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，已成為威脅人類健康的主要疾病。由于透析僅能提供周期性的濾過功能，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，長期腎臟替代療法可有效地改變腎衰竭的預后，但不能從根本上改變腎實質(zhì)損傷的病理損害，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質(zhì)損傷，但移植后免疫排斥問題的治療難以取得實質(zhì)性突破，而且供體腎源匱乏。近年來，發(fā)育生物學、干細胞和再生醫(yī)學、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。
　　干細胞移植是一項基于細胞培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展起來的細胞工程技術(shù)，其利用干細胞的生物學特性，通過體外增殖，誘導定向分化，以及應(yīng)用基因修飾技術(shù)改變干細胞特性，構(gòu)建各種細胞、組織和器官。在腎臟病研究領(lǐng)域，隨著干細胞生物技術(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胞建立細胞庫，拓寬腎臟干細胞的來源，應(yīng)用干細胞分化技術(shù)產(chǎn)生新的腎細胞、腎單位和腎器官，通過干細胞移植技術(shù)促進腎細胞再生和修復，或啟動器官再次發(fā)育，為腎臟疾病治療學的研究帶來了新的契機。克隆技術(shù)在現(xiàn)代生物學中被稱為“生物放大技術(shù)”，它已經(jīng)歷了三個發(fā)展時期：第一個時期是微生物克隆，第二個時期是基因克隆，第三個時期是動物克隆。其在器官克隆及移植上的巨大潛力引起了廣泛的關(guān)注，但同時存在倫理道德問題及一定的技術(shù)風險。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題。
　　體內(nèi)、體外組織工程是近年來發(fā)展起來的一項技術(shù)。其以少量種子細胞經(jīng)體外擴增后與生物材料結(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)建一個有生命的體外裝置，暫時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)，誘導自身組織再生，達到修復組織結(jié)構(gòu)、恢復組織器官功能的目的。該技術(shù)克服了供體來源不足以及“以創(chuàng)傷修復創(chuàng)傷”等缺陷，將從根本上修復缺損的組織或器官，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和（或）功能重建。腎臟是第一個成功移植的器官，也是第一個用人工裝置替代其功能的實質(zhì)器官，隨著組織工程的發(fā)展，腎臟或許會成為第一個應(yīng)用組織工程實現(xiàn)完全替代的器官。
　　第一節(jié)干細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），長期依賴，急、慢性并發(fā)癥較多，嚴重影響患者的生存質(zhì)量及社會回歸率。腎移植存在供體器官來源匱乏、免疫排斥等諸多問題，故人們把研究轉(zhuǎn)向了干細胞生物工程，以期提高患者的生存質(zhì)量及社會回歸率。干細胞是一類特殊的未分化細胞，主要存在于胚胎和成體中，具有長期自我更新、多向分化的潛能，在特定的條件下，可分化形成多種終末細胞。近年來干細胞治療在血液病、腫瘤、肝病等各個領(lǐng)域逐步發(fā)展和應(yīng)用，同時也為腎臟疾病治療學的研究帶來新的契機，可用于減少毒素、組織修復及治療缺血導致的腎損害等。干細胞移植是如今生物醫(yī)學研究中最熱門的話題，它將為急、慢性腎臟疾病的治療開辟新的道路。
　　一、干細胞概述
　　（一）干細胞的定義及分類
　　干細胞是一類長期具有自我復制、增殖、自我更新能力的未分化細胞，具有多向分化潛能，屬人體的起源細胞，不同來源的干細胞分化潛能各異，被醫(yī)學界稱為“萬用細胞”。干細胞移植技術(shù)是一項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，實現(xiàn)組織器官的無排斥移植及無損傷修復，現(xiàn)已廣泛涉及傳統(tǒng)醫(yī)學方法難以醫(yī)治的多種難治癥的治療，應(yīng)用前景十分廣闊。
　　干細胞界定標準：①可長期進行反復的、連續(xù)的、自我更新式的細胞分裂；②起源于單一干細胞的子細胞可分化為多種終末細胞類型；③可通過對稱分裂及非對稱分裂兩種方式生長；④干細胞植入損傷的受者體內(nèi)時，它有重建原來組織的功能；⑤不易確定的標準是即使無組織損傷，干細胞也能在體內(nèi)分化擴增。將胚胎干細胞注入胚泡中，其能以一種不確定的未分化狀態(tài)擴增，可分化為所有類型的細胞。
　　根據(jù)分化潛能的不同，干細胞可分為全能干細胞、專能干細胞、多能干細胞三種類型。全能干細胞即受精卵，可分化形成機體內(nèi)所有類型的細胞，如胚胎干細胞（embryonicstemcell，ESC）。專能干細胞由多能干細胞分化形成，只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細胞分化，如肌肉中的成肌細胞、肝臟中的卵圓細胞等。多能干細胞具有分化成多種細胞的潛能，但尚不能發(fā)育成完整的個體，如骨髓間充質(zhì)干細胞和造血干細胞等。根據(jù)細胞發(fā)生學的來源的不同，干細胞又可分為ESC和成體干細胞（adultstemcell，ASC）。ESC是胚囊期內(nèi)細胞群或原始生殖細胞分離出來的一類全能干細胞，在適宜條件下可以分化為所有三個胚層及胚外組織，特定條件下還可獨立分化出完整的器官。ASC是一種具有專能性和多能性的未分化細胞，主要存在于發(fā)育成熟的個體體內(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胚層的組織。專能性細胞是指由多能性干細胞進一步分化而來，只能分化為本系統(tǒng)各譜系細胞。ASC可通過取代失去生理活性的細胞或修復損傷的方式來維持組織器官結(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型的細胞，直接用于體內(nèi)組織的原位修復，致癌風險較小。某些ASC可遠離“發(fā)源地”，向體內(nèi)損傷部位遷移，并向成熟體細胞定向分化，在特定條件下，還可以橫向分化及跨系甚至跨胚層分化，解決了長久以來人們對ASC的研究與應(yīng)用的生命倫理學之間的爭論，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)，細胞分裂很慢或很少分裂，細胞周期比較長，被認為是以休眠狀態(tài)存在的胎兒組織干細胞。
　　干細胞的增殖、更新、分化等功能受到體內(nèi)多種調(diào)控信號及微環(huán)境的共同調(diào)控和干預。在生理和病理狀態(tài)下，機體為了維持細胞更新以及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，干細胞群可以轉(zhuǎn)分化為多種細胞類型的組織細胞。例如，在大多數(shù)高等脊椎動物中，來源于腦室管膜的神經(jīng)干細胞可分化為多種神經(jīng)細胞，如星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元等；骨髓中的造血干細胞可以補充血細胞；肝臟干細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)分泌細胞等，在腎臟中同樣也存在腎干細胞群。
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