和非金属性夹杂物存在,各代合金的晶粒大小较一致,排列有序,其晶界总面积较大,每个晶粒周围的晶粒数较多。而在空气环境中铸造,铝、硅、铁等元素被氧化,所占百分比逐渐减少,钴、铬等元素相对稳定,碳、氮等含量增加。有些区域有大量的气孔和金属性夹杂物,部位不定,随着铸造的代数增加,这种改变愈明显。合金内部有些区域的晶粒大小不一致,排列无序,随着铸造次数增加,这种变化也愈发显著[16]。本次实验是在氩气保护真空加压的铸造条件下进行的,非贵金属烤瓷合金经过反复铸造5次,其铸流率略有下降,但其与I代网状试件流率相比较,之间的差异没有统计学意义。反复熔铸至Ⅵ代,Ⅵ代网状试件铸流率与I代网状试件的铸流率相比较,之间的差别有统计学意义(P<0.05)。在氩气保护的状态下进行铸造,合金内部有相对较少的气孔和非金属性夹杂物存在。但随着反复熔铸次数的增加,铸造原料内部的气孔和非金属夹杂物逐渐累积,某些化学元素的烧损更加严重。而当其成分和结构的变化达到一定的程度时必将影响到合金的铸造性能。

本实验的研究表明,就铸流率这个指标来说,非贵金属烤瓷合金在真空加压氩气保护的铸造条件下可以反复熔铸至第5代,铸流率没有发生变化。当然,非贵金属烤瓷合金能否重复利用,还要综合考虑反复熔铸对非贵金属烤瓷合金的其他各项性能,诸如对其机械性能,热膨胀率,金瓷结合强度,耐腐蚀性,生物相容性等方面的影响。

【参考文献】

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细胞分化范文第6篇

干细胞能产生表现型与基因型和自己完全相同的子细胞,形成人体多种组织器官的祖细胞。既具有生理性的更新能力,又具有对损伤疾病导致的修复功能。干细胞归巢于新的组织后,在局部组织微环境的作用下定向分化为相应组织的成熟细胞,实现组织的更新和修复。丹参具有活血化瘀、理气止痛的功效。近年许多实验证实丹参在诱导干细胞增殖和分化上显示出巨大的潜力,选择性采用神经干细胞标志物巢蛋白(Nestin)、神经元标志物神经元特异性烯醇化酶(NSE)、神经丝蛋白(NF)、βⅢ微管蛋白(βⅢTubul{n)和星形胶质细胞标志物胶质纤维酸性蛋白(GFAP)进行鉴定,结果显示阳性,表明中医药在干细胞研究的道路上迈出了新的一步。

1 干细胞的概念及生物学特性

干细胞(stem cell,SC)是一类具有自我更新和多向分化增殖潜能的原始细胞,能产生表现型与基因型和自己完全相同的子细胞,形成人体多种组织器官的祖细胞。既具有生理性的更新能力,又具有对损伤疾病导致的修复功能。目前公认的干细胞应具备的几点主要细胞生物学特点有:①具有自我更新能力与维持能力,也就是说它可以分裂,分裂后的子细胞与母细胞一样保持其原有的各种细胞生物学特性,而且还可以不断地分裂下去。干细胞一旦形成,在机体内终生都具有自我更新能力,不同于那些有限自我更新能力的祖细胞。这对于维持机体组织器官的稳定性有很重要的意义;②具有多向分化的能力(多能性或全能性),可以分化发育成各种胚层组织的细胞,或可以分化成为本系统各谱系的细胞(特定组织干细胞,如造血干细胞);③既具有生理性的更新能力,也具有对损伤或疾病导致的反应与修复能力,如骨髓间充质干细胞等;④干细胞的自我更新与分化需要特定的微环境(nitches),也就是说干细胞往哪一种方向分化,必须在该细胞生存的特定微环境前提下进行分化。已有诸多的实验表明,如将胚胎细胞种植人小鼠大脑内,这些干细胞将向神经系统分化。

2 干细胞的分类

干细胞存在于早期的胚胎、骨髓、脐血和部分成年人的细胞中。在一定条件下可以分化为多种功能细胞。

2.1 按分化潜能的大小分类可分为3种:一是全能性干细胞,它具有分化成人体内各种细胞的潜能,如胚胎干细胞;另一类是多能性干细胞,这种干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可以分化出至少12种血细胞,还可以分化出造血系统以外的其他细胞;还有一类为单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的肌原细胞或叫卫星细胞。

2.2 根据干细胞生存阶段分类可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两类。胚胎干细胞是来源于哺乳动物早期胚胎内细胞团中的一种二倍体细胞,一般可从植入子宫内膜前的囊胚中分离出来。这种细胞是能在体外培养的一种高度未分化细胞,具有全能性或多向性分化潜能。它们能分化为属于外胚层、中胚层和内胚层的各种分化细胞。它们的基本特性是具有发育的全能性,即具有分化成为机体内任何一部分组织和器官的能力,因而有人称之为“万能”细胞。美国的威斯康星大学的Thomson等和霍普金斯大学的Gearhart实验小组分别报道用不同材料、不同方法成功地分离并建立具有多向分化潜能和永久生殖能力的胚胎干细胞(ES)细胞系和畸胎瘤干细胞(Ec)细胞系。研究模型的解决,为人类的健康和现代生命科学的发展、研究开创了一个新时期。成体干细胞也称为特定组织干细胞,多能干细胞继续向前分化则成为定向祖细胞(committed progenitor),持续停留在某种组织中,被称为特定组织干细胞。它们在特定的条件下,可以对称地分裂为2个新的子代干细胞或2个功能细胞,也可以不对称地分裂成1个子代干细胞和1个功能干细胞,从而使组织分化与器官保持生长和衰退的动态平衡。它们具有自我更新和产生本系统后续细胞的增殖细胞,如造血干细胞(hernatopoietic stem cell,HSC)、骨髓间充质干细胞(mesenchymalstem cdt,MSC)、神经干细胞(neural stem cdl,NSC)、肌肉干细胞、表皮层干细胞、肝干细胞,最近我国已成功培养心肌干细胞等。传统的观点曾认为成体干细胞的分化潜能较弱,只能分化成与其组织来源一致的某种特定的组织细胞。然而在某些情况下,干细胞的分化并不遵循这一规律。在实验中分离出小鼠的肌肉干细胞,经过体外培养7 d后,将它与小量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中,结果发现肌肉干细胞会分化成为各种造血干细胞系。这种现象被称为干细胞的可分化性H]。迄今对成体干细胞研究较多的是造血干细胞和骨髓间充质干细胞;其次神经干细胞的研究也较多,以及成肌干细胞和皮肤干细胞。也许是人们渴望找到一种对于神经系统退行性疾病的有效治疗方法,近年来对于神经干细胞的研究颇多也颇深入,并且已经有实验表明神经干细胞的移植可以治愈帕金森病。事实上可能各种成体组织中均含有分裂能力的干细胞。当组织受到外伤、老化、疾病等损伤时,这些细胞就增殖分化产生新的组织来代替,以保持机体平衡。

3 丹参与千细胞的相关实践基础

干细胞归巢于新的组织后,在局部组织微环境的作用下定向分化为相应组织的成熟细胞,才能实现组织的更新和修复。关于干细胞分化的调控机制目前还不十分清楚,大多数的观点认为与微环境的调控密切相关。干细胞通过与邻近细胞、细胞基质和细胞因子的相互作用,而影响其分化进程。丹参(Slvia miltiorhiza Bge)在临床广泛应用于心、脑、肝缺血/再灌注损伤的保护、调节免疫应答、抗感染等,其在诱导干细胞增殖和分化上亦显示出巨大的潜力。其成分包括:丹参酮I、IIA、IIB、隐丹参酮、二氢丹参酮、原儿茶醛、丹参素等。丹参注射液具有活血化瘀、理气止痛的功效,是临床治疗冠心病、心绞痛的常用中药。近年发现丹参注射液有细胞诱导作用,孟凡刚等用丹参诱导成年小鼠骨髓基质干细胞,分别于诱导后5h,24h,72h进行免疫细胞化学染色,结果显示巢蛋白(Nesfin)和βⅢ一微管-蛋白(BⅢTubulin)均呈阳性表达。杨立业等用丹参注射液诱导鼠间充质于细胞分化为神经样细胞。项鹏等用丹参注射液诱导成人骨髓间质干细胞,为进一步确定MSC是否分化为神经元,采用神经元标志物神经元特异性烯醇化酶、NF、神经干细胞标志物巢蛋白、星形胶质细胞标志物胶质纤维酸性蛋白(GFAD)进行鉴定。结果显示,丹参诱导5h后,多数细胞表现为NSE阳性,棕黄色染色,细胞形态多样,出现简单的双极细胞和复杂的多极细胞。NF是神经元特异性中间纤维,是神经元胞质主要结构之一,NF免疫组化结果与NSE类似,部分细胞体与突触皆为阳性。诱导5h后多数细胞巢蛋白染色阳性,证明该细胞具有神经干细胞。GFAP免疫组化染色显示无阳性细胞,证明本研究诱导MSC分化为神经元而非星形胶质细胞。马廉等用丹参注射液诱导人的脐血MSCs后细胞形态发生明显改变,细胞表达3类神经细胞的相关标记,少量细胞表达神经干细胞标记兔抗巢蛋白抗体,40%-50%细胞表达神经元标记鼠抗BⅢ微管蛋白和鼠抗神经微丝抗体。余氏等已经证实丹参素、丹参酮可在体外成功诱导人MSC为神经元样细胞。Nestin,NSE,NF-M染色呈强阳性(棕黄色),而未分化的MsC为阴性(蓝色)。原清涛等用隐丹参酮诱导猴骨髓间质干细胞行神经元标志物NSE,NF的鉴定,结果显示,用隐丹参酮诱导的细胞可以呈现NSE,NF阳性,证明已经诱导为神经元样细胞。夏文杰等用隐丹参酮诱导成人骨髓间质干细胞,结果显示隐丹参酮诱导5h后,大多数细胞Nestin阳性,7h后多数细胞NSE染色阳性部分神经元拉成网状,诱导5d后NF-H染色阳性。

4 小结与展望

源于胚胎组织的神经干细胞曾被认为是治疗中枢神经系统疾病的希望,但它的利用因来源的缺乏和伦理道德的约束受到明显的限制。目前使用的神经干细胞大多数来源于鼠,而鼠与人之间存在着明显的种属差别,骨髓间质干细胞和脐血干细胞因其来源丰富、采集容易而备受医学研究者们青睐。神经干细胞的诱导、分化和进一步迁移的机制有待进一步研究。

细胞分化范文第7篇

分析近年来各地的高考试题不难看出,本部分的考点相对单一,主要就是“细胞的分化、癌变、衰老和凋亡”的主要特征、形成机理及其在生产生活、医药卫生中的应用;而设置新情境,结合遗传学和选修三知识背景,要求解释生产生活中的生物学现象,如癌细胞的发生、控制、治疗、衰老现象的产生,细胞分化、衰老、凋亡与基因表达的关系等,则是本部分内容在命题时的一个显著特色。

【基础盘点】

考点一、细胞分化

1.概念:在个体发育中,相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。

2.过程:受精卵细胞组织器官系统生物体。

3.结果:形成形态、结构和功能都有很大差别的组织和器官。

4.特点:持久性、稳定性与不可逆转性。

思考:如何理解不可逆转性与脱分化?

已经分化为根的细胞,就不可能再分化为茎细胞,即为不可逆转性,其前提是要在自然条件下;而在人工条件下,借助现代科技,分化的细胞能脱分化,从而再回到分化前的状态,乃至发育为一个完整植株(脱分化是指使已分化的细胞重新回到未分化状态的过程)。

5.原因:各种细胞具有完全相同的遗传物质,即携带有本物种的全部遗传信息。

6.实质:细胞中基因的选择性表达。遗传信息的执行情况不同,但细胞内的遗传物质不变。

7.畸形分化:极少数细胞由于致癌因子的作用,引起基因突变,导致细胞内遗传物质改变,细胞连续恶性增殖,最终引起癌变。

8.细胞的全能性:高度分化的植物细胞具有全能性,如由胡萝卜的韧皮部细胞可培养得到完整植株;高度分化的动物细胞全能性受到抑制,到目前为止,从未由一个高度分化的动物细胞(生殖细胞除外)培养得到一个动物体;高度分化的动物细胞的细胞核仍具全能性,如克隆羊的培育。

考点二、细胞癌变

1.癌细胞特征:不受机体控制、形态结构发生改变、细胞表面发生变化,易分散转移。

2.癌细胞形成:致癌因子激活原癌基因,从而使正常细胞畸形分化为癌细胞。

3.癌细胞防治:远离致癌因子;手术+放疗+化疗。

思考:放疗与化疗对身体有哪些不良影响?怎样处理既可杀灭癌细胞,又可保护正常细胞?据你所掌握的知识,你认为最具发展潜力的抗癌方法可能是什么?

放疗是利用激光与射线直接杀灭癌细胞;化疗是利用化学药物阻止癌细胞DNA分子的复制,达到抑制癌细胞增殖的目的。这些过程抑制癌细胞的同时,都不可避免地杀死正常细胞,对身体的影响非常大。如果用细胞工程制备的单克隆抗体制成的生物导弹处理癌细胞(癌细胞可看成抗原),由于抗原与抗体的特异性,抗体可“直奔”抗原,而抗体上又带着抗癌药物,这样,就不会影响正常细胞。癌症是由原癌基因突变引起,所以,如能阻止原癌基因的表达,则可从根本上达到抗癌目的。

考点三、细胞衰老与凋亡

1.细胞衰老的特征。

“一大”:细胞核变大,染色质固缩、染色加深;“一小”:细胞内水分减少,萎缩变小、细胞代谢减慢;“一多”:细胞内色素逐渐增多。

2.个体衰老与细胞衰老的关系。

对单细胞生物来说,个体衰老就是细胞衰老;对多细胞生物来说,细胞的衰老不等于个体的衰老,如幼年个体中每天也有细胞的衰老;机体的衰老也不等于细胞的衰老,如老年个体每天也有新的细胞产生。当个体衰老时,组成个体的细胞往往表现为普遍衰老的现象。

3.细胞的凋亡。

(1)概念:由基因决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)意义:对于多细胞生物体完成正常发育,维持内部环境的稳定,以及抵御外界各种因素的干扰都有非常关键的作用。

(3)细胞死亡:包括细胞凋亡和细胞坏死。细胞凋亡是细胞程序性死亡,是正常死亡;细胞坏死是细胞在外界因素作用下的死亡,是非正常的细胞死亡。

【误区剖析】

一、细胞分裂与细胞分化的区别

在生物体中,高度分化的细胞一般不再进行细胞分裂,而分化程度较低的细胞具有一定的分裂再生能力。只有具备分裂能力的细胞中才可出现染色体,否则是以染色质的形式存在;只有具有大液泡的成熟的植物细胞才可发生质壁分离。根尖分生区细胞分化程度低,细胞分裂能力强,而鳞片叶细胞为成熟的植物细胞。

二、细胞分化与细胞全能性的区别

三、细胞凋亡与细胞坏死的区别

神奇的干细胞

干细胞是指生物体生命进程中出现的一类未分化或未完全分化的细胞,一旦需要,它可以按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。动物胚胎干细胞即为未分化的一类细胞,应在受精卵之后,卵裂与囊胚之前获得,因为原肠胚期细胞已经开始分化,成为专能干细胞。如原肠胚外胚层细胞将来发育为表皮及其附属结构、神经系统和感觉器官。现代医学上可运用胚胎干细胞增殖动物器官或组织,治疗人类疾病。

【典例剖析】

例1.(2013・安徽安庆师范高中模拟卷)研究发现,线粒体促凋亡蛋白Smac是细胞中一个促进细胞凋亡的关键蛋白。在正常的细胞中,Smac存在于线粒体中。当线粒体收到释放这种蛋白质的信号时,就会将它释放到线粒体外,然后Smac与凋亡抑制蛋白(IAPs)反应,促进细胞凋亡。下列有关叙述不正确的是()

A.Smac从线粒体释放时需消耗能量

B.癌细胞中Smac从线粒体释放可能受阻

C.癌细胞的无限增殖,可能与癌细胞中IAPs过度表达有关

D.Smac与IAPs在细胞凋亡中的作用相同

【解析】Smac属于大分子物质,以类似胞吐的方式排出线粒体,因此需消耗能量。由题意可知,Smac从线粒体中释放出来后与IAPs反应才能促进细胞凋亡,所以在癌细胞中Smac从线粒体中释放可能受阻。IAPs过度表达可能与癌细胞的无限增殖有关。Smac是线粒体促凋亡蛋白,而IAPs是凋亡抑制蛋白,所以二者在细胞凋亡中作用相反。

造血干细胞幼红细胞排出细胞核网织红细胞丧失细胞器成熟红细胞凋亡

A.成熟红细胞在细胞呼吸过程中不产生二氧化碳

B.网织红细胞仍然能够合成核基因编码的蛋白质

C.造血干细胞与幼红细胞中基因的执行情况不同

D.成熟红细胞衰老后控制其凋亡的基因开始表达

3.细胞与器官衰老是一种正常的生命现象。无论是细胞或器官,在衰老过程中不会出现的是()

A.蛋白质合成停止

B.细胞内某些酶的活性减弱,细胞内呼吸速度减慢

C.动物细胞内色素增加

D.植物体的衰老器官比幼嫩器官含钾量高

4.下图为人体某细胞所经历的生长发育各个阶段的示意图,图中①~⑦为不同的细胞,a~c表示细胞所进行的生理过程。下列叙述正确的是()

A.与①相比,②③④的分裂增殖能力加强,分化能力减弱

B.⑤⑥⑦的核基因相同,细胞内的蛋白质种类和数量也相同

C.②③④的形成过程中发生了基因分离和自由组合

D.进入c过程的细胞,酶活性降低,代谢减慢继而出现凋亡小体

5.近年来,有关肿瘤细胞特定分子的靶向治疗研究进展迅速。研究发现,蛋白X是细胞膜上的一种受体,由原癌基因X编码,在一些肿瘤细胞中,原癌基因X过量表达会持续激活细胞内的信号传导,启动细胞DNA的复制,导致细胞异常增殖。利用动物细胞融合技术制备的单克隆抗体,可用于诊断和治疗原癌基因X过量表达的肿瘤。请回答下列问题:

(1)同一个体各种体细胞来源于受精卵的分裂与分化。正常情况下,体细胞核遗传信息相同的原因是。

(2)通过检测原癌基因X的和可判断其是否转录和翻译。检测成人多种正常组织后,发现原癌基因X只在乳腺、呼吸道等上皮细胞中有微弱表达,这说明。

(3)根据以上信息,可推测原癌基因的主要功能是。

(4)制备该单克隆抗体时,免疫动物的抗原可以是。B淋巴细胞识别抗原并与之结合,之后在适当的信号作用下增殖分化为和。

(5)用该单克隆抗体处理原癌基因X过量表达的某肿瘤细胞株,发现其增殖能力明显下降。这是因为。

6.BAK基因是近年来发现的一种促凋亡基因,癌细胞内的BAK基因表达异常。

(1)细胞凋亡是由决定的细胞自动死亡的过程,对于多细胞生物体的正常发育具有重要意义。

(2)癌变是在致癌因子的作用下,细胞内的发生了突变而导致的。在癌变细胞内,BAK基因的表达水平明显。

细胞分化范文第8篇

(1)说出细胞的分化与生物发育的关系,能说明细胞的分化。

(2)举例说明细胞分化的全能性及其在科学研究中的应用。

(3)搜集和分析有关干细胞研究进展与人类健康的资料,关注当今世界面临的人类健康问题。

2.教学重点

(1)细胞分化的概念和意义。

(2)细胞全能性的概念。

3.教学难点

(1)细胞分化的概念。

(2)细胞全能性的概念及实例。

4.教学流程

新课导入:

师:(利用电脑多媒体课件,真实生动的展示一个宝宝)同学们齐声读一下这个天使宝宝的疑问?

生:咦……我是怎么来的呢?(学生读的时候,充满了好奇与欣喜,旨在激发学生强烈的求知欲)

师:多媒体展示受精卵发育成一个完整胎儿的过程,最后再次展示刚刚天使宝宝,旁边附有一句话:“哦,我是这样来的!”

师:其实个体发育的整个过程是非常复杂的(展示从受精卵经过细胞分裂和分化形成体内各种各样的细胞的图)。

新课教学:

(1)细胞分化的概念及实质的学习。

①细胞分化的概念。

师:展示胎儿发育的部分过程图,学生讨论、交流依次解决下列一系列的问题。

个体发育的起点是什么?一个受精卵是如何形成如此多相同细胞的?这些细胞的遗传物质相同吗?为什么?由这一团完全相同的细胞形成各种不同的细胞、组织经过了什么过程?

师:通过讨论,同学们已经知道这些细胞都是受精卵增殖产生的后代,形成这些不同细胞的过程就是细胞分化。

教师展示红细胞和肌肉细胞的放大图片,提出问题:

同学们能否根据已学的知识分析这两种细胞在形态、结构和生理功能上有哪些差异?学生讨论、交流、总结。

师:通过讨论,我们知道了这些细胞在形态、结构和生理功能上存在着差异,但不管是红细胞还是肌肉细胞,它们最初都是由同一种细胞(受精卵)经过细胞分化而来的。同学们能否尝试说出什么是细胞分化呢?

师生共同归纳,提炼出细胞分化的概念。

②细胞分化的实质的学习。

师:就一个个体来说各种细胞应该具有相同的遗传信息。为什么它们的细胞形态,结构和功能却有很大的差异呢?(多媒体展示相关内容:红细胞中与血红蛋白有关的基因处于开启状态,所以合成了血红蛋白,在肌肉细胞中,合成肌动蛋白有关的基因也处于活跃的状态,所以合成了肌动蛋白)

学生分小组讨论、解决以下问题:

蛋白质的合成与基因的活动状态有关,红细胞中存在与血红蛋白合成有关的基因,那么有没有与肌动蛋白合成有关的基因呢?既然红细胞和肌肉细胞中都有这两种基因,为什么特定的细胞只能合成特定的蛋白质呢?同学们能否尝试着解释为什么在红细胞中没有合成肌动蛋白?在肌细胞中又没有合成血红蛋白?同学们能否归纳出细胞分化的实质是什么?(此处如此处理的理由旨在让学生在解决问题的过程中慢慢领悟在体细胞中存在着许多基因,但基因不一定都处于活跃状态,从而为学生理解细胞分化的实质:基因的选择性表达打下基础)

(2)细胞分化的特点及意义的学习。

①细胞分化的特点。

师:同学们能否通过分析下面两个资料,归纳出细胞分化的特点?

资料一:黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素;离体培养的上皮细胞始终保持为上皮细胞,而不会变成其他类型的细胞。

资料二:受精卵胎儿成年人老年人。细胞分化发生在整个生命进程中,但在胚胎发育时期达到最大。

资料一、二说明细胞分化具有哪些特点?

②细胞分化的意义。

师:同学们想一想,现代社会中有多少种职业?如果没有职业分工,社会的运转状况会是怎样?你个人的生活会与现在有什么不同?

(设计意图:旨在强烈激发学生的积极参与课堂的兴趣,借助学生的想像空间让他们类推:若没有细胞分化,生物将不能完成正常的生命活动,为细胞分化意义的学习奠定基础)

师:那么大家现在可以做这样的一种猜想:假如没有细胞分化,人的身体会是什么样的?如果没有细胞分化个体能否形成各种组织器官?人体能否正常发育?细胞分化有什么意义?

(3)细胞的全能性及其应用的学习。

教师要求学生阅读教科书119页斯图尔德的胡萝卜组织培养图及相关内容讨论、交流(设计意图:培养学生识图、读图,提取信息、交流信息的能力)。

能否结合书本尝试说出实验的流程?斯图尔德这个实验了说明什么?已经分化的细胞的“潜能”在怎样的特定的条件下才能够将全能性发挥出来呢?

展示一张拍摄于峨眉山的珙桐照片,并介绍:珙桐是一千万年前留下来的孑遗植物,人称“植物活化石”,是我国的珍稀植物。如果科研部门想拯救这种珍稀的珙桐,科研人员应该怎么办呢?

学生进行小组讨论,然后代表汇报讨论结果(旨在通过具体情境问题的解决,让学生真正领会细胞全能性的运用)。

教师用多媒体演示多利的诞生过程:为什么不直接将动物乳腺细胞进行培养呢?多莉羊的诞生说明了什么?

师:从多利羊的诞生我们已经了解高度分化的动物细胞一般不能直接形成一个完整的动物体的原因之一。在动物和人体内有没有具有分裂和分化能力的细胞呢?教师展示齐鲁晚报上的一则新闻:一台湾同胞身患白血病,在世界各地骨髓中未找到合适的骨髓提供者,青岛市民听到这个消息纷纷参与造血干细胞采样,希望能为台湾同胞尽一份微薄之力。通过阅读资料你能说说为什么骨髓移植能治疗白血病呢?为什么目前人们这么惧怕白血病呢?

师:有没有比较好的途径来解决呢?展示资料:储存脐血,收获健康(脐带血是胎儿娩出、脐带结扎并离断后残留在胎盘和脐带中的血液,通常是废弃不用的。研究发现,脐带血中含有可以重建人体造血和免疫系统的造血干细胞,可用于造血干细胞移植,治疗多种疾病。目前,脐带血主要用于治疗血液方面的疾病,尤其是对白血病、地中海贫血等有较大的作用)。为什么说储存脐血就能收获健康呢?(旨在计学生深刻体会生物知识与生活密切相关)

师:干细胞的研究还有哪些方面呢?请同学们课后收集有关干细胞的资料。

教师提供中国干细胞治疗网的网址(http//.cn/gxb/index_html)。

5.教学反思

教学过程中教师以一系列的由易到难、由浅入深的问题为主线将整节课串连,紧扣学生的认知特点,让学生在解决一系列问题的过程中了解细胞的分化与生物发育的关系以及细胞分化的全能性及其在科学研究中的应用。在师生共同解决问题的过程中培养学生分析比较的能力、灵活运用知识的能力。整堂课的思路非常清晰,学生对细胞分化的概念、意义、特点、实质以及对细胞的全能性有了较为全面的了解。在整节内容的教学过程中,笔者特别注重将学生的学习与生活联系起来,目的想让学生明白生物知识与生活息息相关,使学生领悟科研工作的重要品质之一:关注细节,注重积累,积极思考。

如在进行细胞分化的概念和实质教学时,笔者先通过展示红细胞和肌肉细胞的放大图片,让学生结合一系列的问题根据已学的知识讨论交流,共同归纳、提炼出细胞分化的概念和实质。再引导学生结合书本,发挥想像:假如没有细胞分化,人会是什么样的?这样激发了学生积极参与课堂的兴趣,并借助学生的想像空间让他们类推出:若没有细胞分化,生物将不能完成正常的生命活动。

再如在细胞的全能性的教学,首先让学生结合书本自学讨论,尝试说出斯图尔德的实验的流程,旨在培养学生识图、读图、提取信息、交流信息的能力。然后展示珙桐照片,让学生思考:如果科研部门想拯救这种珍稀的珙桐,科研人员应该怎么办呢?这样让学生真正领会细胞全能性的运用。

细胞分化范文第9篇

[关键词] 环孢霉素;胚胎干细胞;细胞分化;心肌细胞

[中图分类号] R329.2+8[文献标识码]A [文章编号]1673-7210(2010)05(b)-021-02

Cyclosporin-A induces differentiation of cardiocytes from embryonic stem cells

YAN Peishi

(Department of Cardiology, Dalian Central Hospital, Dalian 116000, China)

[Abstract] Objective: To observe the role of cyclosporin-A (CSA) in differentiation of cardiocytes from embryonic stem cells (ESCs). Methods: The differentiation rates of cardiocytes from ESCs with or without CSA induction were observed. The expression of cardiocyte markers were evaluated with immunohistochemistry. Results: Compared with those of spontaneous differentiation, the differentiation rates of cardiocytes were significantly higher in the presence of CSA. CSA-induced cardiocytes showed the specific features of cardiocytes. Conclusion: CSA potently induces cardiocytes derived from ESCs.

[Key words] Cyclosporin-A; Embryonic stem cells; Cell differentiation; Cardiocytes

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)研究已经为再生医学带来了众多的希望和选择[1-2]。许多干细胞研究已表明ESCs可成功诱导出心肌细胞,而且移植到体内可形成心肌组织[3],但目前尚没有非常有效的诱导ESCs向心肌细胞分化的方法。

有研究报道了一个新的体外分化心肌细胞系统[4-5],避免了EB的形成,是一个二维细胞培养系统。Flk1是内皮生长因子的受体之一,是最早形成的内皮细胞和血细胞的表面标志物,也是中胚层干细胞的标志物。这个分化系统中,代表3个不同分化阶段的ES细胞是逐步诱导的,它们是未分化的ES细胞,Flk1+的中胚层干细胞和心肌细胞。第一步诱导ESCs生成Flk1阳性细胞,用流式细胞仪(FACS)分离提纯,再继续在OP9饲养层细胞上分化培养Flk1阳性细胞。在Flk1细胞分化的第4天,可出现自主搏动的心肌细胞。

笔者在进行细胞移植实验时,将分离纯化的心肌细胞注射到服用环孢霉素A(CSA)的小鼠体内,作为对照实验,在体外探讨了CSA对心肌细胞分化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

高糖DMEM培养液,青/链霉素双抗,非必需氨基酸,β巯基乙醇,L谷氨酰胺,胰蛋白酶,胎牛血清,白血病抑制因子(LIF),明胶,丝裂霉素C,CSA(由诺华药品公司赠送)加入二甲基亚砜溶解为30 mg/ml。用分化培养基在用时稀释成1~3 μg/ml。小鼠抗心肌肌小节(α-actinin)、肌钙蛋白T(cTnT)抗体、Alexander546标记的兔抗鼠荧光抗体、鼠Flk1(AVAS12)单克隆抗体购自NeoMarkers。

1.2 方法

1.2.1 小鼠ESCs的培养及分化EMG7胚胎干细胞株由日本京都大学山下润副教授馈赠。该细胞株导入了αMHC启动子控制的GFP基因,当自主搏动的心肌细胞出现时,在荧光显微镜下可观察到心肌细胞的绿色荧光。

ESCs复苏后接种到明胶覆盖的培养皿上,加入ESCs培养基,于37℃、5% CO2孵箱中培养,隔天传代。ESCs培养基为含有非必须氨基酸(0.1 mmol/L)、青霉素(50 U/mL)、链霉素(50 μg/L)、β巯基乙醇(0.1 mmol/L)、LIF(1×106 U/ml)、胎牛血清(15% V/V)的DMEM。将传代2~3次的ESCs消化,离心后加入分化培养基,分化培养基为含有青/链霉素双抗及胎牛血清(20% V/V)的DMEM。每48小时更换分化液,第4.5天(108 h)时用FACS分离提纯Flk1阳性细胞,继续在OP9饲养层细胞上培养4 d,自主搏动的心肌细胞可出现,第6天可以用FACS分离提纯GFP阳性的心肌细胞。单纯加分化培养基的设为对照组(n=5),即自发分化组;分化培养基中加入CSA(n=5),即诱导分化组,在Flk1阳性细胞接种到OP9细胞上时加入CSA。

1.2.2 OP-9细胞的准备 取3~5代的OP9,加入终浓度为10 μg/ml的丝裂霉素C处理2 h,PBS洗涤2次,消化、离心,接种到10 cm的培养皿中制成饲养单层细胞。

1.2.3 FACS分离提纯细胞经过96~108 h分化,把细胞从培养皿上消化并收集起来,与APC-Flk1抗体结合,标记上DAPI,用FACS-Vantage分离提纯Flk1阳性细胞,继续在OP9细胞上培养6 d。

1.2.4 细胞免疫荧光检测吸掉24孔培养皿中的培养液,室温下4%多聚甲醛固定15 min,冷PBS洗涤2次,加1% BSA室温下封闭30 min。加入cTnT抗体(1∶2 000稀释)及α-actinin(1∶200稀释)4℃孵育过夜。第2天PBS洗涤后加入Alexander546标记的兔抗鼠抗体(1∶200稀释),室温下孵育1 h;PBS洗涤后复染0.1 μg/ml DAPI,荧光显微镜下观察。

1.2.5 定量分析心肌细胞的分化率cTnT荧光染色后,使用电子CCD相机探测cTnT的荧光强度,然后用Image-Pro Plus图像处理软件处理数据。

1.3 统计学处理

经SPSS 11.5软件分析,组间比较采用方差分析,P

2 结果

2.1 CSA对ESCs的诱导作用

数据以均数±标准差(x±s)表示,CSA能够诱导ESCs向心肌细胞分化并扩增ESCs分化形成的心肌细胞。加入CSA显著增加了自主搏动的心肌细胞(图1A);对照组cTnT阳性心肌细胞为(1.00±0.05),CSA组为(13.00±0.08),CSA组比对照组增加了13倍(P

图1CSA诱导并扩增ESCs分化形成心肌细胞

(A.cTnT-HRP染色后显示CSA诱导的cTnT阳性心肌细胞增多;B.用cTnT免疫荧光染色后,定量评估心肌细胞分化率)

Fig.1Cardiocyte induction from ESCs by CSA

(A.CSA-induced cTnT positive cardiocyte increased after cTnT-HRP staining; B.Quantitative evaluation of cardiocyte induction by fluorescent intensity of cTnT staining)

2.2 细胞免疫荧光检测

细胞免疫荧光检测显示,CSA诱导生成的心肌细胞可正常表达cTnT(图2A)和心肌肌小节α-actinin(图2B、C)说明肌浆网形成。

以上结果表明CSA成功诱导了ESCs向心肌细胞分化并扩增ESCs分化形成的心肌细胞。

3 讨论

心肌细胞是终末分化细胞。当心肌细胞发生缺血、坏死后,心肌组织发生重构,有效心肌数目减少,心脏功能发生不可逆减退,导致心力衰竭[6]。ESCs是具有自我更新能力和多向分化潜能的全能干细胞,是心肌细胞再生的理想供体细胞,但目前胚胎干细胞向心肌细胞分化的阳性率很低[7]。

本研究提供了一种新的方法来诱导和扩增胚胎干细胞向心肌细胞分化。CSA是一种calcineurin拮抗剂,能够阻断T细胞内的NFAT的信息通路,从而发挥免疫抑制剂的作用[8]。CSA还参与了各种各样的细胞活动[9],如心脏瓣膜的形成[10]、心肌肥厚[11]和毛发的生长[12]。CSA可能经NFAT信息通路参与心肌细胞的分化,但目前具体的作用机制还不明确,有待进一步研究。

[参考文献]

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[11]Pompa JL, Timmerman LA, Takimoto H, et al. Role of the NF-ATc transcription factor in morphogenesis of cardiac valves and septum [J]. Nature,1998,392(6672):182-185.

[12]Horsley AO, Aliprantis L, Polak LH, et al. NF -ATc1 balances quiescence and proliferation of skin stem cells [J]. Cell,2008,115(2):299-310.

细胞分化范文第10篇

[关键词]牙髓干细胞;成牙本质向分化;成骨向分化

[中图分类号]Q 254[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.03.027

Research progress on dental pulp stem cells differentiationGou Wenting, Ye Ling, Tan Hong.(Dept. of Conservative Dentistry and Endodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

[Abstract]Dental pulp stem cell(DPSC)is a kind ofstem cells with high proliferative capacity, self-renewal property and multilineage differentiation potential, which are capable to differentiate into several lineages under specific stimuli and play an important role in dental pulp repair and tooth regeneration. This article will review the research progress of DPSC differentiation.

[Key words]dental pulp stem cell;odontoblastic differentiation;osteogenic differentiation

牙髓组织中具有形成细胞克隆能力和较强增殖能力的未分化间充质细胞即牙髓干细胞(dental pulp stem cell,DPSC)。微环境的变化,诱导了DPSC分化相关基因的程序化表达,使其增殖分化为不同类型的功能细胞。本文就DPSC分化相关的研究进展作一综述。

1成牙本质向分化

Gronthos等[1]发现:DPSC被L-维生素C和地塞米松诱导5~6周后可形成高密度散在的矿化结节;将DPSC复合到羟磷灰石/磷酸三钙支架上植入免疫缺陷小鼠皮下,能够形成与天然牙结构近似的牙髓-牙本质复合体,其中包括牙本质样结构,沿牙本质小管样结构排列的成牙本质样细胞以及血管、神经和结缔组织,而且在DPSC移植物中存在着骨涎蛋白(bone sialoprotein,BSP)、骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)以及牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein,DSPP)。DPSC形成的矿化基质呈球形钙化,其矿化方式类似原代牙本质。这表明DPSC在体外可以分化为成牙本质样细胞,复合到支架材料上可以形成牙本质-牙髓样组织。

1.1上皮与间充质间的作用机制

牙齿的发生是在上皮和间充质的相互诱导下完成的,故上皮与间充质间的相互作用在DPSC的分化过程中扮演着重要的角色。上皮与间充质间的相互作用既可以是细胞与细胞之间的直接作用,也可以是细胞与基质之间的间接作用。

Zhang等[2]将人牙髓细胞置于胶原凝胶膜上,并与悬浮于生长因子减少的基膜上的猪牙上皮细胞共同培养,然后分别进行体外培养和动物实验研究,4周后可检测到釉原蛋白、DSPP、层粘连蛋白5和Ⅳ型胶原的表达,以及不规则矿化组织的形成。这表明猪牙上皮细胞能诱导人牙髓细胞分化为成牙本质细胞。

细胞外基质(extracellular matrix,ECM)作为细胞生存的微环境,含有多种复杂的信号分子,在组织发育过程中间接调节细胞的增殖与分化。细胞与基质间的相互作用即ECM中细胞因子调节了DPSC的分化。

牙本质基质蛋白(dentin matrix protein,DMP)-1是一类牙本质非胶原细胞外基质蛋白,是前体和成熟的分泌性成牙本质细胞的重要产物,在未分化间充质细胞分化和牙本质矿化中起重要作用。Almushayt等[3]发现,DMP-1可诱导DPSC分化为成牙本质细胞,高表达牙本质涎蛋白(dentin sialoprotein,DSP)和DMP-1,对碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AKP)活性的促进作用呈浓度依赖性。在鼠牙髓损伤模型中可形成修复性牙本质。

转化生长因子-β超家族(transforming growth factor-βsuperfamily,TGF-βs)是一组结构相关的生长因子,包括转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β、活化素(activin,Act)和骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP),具有多种生理功能。TGF-βs是牙齿形态发生的重要调节因子,它们能够调节细胞增殖、分化和凋亡,此外还能维持多种组织的发育。He等[4]在体外实验中发现,TGF-β1可启动DPSC向成牙本质细胞分化,成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)-2则可协同上调TGF-β1的促分化作用,增强AKP活性,极化细胞出现,矿化结节形成,DSP和DMP-1呈阳性表达。BMP是一组分泌性多功能蛋白,能刺激间充质干细胞向成软骨细胞、成骨细胞和成牙本质细胞分化。BMP家族成员在牙发育过程中不同的时相和部位联合表达,对牙胚发育、形态形成、细胞分化和基质分泌有重要的调控作用。BMP及其受体均存在于成人恒牙牙髓细胞中。Lin等[5]利用腺病毒载体诱导牙髓细胞产生BMP-7,从而明显地增加AKP活性,诱导DSPP表达,形成骨样牙本质;而以BMP-2诱导牙髓细胞,可产生类似的结果。

他汀类药物为甲基羟戊二酰辅酶A还原酶抑制剂,可促进骨形成。Okamoto等[6]将辛伐他汀作用于DPSC,发现与bmp-2相比,辛伐他汀更能上调DPSC的OCN和DSPP的表达;体内植入辛伐他汀后,有矿化组织形成。这说明他汀类药物可以诱导DPSC向成骨细胞和成牙本质细胞分化。

Kim等[7]利用钴原卟啉诱导牙髓细胞产生血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)-1,结果细胞矿化增强,AKP、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、BSP、DMP-1和DSPP的表达均上升,细胞向成牙本质细胞分化。而在HO-1的抑制干扰试验中,HO-1会抑制牙髓细胞的分化能力。

在肝和肾中,ZnCl2诱导金属硫蛋白(metal- lothionein,MT)产生,以抵抗毒素。与传统药物相比较,MT能使角膜伤口更好地愈合。Lin等[8]在诱导DPSC分化为成牙本质细胞的作用时发现,ZnCl2可缩短其矿化周期,成牙本质分化标志物的表达更明显,mt基因的表达也随之增加。由此他们认为,ZnCl2通过上调mt基因促进了DPSC的成牙本质分化。

金属蛋白酶解离素28(a disintegrin and metalloprotease 28,ADAM28)是ADAM家族近年来发现的定位于细胞表面,拥有蛋白水解和黏附特性并具备自身催化活性的跨膜分泌型糖蛋白,其功能主要是参与细胞增殖、分化,胞外基质重建,裂解细胞外基质蛋白,促进细胞黏附聚集和细胞迁移等。Zhao等[9]发现,ADAM28在人DPSC中呈阳性,反转录聚合酶链反应(reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)显示有特异的255 bp条带,而ADAM28具有激活多种生长因子及其受体,促进细胞增生与分化,参与生物信号转导的作用;应用ADAM28真核质粒ADAM28反义核酸转染DPSC后发现,ADAM28可显著抑制DPSC增殖,促进AKP的分泌活性和DSPP的表达,显著诱导DPSC的凋亡。

1.2基因调控机制

DPSC分化的本质是特定基因活化的结果,现有的研究提供了一些有价值的候选基因,但其具体的调节机制仍需要进一步的研究证实。

Mina等[10]用转基因小鼠研究牙髓细胞向成牙本质细胞的分化,发现GFP在分化细胞中的表达与DSPP相关,其2.3 kb长的Ⅰ型胶原α1链蛋白基因启动子片段对成牙本质细胞的分化起重要作用。Liu等[11]发现,DPSC发生成牙本质向分化时,核心结合因子-α1、TGF-β相关基因,表皮生长因子受体和胶原代谢相关基因在初始时表达均升高,而在DPSC分化过程中唯一表达下降的是细胞外基质磷糖蛋白(matrix extracellular phosphoglycoprotein,MEPE)基因,因此他们认为MEPE是矿化的抑制剂,可作为DPSC分化时的检测指标。Liu等[12]在研究成牙本质和成骨诱导分化时DPSC中84种干细胞相关基因的表达时发现,细胞周期蛋白D2、dll-1和mme是上调基因,krt-15则明显下调。大量调节基因在成骨和成牙本质分化中交互作用或串话,通过Notch、Wnt、TGF-β/BMP、钙黏着蛋白信号通路实现。He等[13]利用转染的DPSC过表达Delta-1基因,并在成牙本质分化诱导培养基中诱导其分化,结果发现DPSC的Notch信号调节通路被激活,细胞增殖增强,但分化受到抑制;随后他们又用反转录病毒介导Delta-1干扰RNA,抑制Delta-1基因表达,阻断Notch信号调节通路被激活,结果AKP活性和钙化物沉积明显增强,并且表达DSPP。由此可见,抑制Delta-1基因和Notch信号调节通路可以促进DPSC向成牙本质细胞分化。Mehrazarin等[14]将DPSC连续培养,随着细胞衰老其Bmi-1、OCN、DSP及BSP的基因表达下降。利用外源性Bmi-1反转录病毒载体转导传代后期的DPSC,OCN和DSP的表达均上升,同时AKP活性增强和矿化结节形成。DPSC衰老后失去成牙本质和成骨分化能力,可能是由于bmi-1基因表达减少。

2成骨向分化

Laino等[15]观察到,在体外矿化诱导DPSC 40 d后,BSP和OCN免疫荧光染色呈阳性,并可见骨小梁结构,随后将此骨样组织回植免疫缺陷小鼠背部皮下,4周后形成了发育良好的板状骨,甚至可见骨陷窝中的骨细胞,即DPSC在特定的矿化条件下具有成骨能力。

成骨细胞和成牙本质细胞同属具有矿化性质的细胞,因此其分化调节机制具有相似性,但两者间又存在一定的差别。

胆骨化醇的代谢物能够调节骨代谢,1α,25-二羟胆骨化醇[1α,25-dihydroxy-cholecalciferol,1α,25-(OH)2D3]在牙齿矿化过程中起重要作用。Khanna-Jain等[16]体外研究发现,1α,25-(OH)2D3和25-二羟胆骨化醇的代谢物可增强AKP活性,诱导细胞矿化,促进OPN和成骨细胞的标志性蛋白OCN的高表达。由此说明,胆骨化醇代谢物诱导了DPSC向成骨细胞方向分化;另外DPSC中胆骨化醇调节基因cyp24和cyp27B1的表达上调,25-二羟胆骨化醇转化成1α,25-(OH)2D3。Huang等[17]在培养基中加入0.005 g·L-1葡萄糖胺,研究其对DPSC分化的作用,发现葡萄糖胺通过TGF-β1受体和Smads信号通路,上调核心结合因子-α1和AKP的表达,从而促进DPSC成骨向分化,产生更多的矿化基质沉积。Mori等[18]在合适的培养基中诱导DPSC成骨向分化,发现诱导后的DPSC表达大量AKP、Ⅰ型胶原、OPN和OCN,这些是成骨细胞表型特征;同时,表达核心结合因子-α1、JunB、转录激活蛋白AP-1,这些都是成骨细胞分化和骨形成相关转录因子;而且DPSC还表达了胰岛素生长因子结合蛋白-5。

除上述生物化学诱导因素外,近年来不少学者还发现物理因素亦可作用于DPSC的成骨向分化。Han等[19]利用生物反应器以0.2 Hz频率施加10%压力于DPSC 15 d后,Ⅰ型胶原、纤连蛋白、骨保护蛋白和BSP的表达均增强,而平滑肌肌动蛋白表达减少;提示机械刺激可促进DPSC的成骨作用。Hsu等[20]在有成骨诱导剂的条件下,将鼠的牙髓细胞置于静磁场中体外培养,发现细胞外信号调节激酶1/2活性增强,成骨核心结合因子-α1的表达升高,说明静磁场可促进牙髓细胞的成骨向分化和矿化。

3其他

Gronthos等[1]研究发现,DPSC具有向脂肪细胞分化的潜能。Kir觃ly等[21]RT-PCR检测发现:未经诱导的DPSC已表达波形蛋白、巢蛋白、神经微管蛋白、Neurogenin-2、神经纤维-M,这些蛋白是神经前体细胞和神经胶质细胞的标志,表明体外培养的DPSC可以向神经样细胞方向分化;而诱导后细胞的波形蛋白、巢蛋白、神经微管蛋白表达则减少,Neurogenin-2、神经纤维-M、神经元特异性烯醇酶和胶质纤维酸性蛋白表达则增强;最后诱导成熟的细胞除了波形蛋白和巢蛋白外,其余神经元标志基因的表达均高于未诱导分化组。膜片钳技术检测发现,分化后的细胞表现出电压依赖性钠、钾通道功能活动。由上述研究可见,体外成神经诱导的DPSC不仅可以表现神经元细胞的形态和表达多种神经元细胞标志物,还能体现神经元细胞的功能性,进一步证实了DPSC具有向神经细胞分化的潜能。

Ishkitiev等[22]体外诱导培养DPSC,培养基中含有肝细胞生长因子、地塞米松、胰岛素-转铁蛋白-硒-X及制瘤素,结果发现,细胞表达出特异性肝细胞分子标志物,如甲胎蛋白、白蛋白、肝细胞核因子4α,同时培养基中尿素含量明显增加,细胞中还发现有大量糖原。由于细胞产生特异性肝细胞蛋白,并表现出肝细胞储存糖原和产生尿素的特有功能,故实验表明DPSC具有向肝细胞分化的能力。

除此以外,还有多项研究证实DPSC经条件培养基的诱导,可分化为成纤维细胞、血管内皮细胞、肌细胞、软骨细胞和黑色素细胞。

4小结与展望

目前,随着人们对美观和生活质量需求的提高,组织工程牙的发展日益受到关注,DPSC将在其中扮演重要角色。上述研究说明,用DPSC构建牙本质-牙髓复合体样结构,实现真正意义上的牙本质、牙髓再生,是具备一定可行性的。DPSC的分化研究尚处于初级阶段,其调控机制仍不清楚,存在着诸多问题。所有目前的这些研究大多形成了类似牙本质-牙髓复合体的牙冠样结构,却未出现完整的牙冠-牙根-牙周组织样结构。所形成的组织工程牙体积均较小,因此如何控制其大小、形状和发育时间等问题尚需进一步研究。

5参考文献

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