在这个节目中，来自剑桥大学的Roger Pedersen教授和我们一起讨论了什么是干细胞，它们在胚胎发育中的作用是什么，以及它们如何被用来修复或替换受损的组织，来自伦敦帝国理工学院的Huseyin Mehmet博士讨论了他是如何开发基于干细胞修复的脑瘫疗法的。来自新加坡脐带血干细胞库CordLife的Soren Muller Bested也加入了我们的讨论，他将讨论废弃的新生儿脐带血如何成为干细胞的丰富来源。
在这一集里
多亏了屋顶草，北京奥运空气清洁
为了赶在2008年奥运会前改善空气质量，北京这个令人窒息的首都开始在屋顶上种草，以帮助过滤空气。北京的道路交通流量每年增长15%。大多数主要首都城市依靠种植树木和植被的绿色开放空间绿洲来保持空气质量。但是北京太拥挤了，没有更多的绿化带，所以官员们把目光转向屋顶。去年，他们在屋顶草坪上种植了1万平方米的常绿草，今年的目标是10万平方米。他们还打算转移200家污染最严重的工厂。2004年，官员们宣称已经达到了227天空气清新的目标，尽管许多人对这一声明所用的标准持怀疑态度。
捕蝇草是如何自动关闭的
查尔斯·达尔文称捕蝇草是世界上最奇妙的东西之一，但150多年后，研究人员仍在努力解释这种植物是如何如此迅速地关闭捕蝇草的。但现在我们认为我们知道答案了。此前，科学家们认为，当特殊的“运动细胞”收缩时，叶子会迅速关闭，就像气球爆裂一样，把叶子的两半合在一起。但即使这样也不能解释这个过程发生的速度。为了解决这个问题，一个由法国、美国和英国的研究人员组成的团队使用了每秒能捕捉400帧的高速摄影技术，来追踪陷阱关闭的十分之一秒内发生的事情。从照片中可以看出，捕蝇草可以很快地从一个凸起的形状变成一个凹的形状，就像一个坏了的网球翻过来，可以迅速地从一个稳定的形状“弹”到另一个。这是通过叶壁内的细胞和纤维的排列来实现的，尽管科学家们还没有弄清楚陷阱内潜在食物的到来是如何触发形状变化的。
脐带血干细胞技术
与Soren m&umumller Bested合作，CordLife，新加坡
Chris -脐带干细胞银行的动机是什么?
索伦:几十年前我们就知道，发育中的婴儿没有任何骨髓，所有负责在以后的生命中产生骨髓的干细胞都在血液中循环。所以新生婴儿的血液中干细胞的浓度大约是骨髓中干细胞浓度的十倍。我们的想法是，如果我们能收集脐带血(在婴儿出生后)，我们就能收获血液中的干细胞，并在移植情况下将它们用作骨髓的替代品。血液是在婴儿出生后从脐带中采集的，否则脐带就会被扔掉。我们将细胞低温保存在零下196摄氏度的液氮下。有证据表明，如果以这种方式储存，干细胞应该可以无限期保存，尽管这很难证明。然而，研究人员已经证明，当以这种方式储存时，这些细胞在15-20年后仍然和第一次收集时一样有活力。
克里斯-假设我有一种情况，干细胞可以治疗。你会怎么用你储存的干细胞来治疗我?
Soren -我们会用与骨髓干细胞治疗病人相似的方法来治疗你。你需要接受一个疗程的化疗来清除体内患病的骨髓。然后，我们将取出生命早期储存的脐带细胞，并将这些细胞注入静脉。这些细胞在血液中循环一小段时间，然后进入骨髓腔，定居下来，开始产生新的骨髓。这和新生婴儿的情况完全一样。这也意味着，如果你有来自女性脐带的细胞，你的余生就会有一个女性的骨髓。
侯赛因-人们对脐带干细胞大肆宣传。听起来Cord Life是一家大公司，而且对自己所做的事情也很真诚。你现在的想法是什么，我们可以用脐带干细胞在体内制造任何你喜欢的组织?
索伦-我认为它比我们今天所认为的有更高的潜力。然而，我不认为脐带血细胞能制造一切。目前我们只关注心脏病和骨髓疾病。
Chris -其中一个限制是你只能从每根脐带中获得少量的干细胞。这不足以治愈一个成年人。你有什么技术可以帮助解决这个问题?
索伦:我们意识到这是个问题。我们目前正准备开始尝试培养脐带干细胞的临床试验。我们使用的是细胞基质技术。这项技术最初是由美国宇航局开发的，是一种表面积体积比非常大的材料。它被用于航天飞机的催化转换器。当我们观察材料时，我们意识到基质看起来非常像人类骨髓。我们的想法是，如果我们能把细胞放在它们习惯的环境中，我们可能就能扩大细胞。我们发现它是有效的。实验室和动物试验已经完成，现在我们即将进入人体临床试验。我们希望临床试验能在未来两年内完成，所以它可能需要三到五年的时间才能成为一种标准疗法。
胚胎干细胞和干细胞技术
剑桥大学Roger Pedersen教授
来自剑桥大学的罗杰·彼得森……
罗杰:我想谈谈人类胚胎干细胞的问题。这种类型的干细胞是所有干细胞之母，有可能变成身体的每一个组织。因此，这是非常令人兴奋的，并且具有很大的临床潜力。我想谈谈为什么我们应该对这些细胞感兴趣，不仅因为它们是一种产品，而且它们能告诉我们关于我们自己的什么，以及我们是如何形成的。想想我们对这些细胞的了解，以及它们如何为基础知识做出贡献，这是一件很有趣的事情。
干细胞有很多媒体报道，但什么是干细胞?
罗杰-这是一种可以经过特化形成特化细胞的细胞，但同时，保留特化的能力。当干细胞分裂时，一个成为特化细胞，而另一个仍然是干细胞。特化细胞是我们身体中执行某种功能的所有不同细胞。它们是我们在身上和体内看到的所有细胞，比如肺细胞、皮肤细胞、毛细胞和肾细胞。
克里斯:一个卵子和一个精子相遇，就得到了一个细胞。因此这是一个干细胞吗?
罗杰:这是干细胞一词的特殊用法，因为这是人类发育的第一个细胞。这个细胞不仅有潜力制造胎儿的所有细胞，也有潜力制造胎盘的所有细胞。我们感兴趣的是那些首先决定成为胚胎而不是胎盘的细胞。这些是干细胞的来源，它们的临床应用引起了如此多的兴奋。
克里斯:这也是有争议的，因为如果我们想获得干细胞，我们需要获得胚胎。为我们自己获得胚胎需要克隆我们自己。
我将把这个问题分成两部分:胚胎和克隆。作为胚胎干细胞来源的胚胎来自体外受精的剩余胚胎。这些胚胎是由已经结束家庭生活的患者捐赠的，他们希望这些胚胎用于科学研究。光源是一个非常小的空心细胞球，只有针尖大小。
Huseyin -我想补充一点，从法律上讲，如果这些卵子不捐献，一旦人们怀孕，它们就必须被销毁。许多接受体外受精技术帮助的人说，因为他们是多余的胚胎，不能自己使用，所以他们想捐出胚胎来帮助研究。只有捐献胚胎才能保存。
克里斯:我们想要使用的胚胎干细胞还处于发育的早期阶段。它们是将继续形成发育中的胎儿的细胞。
罗杰-是的，一旦它们在培养皿中生长，它们就会保持这种非常早期的非特化状态。细胞本身看起来很无辜。它们看起来就像非常难以形容的扁平细胞，似乎没有这种巨大的能力生长成体内的任何细胞。
Chris -它们怎么被使用?
罗杰:这是我们研究的挑战。我们知道他们可以做到专业化，但挑战在于如何在培养皿中做到这一点。出于这个原因，我们需要弄清楚它们是什么，以及在发育的早期阶段，干细胞是什么。它怎么知道要变成什么，又怎么做出决定?
克里斯:我们知道让干细胞转变成心脏细胞的信号吗?触发因素是什么?
罗杰:通过研究动物模型，比如青蛙、鱼、海胆和老鼠，我们已经知道了很多。我们对它们体内发生的事情了解很多，但对人类却知之甚少。
Chris -我听说如果你把干细胞注射到受损的部位，细胞知道要去哪里并移动到需要修复的部位。
罗杰:有一些早期的研究表明了这一点。然而，目前尚不清楚的是，干细胞是否可以修复这种损伤。它们可能在帮助原生细胞自我修复。当我们受伤时，血液会直接流向受损部位。如果将绿色荧光蛋白标记的干细胞注射到骨髓中，受损的皮肤就会变成绿色，这可能就是原因。
脑瘫的干细胞治疗
与伦敦帝国理工学院Huseyin Mehmet博士合作
Huseyin -我的背景是大脑发育，特别是试图了解早产儿的脑损伤。随着医生越来越擅长抢救早产儿，我们的工作也变得越来越重要。存活下来的婴儿越多，我们需要治疗的病人就越多。婴儿一出生，大脑中就有大量已经死亡的细胞。损失已经造成，我们帮不了什么忙。我们的团队开始对在这些受损细胞死亡之前替换它们感兴趣，这就是我们研究干细胞的方式。我们对使用干细胞来帮助替代脑瘫等疾病中失去的细胞非常感兴趣。这个领域有很多困惑。我想谈谈实际情况，消除一些媒体的炒作。我还想谈谈干细胞的发展方向以及未来的真正前景。
克里斯:这些细胞有可能用于临床。你在做什么来帮助脑瘫患者?
Huseyin -我坚信在临床试验之前应该有良好的科学知识基础。有很多病人愿意冒险尝试治疗方法，但我认为重要的是首先要了解在机制层面上发生了什么。目前，我们正试图将干细胞分化成组织。如果我们理解了这一点，那么也许我们可以说服病人的细胞去做这件事。如果我们能让自己的干细胞变成我们想要的组织，就不会有任何道德或伦理问题。
克里斯:成体干细胞和胚胎干细胞有什么区别?
Huseyin -非胚胎干细胞的典型例子是从骨髓中分离出来的干细胞和从大脑中分离出来的神经细胞。其中一些非胚胎干细胞今天已经被成功地应用。一些血液干细胞从骨髓中分离出来，在白血病患者接受化疗和放疗后重新植入他们体内。这可以重新填充病人的血液。这表明它们有临床用途。然而，目前的争论是它们是否真的具有与胚胎干细胞相同的可塑性。我的意思是，它们是否有潜力转变成所有其他组织。如果我们从骨髓中提取干细胞，它们可能只能产生通常在骨髓中产生的细胞。同样，来自大脑的干细胞可能只能转化为神经细胞。有些人声称提取脑干细胞并将其转化为肌肉细胞，但在我看来，这是非常早期的，而且极具争议性。 However, if it is true, it will be very exciting.
如果是青光眼造成的损伤，修复的可能性有多大?
青光眼是一种因眼部压力过大而引起的疾病。长期压迫会损害视神经，从而损害视力。这种情况是遗传的，所以检查一下很重要。青光眼很容易发现并通过控制眼压来治疗。许多人都在补偿，甚至没有意识到他们有这种病。- Huseyin -在理想世界中，这是干细胞能够解决的问题之一。科学家们使用了视网膜损伤的动物模型，并将干细胞注射到视网膜损伤的老鼠的眼睛中。通过给它贴上绿色荧光蛋白的标签，我们就能知道它们去了哪里。在许多情况下，在视网膜上发现了细胞，但我们不知道动物是否真的能看得更清楚。我们只知道神经中的电传输更好。 One method used to test whether mice have improved sight is to test one of their natural responses. If mice have a light shone on them, they freeze and stay very still. However, we want to know if the treatment is better than being able to respond to light or dark, although any improvement would be better. Again, it is important to stress that it's very early days for stem cell treatment. The possibility is there, but we have to be realistic. There are already experiments with Parkinson's disease using foetal tissue which have been very successful. China is a big country for stem cell research and they are reporting some success. However, it is still too early to put vast NHS resources into this technology. I would rather invest in the basic building blocks of knowledge and then move up to experimental models. Only after that can we try experiments in humans. We need to be able to reproduce it on a basic level first. I refuse to put a date on it, but I suppose 15 to 20 years might be realistic. - Roger - The idea is like creating a retinal implant. We think that's many years away. We are trying to apply the knowledge people have of the development of retinal cells in animals and make it work in the petri dish.
我们成年后会有干细胞吗?它们能维持多久特化细胞不能分裂?
-罗杰-我敢说我们一生都有干细胞存在。我们身体的某些部位需要干细胞，这些部位很快就会衰竭，因此需要随时更换。皮肤就是一个例子。我们需要弄清楚如何让这些干细胞更好地发挥作用。总的来说，特化细胞一旦完成特化就会停止分裂。侯赛因-大脑的问题在于，尽管我们知道大脑中有干细胞，而且当大脑受到损伤时，它们会被激活，但却没有足够的干细胞。如果有的话，患有脑部疾病或脑外伤的人就能好起来。特化的脑细胞没有再分裂的能力。
干细胞可以用来治疗白癜风吗?
白癜风是皮肤上脱色的斑块。它发生在免疫系统破坏了黑素细胞的地方，黑素细胞是产生黑色色素黑色素的细胞，黑色素可以吸收来自太阳的紫外线。迈克尔·杰克逊声称他得了这种病。干细胞有可能用于修复失去黑色素细胞的皮肤，尽管目前还不太可能。
我是糖尿病患者。您认为治疗糖尿病的现实时间表是什么时候?
-罗杰-这是我们的主要目标之一。最大的挫折之一是我们不知道什么时候能找到治疗方法。希望我们能在5到10年内进行临床试验，但也可能需要2到3倍的时间。- Chris -你可能知道在加拿大有一些胰腺细胞移植手术。他们从死去的人身上移植细胞，分离出重要的细胞，再把它们放回糖尿病患者体内。这已经取得了一些成功。像这样的眼细胞移植不是来自干细胞，而是来自死后捐献胰腺的人。移植物有副作用，因为免疫系统会将其作为外来物质攻击。为了阻止这种排斥，你需要关闭免疫系统。这可能很糟糕，所以这些移植只给那些患有严重糖尿病的人，否则他们可能会死亡。 - Huseyin - I would just like to give you some bullet points. Firstly, it is quite clear that we can make insulin secreting cells in the dish. It has been done with both types of stem cells. It has not been fully accepted that we have pancreatic stem cells, but embryonic stem cells can give rise to insulin cells. Secondly, the issue of transplantation is a very important one. Of the very small amounts of stem cells injected into animals and human, few actually survive. The surprising fact is that those cells cure in many cases, so you don't seem to need too many stem cells to survive to have an effect. Thirdly, the immune system might still attack the stem cells. If you have an immune disease that attacks the pancreas, it is just as likely that it will still attack the pancreas even after treatment. There's a lot more work to be done, but I think the study in Canada is very encouraging. Patients should take heart from that.
植物的细胞壁是由什么构成的?
植物的细胞壁是由纤维素(树木中的木质物质)构成的。所以当你锯倒一棵树时，你是在锯倒纤维素和木质素。如果你在显微镜下观察，你看到的是砖状的细胞。每个细胞的最外层是细胞壁，里面是细胞膜。有时外部可以木质化，这使得细胞变得坚硬，这样植物就可以直立起来。这也是你造纸的方式。所有来自植物细胞壁的纤维素和木屑都是你在纸上看到的纤维。
心脏病发作后干细胞治疗的成功率是多少?
有证据表明，在动物实验之后，你可以得到更好的心输出量。干细胞可能会产生新的心肌细胞，或者促进新血管的生长，从而改善心肌的血液供应，帮助心肌更有效地工作。
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