973 三维培养干细胞自我更新与定向分化的调控网络

附件1：973计划重大科学问题1、新型高温超导材料和物理研究（依托现有项目重组）研究内容：研究并提出非“电-声子耦合”的全新型超导配对机制，发现新型超导材料体系，突破77K液氮温度下应用瓶颈。

2、量子芯片和全量子网络（依托现有项目重组）研究内容：探索量子芯片的制备、操作和测量等新技术，研制3-4量子比特的量子芯片。

建设4-8个节点的量子网络，实验传递量子信息、开展网络量子算法等。

3、人类智力和创造力的神经基础（依托现有项目重组）研究内容：智力/创造力的基因组及遗传学基础，神经环路的形成、精确化及可塑性的研究，智力/创造力的神经环路分析，智力/创造力在人类中和在非人类灵长类模型中的比较研究。

4、替代贵金属的纳米催化材料（依托现有项目重组）研究内容：以煤化工和石油化工过程中涉及的替代贵金属的纳米催化材料为核心，致力于催化活性位纳米结构与催化性能科学本质的揭示、纳米结构择优取向设计与控制、贵金属催化剂的替代与纳米催化剂的性能强化等。

5、突破22纳米特征尺寸的集成电路新原理和新技术（依托现有项目重组）研究内容：致力于解决后22纳米集成电路的新原理、新结构器件、功耗、互连技术、新工艺技术等方面的关键科学问题，发展可以大规模集成的后22纳米时代集成电路的核心技术。

6、高效低成本新型光伏材料与器件（依托现有项目重组）研究内容:构筑新型环保光伏材料，实现全太阳光谱利用,设计新型太阳电池结构,努力将太阳电池的制造成本降至0.5美元/瓦以下,薄膜电池效率20%以上,使之实现与常规能源发电成本相当。

7、人工合成生物体系（受理项目申报）研究内容：重要模式微生物基因组的最小化、功能分析和人工合成，光合作用与人工叶片，重大生物基产品的生物合成途径创建与人工细胞工厂等。

8、诱导多功能干细胞（iPS）猪与小型猪疾病模型（受理项目申报）研究内容：创建高效生殖系嵌合猪的胚胎与诱导多能干细胞系(ES/iPS),创制iPS猪;创制具有特异组织与器官缺陷性的医用猪品系;创制基于猪iPS细胞的小型猪疾病模型和可用于移植的人工替代器官。

骨髓造血干细胞分化方向的调控策略与机制骨髓造血干细胞是体内最基本的干细胞，具有自我复制和分化为各种血液细胞的能力，是人类造血系统中的重要组成部分。

骨髓造血干细胞的分化方向是由一系列分子信号和调节因子决定的，包括细胞增殖因子、分化因子、炎症因子和免疫因子等。

干细胞自我更新和分化能力的维持对于机体的功能维持和疾病修复具有重要意义。

因此，如何调控干细胞的分化方向，实现精确、高效的干细胞定向分化已成为生物医学领域的重要研究方向。

下面我们将探讨骨髓造血干细胞分化方向的调控策略与机制。

1. 细胞增殖因子细胞增殖因子（growth factors）是能够促进细胞增殖和分化的一类生物活性物质。

骨髓造血系统中，已经发现了多种细胞增殖因子，包括促红细胞生成素（EPO）、趋化因子、白介素-3（IL-3）等。

细胞增殖因子可以通过改变细胞的内部环境，调节细胞的增殖和分化，从而影响骨髓造血干细胞的分化方向。

例如，促红细胞生成素可以促进红细胞前体细胞的形成和增殖，而白介素-3可以促进白细胞的生成。

2. 分化因子分化因子（differentiation factors）是指能够促进干细胞朝特定方向分化的因子。

分化因子可以通过直接影响基因表达和靶细胞信号通路的变化，从而实现对干细胞分化的调控。

在骨髓造血系统中，多种分化因子已被发现，如成骨细胞分化因子（BMP）、凋亡原具有铁结合能力的蛋白（APRIL）等。

例如，成骨细胞分化因子能够促进骨髓干细胞朝骨细胞方向分化，而凋亡原具有铁结合能力的蛋白则能促进血小板生成。

3. 炎症因子炎症因子（inflammatory factors）是一类参与炎症反应的生物活性物质，具有对干细胞分化方向的调节作用。

在发生炎症反应时，炎症因子可以通过调节干细胞增殖和分化，对骨髓造血干细胞的分化方向产生影响。

例如，炎性细胞因子（TNF-α、IL-1等）可以促进干细胞朝粒细胞方向分化，而白细胞介素-10（IL-10）则有抑制干细胞分化为粒细胞的作用。

干细胞的分化与定向诱导技巧干细胞是具有自我更新能力和多向分化潜能的一类基础细胞。

在医学领域，干细胞具有广阔的应用前景，可以用于组织重建、疾病治疗以及新药研发等方面。

干细胞的分化与定向诱导是实现这些应用的关键步骤，本文将介绍干细胞分化的基本原理和常用的定向诱导技巧。

干细胞分化的基本原理是指通过调控细胞内外环境来引导干细胞向特定细胞类型分化的过程。

在自发分化过程中，干细胞通过自身的遗传调控和信号传导路径来实现分化。

而定向诱导技巧则是通过外部介入，利用特定的因子和技术手段来控制干细胞的分化方向，使其转变为目标细胞类型。

在干细胞分化的过程中，存在内源性和外源性两种分化信号。

内源性信号是指体内存在的调控因子，如基因表达调控和细胞信号通路等。

外源性信号则是指通过外部途径引入的调控因子，如特定细胞因子和生化材料等。

这些信号可以单独或联合作用，通过激活或抑制细胞内特定信号通路，从而实现干细胞向特定细胞类型的转变。

定向诱导技巧主要包括生化诱导和物理诱导两种方法。

生化诱导是利用生物化学因子来诱导干细胞的分化。

常见的生化诱导因子包括生长因子、转录因子和化学物质。

生长因子可以通过激活特定信号通路促进细胞增殖和分化，转录因子则可以通过与DNA结合来控制基因表达，进而诱导细胞分化。

化学物质则可以改变细胞内的环境，如酶抑制剂和分化诱导剂等。

生化诱导的优势在于可以精确地调控分化的时间和程度，但其不足之处在于需要优化诱导因子的浓度和时间，以及需要解决因子稳定性和细胞毒性等问题。

物理诱导是利用物理力学原理来诱导干细胞的分化。

常见的物理诱导方法包括微环境模拟和力学刺激。

微环境模拟是通过模拟细胞自然生长环境，如细胞外基质、细胞间隙和培养基等，来提供合适的生长条件和机械性刺激，从而引导干细胞的分化。

力学刺激是通过应用机械压力、牵拉力或剪切力等来调节细胞内外环境，从而影响干细胞的分化。

物理诱导的优势在于可以模拟细胞自然生长环境，更好地保持细胞功能和生化特性，但其不足之处在于需要优化刺激力的强度和时间，以及需要解决刺激对细胞的毒性和特异性等问题。

干细胞的分化与功能鉴定技巧干细胞是一类具有自我更新和多向分化能力的细胞，具有巨大的潜在临床应用前景。

干细胞分化和功能鉴定是研究干细胞特性和应用的关键环节。

本文将介绍干细胞分化和功能鉴定的技巧和方法。

1. 干细胞的分化过程干细胞分化是指干细胞从原始状态向特定细胞类型的定向发展过程。

分化过程受到许多内外部因素的调控，包括细胞内信号通路、外界环境和遗传因素等。

在研究干细胞分化过程中，利用特定的培养条件和信号通路激活剂可以促进干细胞定向分化为目标细胞类型。

2. 干细胞的功能鉴定干细胞的功能鉴定是评估干细胞特性和功能的过程，包括干细胞自我更新、多向分化潜能和功能表现等方面的评估。

常用的功能鉴定方法包括细胞标记、细胞活力测定、基因表达分析和细胞特定功能实验等。

3. 基于表观遗传学的干细胞分化与功能鉴定表观遗传学是一种研究基因组范围上的染色质状态调控的学科，其在干细胞分化和功能鉴定中得到了广泛应用。

比如通过分析特定的组蛋白修饰模式和DNA甲基化水平，可以鉴定干细胞的特异性和定向分化程度。

同时，表观遗传学的方法还可以用于预测干细胞的潜在功能和应用前景。

4. 基于转录组学的干细胞分化与功能鉴定转录组学是研究全基因组的转录水平的学科，通过高通量测序技术可以揭示细胞在不同分化状态下的基因表达模式。

在干细胞分化和功能鉴定中，通过对不同阶段的干细胞和目标细胞进行转录组分析，可以发现关键的转录因子和信号通路，从而深入研究干细胞的分化机制和功能特性。

5. 干细胞的细胞标记与追踪技术干细胞的细胞标记和追踪技术是研究干细胞分化和功能的重要手段。

常用的细胞标记技术包括荧光标记、放射标记和发光标记等，这些标记方法可以通过显微镜观察或分析仪器检测到，从而追踪干细胞在体内外的分化和迁移过程。

6. 干细胞的细胞活力测定技术干细胞的细胞活力测定是评估干细胞功能的重要方法之一。

在干细胞分化和功能鉴定过程中，通过测定细胞的代谢活性、增殖能力和存活率等参数，可以了解干细胞的状态和生理特性。

胚胎干细胞的分化与调控机制研究胚胎是人类生命的起源。

胚胎发育过程中，细胞分化和调控是非常重要的研究方向。

其中胚胎干细胞是研究的重点，它们可以分化为不同类型的细胞并在不同的组织和器官中完成特定的功能。

本文将介绍胚胎干细胞的分化和调控机制的研究进展。

一、胚胎干细胞的定义和特性胚胎干细胞是从早期胚胎中获取并保存的一种细胞。

它们具有两个重要的特性：1. 多能性：胚胎干细胞可以分化为三个胚层的所有类型组织，包括内胚层（胚球的内部）、外胚层（胚球的外部）和中胚层（内胚层和外胚层之间的区域）。

2. 自我更新：胚胎干细胞可以不断地分裂和自我更新，保持其未分化状态。

以上的两个特性使胚胎干细胞在分化和发育过程中扮演着重要的角色。

二、胚胎干细胞的分化胚胎干细胞能够分化为不同类型的细胞，这种分化过程成为细胞命运的决定。

细胞命运在很大程度上由细胞内的信号通路和外部环境因素共同调控。

最近的研究发现，细胞外基质对胚胎干细胞的分化也有很大的影响，这包括生长因子、细胞外基质成分和细胞间相互作用等。

胚胎干细胞的分化过程可以显式的调控，这导致胚胎干细胞的定向分化成为一个重要的研究方向。

在胚胎干细胞分化过程中，特定的基因表达活动被激活或抑制，这促进了不同类型细胞的分化。

一些基因表达动态的短周期、稳态和长周期的过程，已经成为研究分化过程的前沿。

这些基因的表达模式可以帮助人们理解细胞命运的决定和分化过程的调控。

三、胚胎干细胞的调控机制胚胎干细胞的分化是复杂的，它需要由多个信号通路和调控模块所组成的调控网络。

最近的研究表明，在这些调控模块中，转录因子、非编码RNA、表观遗传调控和染色质结构调控等因素起着至关重要的作用。

在不同的细胞命运的分化过程中，不同的调控因素主导着分化过程。

例如，在心脏和肌肉分化过程中，ARK5的活性和ERK通路的活性相互作用，控制核外ATP的浓度，增加峰值活性，促进心肌分化并抑制脂肪细胞投入。

这种调控方案可以促进心肌细胞的定向分化，并在胚胎发育过程中起到重要的作用。

干细胞分化及定向分化的基本方法研究干细胞具有自我更新和分化为多种细胞类型的能力，被认为是治疗许多疾病和损伤的潜在治疗方法。

在干细胞研究领域中，干细胞分化和定向分化是两个重要的研究方向。

本文将重点讨论干细胞分化及定向分化的基本方法研究。

干细胞分化是指干细胞转变为成熟细胞的过程，这一过程包括细胞增殖、细胞周期调控、细胞命运决定等关键步骤。

干细胞分化的基本方法研究主要包括以下几个方面：1. 体外培养条件优化：干细胞分化需要特定的培养条件来模拟体内环境。

优化培养基、细胞培养条件和生长因子添加剂等因素对于干细胞分化非常重要。

研究人员通过不断改良培养条件和添加特定的生长因子，可以促进干细胞朝特定细胞类型分化。

2. 诱导分化：通过添加特定的诱导剂或调控干细胞微环境，可以使干细胞朝着特定细胞系分化。

这些诱导剂可以是小分子化合物、蛋白质因子或基因转染等方式。

例如，使用特定的小分子化合物可以使干细胞向神经元分化，而使用不同的诱导剂则可以使干细胞分化成心肌细胞或肝细胞。

3. 转录因子调控：转录因子是调控基因表达的关键分子。

通过使用不同的转录因子，研究人员可以操纵干细胞的基因表达，从而对其分化方向进行定向控制。

例如，使用特定的转录因子组合可以将干细胞转化为胰岛素产生细胞，以治疗糖尿病。

4. 信号通路调控：干细胞分化受到许多信号通路的调控，包括Wnt、Notch、BMP和Hedgehog等通路。

通过调控这些信号通路的活性，可以控制干细胞的命运和分化。

研究人员可以通过添加特定的激动剂或抑制剂来调节这些信号通路，从而影响干细胞分化的方向。

干细胞定向分化是指将干细胞有选择地定向分化为特定细胞类型的过程。

干细胞定向分化的基本方法研究主要包括以下几个方面：1. 定向分化介导因子筛选：研究人员通过筛选和鉴定特定的介导因子，可以实现对干细胞定向分化的控制。

这些介导因子可以是细胞因子、生长因子或化合物等。

通过添加这些介导因子，可以促进干细胞向特定细胞类型定向分化。

医学研究中的组织工程与再生医学随着科技的进步，医学领域也翻开了崭新的篇章。

组织工程与再生医学作为一种先进的医学技术，正在成为医学研究的热门领域。

本文将重点介绍组织工程与再生医学的概念、原理以及在临床应用中的前景。

一、组织工程与再生医学概述组织工程与再生医学是一门综合性学科，旨在利用细胞、生物材料和生物工程技术来重建或修复人体组织器官。

其理念是通过培养和植入生物材料和细胞，促进组织再生和器官修复，从而实现细胞、组织和器官的功能恢复。

二、组织工程与再生医学的基本原理组织工程与再生医学的基本原理是以干细胞和生物材料为基础，通过生物工程技术和体外培养方法，培育细胞以合成人体所需的组织和器官。

关键步骤包括以下几个方面：1. 干细胞的应用：干细胞是一类具有自我更新和多向分化能力的细胞，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。

利用干细胞的多向分化能力，可以将其分化为不同类型的细胞，如心肌细胞、神经细胞等，用于修复受损组织。

2. 生物材料的选择：生物材料是组织工程与再生医学中的重要组成部分。

合适的生物材料能提供支持和促进细胞生长，同时具有良好的生物相容性。

常用的生物材料包括生物陶瓷、有机聚合物、天然或合成的生物纤维等。

3. 三维支架的构建：在组织工程与再生医学中，三维支架被用来支撑和定向细胞生长，以形成完整的组织结构。

通过生物打印、电纺等技术，可以精确地构建高度仿真的三维支架，为组织再生提供良好的基础。

4. 生物力学的模拟：为了更好地实现组织再生，研究人员还需要模拟生物力学环境，如流体力学、拉伸力等，以促进细胞的定向分化和组织的成熟。

三、组织工程与再生医学在临床应用中的前景组织工程与再生医学在临床应用中具有广阔的前景。

目前已经有一些组织工程产品在医疗领域得到了应用，例如人工皮肤、人工骨骼等。

未来，组织工程与再生医学技术有望在以下方面发挥重要作用：1. 器官移植：通过利用干细胞和三维支架等技术，可以制备出与患者自身组织相匹配的器官，以解决器官移植短缺的问题。

973计划是什么973计划是我国国家重点基础研究发展计划的一项重要计划，旨在推进科学研究和创新。

本文将以3000字为篇幅，详细介绍973计划的内涵、意义、发展历程和成果。

【引言】随着科技的不断进步和社会的快速发展，科学研究扮演着越来越重要的角色。

作为我国重要的科研发展计划之一，973计划的出现对于推进科学研究和促进创新起到了重要的作用。

本文将逐步揭示973计划的内涵与意义，并通过对其发展历程和成果的梳理，进一步了解这一计划的影响力。

【正文】1. 973计划的内涵973计划指的是中国国家重点基础研究发展计划，也被称为“九七三计划”。

它是我国国家科技攻关计划（NSTC）的一部分，由中国科学技术部负责实施。

首次提出于1997年，这一计划旨在推动重点基础研究领域的开展，促进科技创新和提升我国的科研实力。

2. 973计划的意义973计划在推进科技创新方面具有重要意义。

首先，它可以促进知识的创造和传播，为科技发展提供强大的支撑。

其次，该计划还能够加强国际科技合作，提高我国在全球科技舞台上的话语权。

此外，973计划还具备培养研究人才的功能，可以为年轻的科学家提供广阔的研究平台。

总体来说，973计划是我国科技领域的一项重要战略规划，对于我国的科研事业和科技发展具有重大意义。

3. 973计划的发展历程自973计划的提出以来，它经历了多个阶段的发展。

首先，从1997年到2011年，该计划主要关注的是组织、论证和规划。

在此期间，针对不同领域的科学家、专家和研究机构进行广泛的调研和讨论，并形成了相应的规划和方案。

接着，从2011年开始，973计划进入了实施阶段。

这段时期内，该计划重点关注了生命科学、物质科学、信息科学等领域，并取得了一系列重要的研究成果。

近年来，973计划还在布局“未来科学”和“智能科学”等新领域，进一步推进科技发展。

4. 973计划的成果973计划的实施取得了丰硕的研究成果。

在生命科学领域，研究人员通过深入研究，揭示了基因、蛋白质、细胞等生命机制的奥秘。

胚胎干细胞和成体干细胞的分化调控研究干细胞是一种具有自我更新和分化能力的细胞，能够定向分化为各种细胞类型，包括神经元、肌肉纤维细胞和心血管细胞等。

近年来，干细胞研究在医学领域中引起了广泛关注，尤其是胚胎干细胞和成体干细胞。

胚胎干细胞是由受精卵发育而来的细胞，具有强大的分化能力。

胚胎干细胞可以分化成多种细胞类型，但分化过程需要细致的调控，以保证其正常发育。

然而，胚胎干细胞研究受到一些伦理和技术问题的制约，使得成体干细胞逐渐成为了研究的热点。

成体干细胞是成年人体内存在的细胞，具有一定的分化能力。

与胚胎干细胞相比，成体干细胞的获取更为容易，且不存在伦理问题。

成体干细胞可以来源于骨髓、脂肪和皮肤等组织，但其数量非常有限，且分化潜能也受到一定限制。

因此，如何调控干细胞的分化，成为干细胞研究的重要问题。

干细胞的分化调控可以通过环境因素、基因表达调控和外源因素等多个方面来实现。

其中，环境因素是干细胞分化调控的一个重要方面。

环境因素对干细胞分化的影响：干细胞分化需要一定的环境支持，包括适当的营养物质、细胞密度、细胞基质和信号分子等。

这些环境因素在干细胞分化调控中都起着重要的作用。

适当的营养物质能够提供细胞所需的生长因子和营养成分，从而影响干细胞的分化。

例如，如果干细胞培养基中含有Egf、Fgf、Insulin和Glutamine等细胞营养物质，则可以促进胚胎干细胞的分化和增殖。

细胞密度是干细胞形态和功能的重要因素，它能够对干细胞的细胞命运进行调控。

在较高的密度下，干细胞会产生自组织现象，形成结构完整的组织和器官。

而在较低的细胞密度下，干细胞则更容易分化为特定的细胞类型。

细胞基质也能够影响干细胞的分化。

细胞基质中的成分可以提供增生和分化所需的机械和生化信号。

例如，一些地塞米松等孔径的无机材料可以模拟生物环境，改善干细胞的生长环境。

信号分子是调控干细胞命运和功能的又一重要因素。

在干细胞培养基中添加特定的信号分子，可以诱导干细胞向特定的细胞类型分化。

1．对非天然氨基酸具有特异性的氨酰trna合成酶的高通量筛选首先，修改大肠杆菌或酵母细胞内的遗传密码，使无义的?uag密码对应于感兴趣的非天然氨基酸。

然后，筛选对非天然氨基酸具有特异性的氨酰-trna合成酶，技术路线如下：① 在目标细胞中引入一个外源的氨酰-trna合成酶和trnacua，使其保持活性且不与内源的氨酰-trna合成酶和trna反应（生物正交性）。

② 改变编码氨酰-trna合成酶活性氨基酸的dna序列，建立氨酰-trna合成酶基因突变库。

③ 对氨酰-trna合成酶突变库进行如图1所示的正负循环筛选，得到特异识别目标非天然氨基酸的合成酶变异体，使其只催化trnacua与非天然氨基酸间的氨酰化反应。

2．蛋白质翻译起始复合物结构解析首先我们将运用动态光散射仪，对获得的蛋白质和稳定蛋白质复合物样品的溶液状态进行分析，考察其是否处于均一状态，在不同条件（温度、浓度、ph等）下的稳定形态和凝聚状态；同时运用溶液光谱（包括cd 光谱和荧光光谱）方法分析蛋白质在溶液中的构象变化，综合各种因素初步确定适合于结晶实验的条件。

然后摸索晶体生长的条件，尝试大量不同的沉淀剂、蛋白质浓度、ph和缓冲体系、以及不同添加剂等，得到高衍射质量的晶体用于x-射线衍射分析。

一旦获得蛋白晶体，将利用x-射线衍射仪进行初步衍射实验，以帮助进行结晶条件的优化和低温冷冻条件的筛选。

具有高衍射能力的蛋白晶体将运用国内外同步辐射光源进行高分辨率的x-射线衍射数据的收集。

并运用单波长反常散射法、多波长反常散射法、同晶置换法、和分子置换法解析各种蛋白和蛋白复合物的三维晶体结构。

3．基于非天然氨基酸标记的蛋白质结构研究溶液nmr技术是研究蛋白质-蛋白质相互作用、测定蛋白质复合物三维结构的强大工具。

19f由于具有较强的核磁信号对环境敏感，而大多数生物大分子都不含氟元素，因此用19f标记蛋白可以产生很高的信噪比，在活细胞中获得蛋白质相互作用的动态信息和蛋白质复合物的动力学特征，而且对蛋白质结构和功能的扰动达到最小（19f和氢原子的半径类似）。

项目名称：多能干细胞定向分化的表观遗传学调控网络首席科学家：沈晓骅清华大学起止年限：2012.1至2016.8依托部门：教育部一、关键科学问题及研究内容１、拟解决的关键科学问题干细胞分化和个体发育伴随着表观遗传状态、染色质结构和基因表达的改变。

多能干细胞（包括ESCs和iPSCs）代表哺乳动物细胞的一种最初状态(ground state)，被看作是了解分化过程的起点和关键。

因此，对多能干细胞定向分化和其中的分子及表观遗传学调控的研究是生命科学和再生医学领域的核心。

本项目要探索的最终科学问题是：表观遗传机理如何控制多能干细胞的定向分化？表观遗传机制逐步限制细胞分化和发育的潜能。

多能性干细胞在分化过程中必须经历一系列表观遗传状态的改变和中间状态直至谱系确立。

在此过程中，表观遗传图谱是如何建立的？换而言之，组织特异性的信号因子、转录因子和RNA分子是如何作用于表观遗传酶机器，引导其建立细胞类型特异性的表观遗传修饰图谱？一旦图谱建立，细胞特有的表观遗传修饰图谱是如何解读的？即细胞特有的表观遗传修饰图谱是如何决定基因表达和细胞谱系命运的？多能性干细胞受内、外信号的影响而选择不同命运。

那么，多能干细胞在分化成不同组织类型的细胞过程中，表观遗传调控网络有何异同？另外，细胞培养并不能完全反映个体发育的规律。

那么，同组织类型的细胞在体外分化和体内个体发育过程中的表观遗传调控网络有何异同？虽然小鼠是研究干细胞分化和哺乳动物发育极佳的模式动物，但是干细胞在再生医学中的应用需要对人类的组织细胞分化有很好的认识。

那么，从进化角度来看，表观遗传调控网络在人和小鼠等物种间有何异同性？如何指导人类多能干细胞在体外高效定向分化为近似于体内发育的各种功能细胞，并促进它们的功能成熟及提高修复损伤器官的能力？寻找这些关键科学问题的答案，将加深对干细胞定向分化和生命个体发育调控规律的认识，为建立能应用于再生医学的定向分化技术体系奠定基础。

骨髓间充质干细胞的分化调控机制骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是成年人体内广泛存在的一类干细胞，可以分化为多种细胞类型，如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等，因此被广泛应用于组织工程和再生医学领域。

然而，MSCs体外培养过程中易发生细胞龄衰老、不同源性、分化失衡等问题，限制了其应用。

因此，探究MSCs分化调控机制，有助于解决上述问题，提高MSCs应用效率和安全性。

一、基因转录调控MSCs分化过程中涉及到大量基因的转录调控。

研究发现，BMP、Wnt、Notch、Hedgehog等信号通路在MSCs分化调控中发挥重要作用。

以BMP为例，它可以促进MSCs向成骨细胞分化，并通过Smads通路促进Runx2基因表达，从而进一步促进成骨细胞分化。

另外，BMP还可以通过调控Noggin、Chordin等抑制剂的表达，来抑制MSCs向脂肪细胞分化。

Wnt、Notch、Hedgehog等信号通路同样也在MSCs分化调控中发挥类似的作用。

二、表观遗传学调控表观遗传学调控是指非编码RNA、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式对基因表达进行调控的过程。

已有研究发现，表观遗传学调控在MSCs分化调控中也扮演着重要角色。

例如，研究显示非编码RNA可以通过miRNA介导维持MSCs干细胞状态，抑制其向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化。

另外，DNA甲基化也在MSCs分化调控中发挥着重要作用。

研究发现，MSCs向成骨细胞和脂肪细胞分化过程中，具有不同的DNA甲基化模式。

因此，对MSCs分化过程中的表观遗传学调控机制进行深入研究，有助于揭示MSCs分化调控的分子机理。

三、细胞外基质调控细胞外基质是细胞外部分的生物大分子网状结构，包括胶原蛋白、Laminin、纤维素等多种成分。

细胞外基质不仅为MSCs提供支持力，而且还参与了MSCs的分化调控。

研究发现，不同类型的细胞外基质成分可调控MSCs向特定细胞系分化。

干细胞的定向分化和功能培养干细胞是一类能够无限分裂并能够分化成各种细胞类型的细胞，被广泛应用于生物医学领域。

其中，干细胞的定向分化和功能培养技术被认为是实现组织工程和再生医学的重要途径。

一、干细胞的定向分化技术定向分化是指通过特定的信号模拟体内环境来促使干细胞向特定的细胞类型分化，从而实现组织修复和再生的目的。

定向分化技术主要包括两种：一是内源性定向分化，通过体外培养环境和细胞因子等方式刺激干细胞向特定的细胞类型分化；二是外源性定向分化，通过重编程技术改变细胞命运决定基因的表达，从而实现分化成特定细胞类型的目的。

内源性定向分化技术在干细胞的功能培养和组织修复领域得到了广泛的应用。

例如，肌肉干细胞可以通过在细胞培养环境中加入肌肉细胞因子和信号来促进其分化成肌肉细胞，用于治疗肌肉萎缩和肌肉缺失等疾病。

另外，胰岛素细胞可以通过内源性定向分化技术从干细胞中分化出来，用于治疗糖尿病。

外源性定向分化技术是目前热门的干细胞定向分化技术之一。

该技术主要利用转录因子、类似因子和代表性蛋白等无限制性物质重编程的原理，通过在培养环境中加入特定的成分，达到在干细胞中诱导特定的基因表达，从而实现外源性定向分化。

二、干细胞的功能培养技术功能培养是指利用体外培养环境和信号，激发干细胞的分化能力，使其分化成具有特定功能的细胞，从而实现多种组织和器官的修复和再生。

功能培养技术与定向分化技术不同，定向分化技术主要注重诱导干细胞向特定细胞类型分化，而功能培养技术则侧重于强化干细胞的某种功能。

目前，干细胞的功能培养主要以肝细胞、心肌细胞和神经细胞等方向为主。

例如，在功能培养的过程中，可以通过特定的细胞培养环境和信号，将干细胞分化成功能类似肝细胞的初级细胞，并自我复制。

这种功能培养后的细胞可以用于治疗肝病，对于肝移植和肝细胞治疗等有着广泛的应用前景。

另外，干细胞的功能培养技术在神经细胞的治疗方向也有着重要的应用价值。

近年来，针对帕金森病、脊髓损伤和脑损伤等神经系统疾病，科学家利用干细胞功能培养技术培育出类似神经细胞的细胞，这些细胞具有很高的生存能力和分泌神经因子的能力，可打击神经系统的损伤，弥补神经系统的功能缺陷。

2009年新立项973及重大研究计划项目（医学）与医学相关的：41 A000050925 精神分裂症遗传发育问题的临床基础研究上海交通大学贺林42 A000090938 类风湿关节炎发病的免疫学机制及其干预策略的研究北京大学栗占国43 A000130908 基因靶向治疗的应用基础研究四川大学魏于全44 A000170901 胃癌新标志物的筛选及其预警和早诊作用的大规模人群研究中国人民解放军第四军医大学樊代明45 A000300901 大气颗粒物致健康危害的基础研究华中科技大学邬堂春46 A000650919 先天性心脏病发生、发展和干预的基础研究复旦大学黄国英48 A000790901 肿瘤干细胞在恶性肿瘤发生发展中的作用及机理研究中国人民解放军第三军医大学卞修武49 A000790902 电磁辐射的健康危害机理及医学防护的基础研究中国人民解放军第三军医大学余争平50 A003350903 银屑病的系统生物学研究安徽医科大学杨森51 A005270901 心脏间隔缺损形成、发展和干预的基础研究中国医学科学院阜外心血管病医院胡盛寿52 B000090910 炎症过程中细胞间相互作用的信号转导机制及其应用研究中国科学院上海生命科学研究院耿建国53 B002180904 恶性肿瘤发生及其早期防治的基础研究中国医学科学院肿瘤研究所林东昕54 D000640901 基于系统生物医学基础的白血病临床转化研究上海交通大学医学院附属瑞金医院韩泽广55 A000080947 利用遗传地理时空模型预测H5N1禽流感病毒的传播及控制策略研究清华大学徐冰56 A002110901 重要人兽共患胞内寄生菌病流行特征及病原致病机制研究石河子大学陈创夫57 B002220901 重要病毒的入侵机制研究中国科学院武汉病毒研究所胡勤学58 A000380922 我国重要食源性寄生虫病的发病机制及防治研究中山大学余新炳74 A000330916 仿生分子识别技术在生物医学应用的基础研究南京大学鞠熀先91 A000090941攻击与亲和社会行为的机理和异常：多学科多层次交叉研究北京大学饶毅106 免疫相关重要蛋白质的生物学研究中国人民解放军军事医学科学院张学敏107 细胞抗病毒先天免疫相关蛋白的生物学研究武汉大学郭德银108 神经元信息感受重要蛋白质膜转运的结构基础、调控及功能研究浙江大学罗建红109 细胞生长调控的重要蛋白质群的功能与作用机制中国科学院上海生命科学研究院李林110 基因组稳定性和细胞周期调控相关蛋白质群的功能及作用机制研究北京大学尹玉新112 基于基因密码子扩展的蛋白质标记新方法北京大学周德敏113 内源性代谢产物硫化氢与介导心脏生理与病理机制的蛋白质靶分子的相互作用及其机制复旦大学朱依谆114 细胞膜重要脂质代谢产物对重大疾病病理生理过程的调控北京大学朱毅115 蛋白质组海量质谱数据的解析及其在人类基因组注释中的应用中国科学院北京基因组研究所刘斯奇116 恶性肿瘤非编码RNA相关蛋白的功能网络与调控机制的研究中山大学宋尔卫123 胚胎发育的核小体重排和染色质重塑同济大学江赐忠124 牙发生发育分子机理及牙齿再生研究四川大学田卫东125 胸腺与免疫细胞发育的分子调控中国科学院动物研究所赵勇126 卵巢早衰的分子机制及其早期预测、诊断生物标记的研究南京大学徐璎127 卵巢衰老机理及相关重大疾病的基础研究南开大学韩际宏128 干细胞向生殖细胞诱导分化的调控机理及应用性研究中山大学松阳洲129 基于诱导多能干细胞（iPS）技术的若干重大疾病模型与机理研究上海交通大学金颖130 组织干细胞识别、谱系重编程和示踪研究复旦大学朱剑虹131 组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究中国科学院上海生命科学研究院时玉舫136 应用纳米技术解决胃癌预警与早期诊断中的关键科学问题上海交通大学崔大祥137 基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的应用基础研究中国科学院上海药物研究所李亚平与中医相关的：59 A000920902 基于“肾藏精”的脏象理论基础研究上海中医药大学王拥军60 A002630901 经脉体表特异性联系的生物学机制及针刺手法量效关系的研究广州中医药大学许能贵61 A006560901 以量-效关系为主的经典名方相关基础研究中国中医科学院广安门医院仝小林。

身体微环境调控干细胞增殖与分化人体的身体微环境在维持组织和器官的正常功能方面起着重要的调控作用。

其中，干细胞的增殖和分化是身体微环境调控的重要方面之一。

干细胞具有自我更新和多向分化的能力，可以分化为多种不同类型的细胞，具有广泛的生物学和医学应用前景。

因此，研究身体微环境对于干细胞增殖和分化的调控机制具有重要的科学意义和临床应用价值。

身体微环境是一系列复杂的细胞外基质、细胞相互作用和生理化学因素的总和。

它由细胞外基质支持结构、细胞因子、生理信号以及其他细胞类型产生的影响因子组成。

这些因素通过细胞外基质与细胞表面受体相互作用，调控干细胞增殖和分化。

细胞外基质的主要成分包括胶原蛋白、纤维连接蛋白、弹力蛋白等，它们提供一种支持和定向生长的结构，为干细胞提供所需的机械支持。

除了细胞外基质，身体微环境中的细胞因子和生理信号也起着重要的作用。

细胞因子是一类分泌的蛋白质或小分子信号物质，它们通过与特定的受体结合而启动细胞内信号传导通路，从而调控干细胞的增殖和分化。

例如，表皮生长因子（EGF）和骨形态发生蛋白（BMP）等因子可以促进干细胞增殖和分化为不同的细胞类型。

生理信号如机械应力、温度和pH值的变化也可以调控干细胞的增殖和分化。

在身体微环境中，与干细胞相互作用的其他细胞类型也参与了干细胞的增殖和分化调控。

例如，在造血系统中的造血干细胞与骨髓基质细胞和血管内皮细胞之间的相互作用对于造血干细胞的增殖和分化至关重要。

细胞-细胞相互作用通过细胞表面受体和相应的配体之间的相互作用进行，从而调控干细胞的行为。

微环境中的三维结构对于干细胞增殖和分化也具有重要影响。

与传统的二维培养条件相比，三维环境能更好地模拟体内的生理环境，提供更加逼真的生长和分化条件，因此在干细胞研究中被广泛应用。

三维生物材料和支架的使用可以提供细胞外基质的支持和生长因子的释放，从而促进干细胞的增殖和分化。

总体而言，身体微环境对于干细胞的增殖和分化具有至关重要的调控作用。

·19·维持基因组序列信息的完整性对于生物体的存在至关重要，细胞应对各种类型损伤因子所导致的DNA损伤主要是通过激活复杂而精细的DNA 损伤应答 （DNA damage response，DDR ） 通路［1］。

具有细胞毒性的双链断裂损伤 （double strand breaks，DSBs ） 是最为严重的DNA损伤形式之一，未得到正确处理的DSBs除可增加细胞的致死率外，还会增加· 论著 ·DNA损伤修复通路因子53BP1在骨髓干细胞自我更新和分化发育中的作用尤放，王美莲（中国医科大学基础医学院病原生物学教研室，沈阳 110122） 摘要 目的 探讨DNA 损伤修复通路因子53BP1在骨髓干细胞自我更新及定向分化过程中发挥的作用。

方法 构建53BP1全身敲除C57/6小鼠模型，免疫荧光染色检测53BP1在细胞中的定位，Western blotting 对53BP1蛋白表达水平进行检测及鉴定；流式细胞术进行细胞分选和计数、细胞周期检测、以及细胞表面分子marker 分析，对比WT 组和Mut 组细胞生长速率以及定向分化过程，Co -IP 检测分析表观遗传学磷酸化修饰蛋白，SPSS 22.0对数据进行统计学分析。

结果 体内和体外实验证实伴随KSL 细胞分化发育进行，53BP1表达含量显著增加，53BP1基因敲除可影响KSL 细胞的自我更新和定向分化以及表面分子标记的表达；53BP1基因敲除与否并不显著影响处于细胞周期G 1/G 0的KSL 细胞百分含量；53BP1可影响磷酸化修饰蛋白的表达水平，53BP1基因敲除后磷酸化修饰蛋白p -H4 （k20） 和p -H3 （k79） 表达水平明显增加，但p -ATM 和p -53-Ser -20含量显著减少。

结论 53BP1参与并影响骨髓干细胞的自我更新及定向分化过程，53BP1基因敲除可显著影响磷酸化蛋白p -H4 （k20）、p -H3 （k79）、p -ATM 和p -53-Ser -20的表达水平。

生物化学在干细胞研究中的应用干细胞是具有自我更新能力和多向分化潜能的特殊细胞类型，被广泛应用于医学研究与治疗领域。

其中，生物化学技术在干细胞研究中发挥着重要的作用。

本文将探讨生物化学在干细胞研究中的应用，并分析其意义和前景。

一、干细胞的定义与分类在谈论生物化学在干细胞研究中的应用之前，有必要了解干细胞的基本概念和分类。

干细胞是一种具有自我更新和分化潜能的细胞，可以分为胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）和成体干细胞（Adult Stem Cells）。

胚胎干细胞来源于早期胚胎，能够分化为除胎盘细胞外的各类细胞。

成体干细胞存在于成熟组织中，主要用于维持正常组织的更新和修复。

二、营养与差异调控生物化学在干细胞研究中对细胞的营养需求和差异调控起着重要作用。

细胞培养基中的营养物质组分和比例对干细胞的生长和分化具有重要影响。

通过调控培养基浓度和添加特定生长因子，可以促进干细胞向特定细胞系的分化。

此外，生物化学技术还可实现基因的过表达和沉默，从而控制基因调控网络，影响干细胞的命运决策。

三、干细胞标志物的鉴定生物化学技术可以鉴定和标记干细胞的特异性标志物。

通过特定的抗体和染料，可以检测和定位干细胞特异性表面标志物和内源性蛋白。

这些标志物的鉴定不仅有助于准确定位和研究干细胞的分布和特性，也为干细胞的分离和纯化提供了技术支持。

四、分子信号通路和生理调控机制生物化学通过研究干细胞的分子信号通路和生理调控机制，揭示了干细胞自我更新和分化的重要调节机制。

例如，通过研究Wnt、Hedgehog和Notch等信号通路，发现它们在干细胞的定向分化和自我更新过程中起着关键作用。

此外，通过分子对接和化学修饰等手段，有望开发出有效的干细胞调控药物，促进干细胞的应用。

五、生物材料与凝胶技术生物化学技术在构建合适的细胞培养环境和体内模型方面也发挥了重要作用。

通过合成或改造生物材料，可以形成适宜的细胞黏附底物和三维仿生结构。

项目名称：组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究一、研究内容1、组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性研究研究干细胞静息和活化状态的转换，评价其分化的多潜能性，以认识组织干细胞的干性维持机制。

拟应用已知的可能的组织干细胞的标志，制备组织干细胞遗传标记小鼠模型或进行离体标记，以显微切割系统进行单细胞水平的分离，利用已建立的组织干细胞长期培养观察系统进行培养观察，借助SOLiD TM技术平台对组织干细胞进行单细胞表达谱分析，以识别和鉴定组织干细胞，识别静息和活化的组织干细胞的特征，发现不同状态下组织干细胞的特异性分子标志，掌握静息和活化状态转换的分子机制；研究免疫因子对组织干细胞干性维持的影响及其机制；通过比较不同阶段的多潜能干细胞和单潜能前体细胞的mRNA和蛋白质表达谱以及表观遗传学谱，确定组织干细胞在遗传及表观遗传方面的特性标志，分析维持组织干细胞多潜能性的遗传和表观遗传作用机制，揭示组织干细胞干性维持的规律。

2、组织干细胞分化启动和分化定向研究研究分化启动关键因子、抑分化因子和促分化因子平衡、免疫因子与分化的相关性、分化过程的阶段特性，以及异位再殖的分化特性。

拟采用活体组织中干细胞遗传标记及其谱系示踪模型小鼠，制备组织干细胞分化模型，在不同的时间点（即不同的分化阶段）直接从活体中采取标记细胞和组织标本，采用原位和离体的方法对组织干细胞分化活动的过程及其调控进行具有时空特性的综合研究，其中包括：组织干细胞分化进程中结构空间特性的认识、不同分化阶段特征的鉴别、分化启动和分化定向关键调控因子的鉴定。

在此基础上，也进行不同胚层来源的组织的组织干细胞之间的比较研究，以认识分化事件调控的基本规律。

3、组织干细胞分化的遗传及表观遗传调控机制研究研究与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制，加深对组织干细胞分化调控基本规律的认识。

拟采用遗传学和表观遗传学研究体系，探讨已知的表观调控因子（包括组蛋白修饰分子、染色质重塑分子和microRNA）的生物学功能和作用机制；发现和鉴定新的表观遗传调控因子及其作用机制；研究免疫因子对组织干细胞分化的遗传及表观遗传调节的影响及其机制；运用生物信息学方法，整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子），探索组织干细胞分化调控规律，为干预组织干细胞的分化提供依据。

干细胞构建类器官的基本方法与策略以干细胞构建类器官的基本方法与策略为题，本文将介绍干细胞构建类器官的基本方法和策略。

干细胞是一种具有自我更新和分化为多种细胞类型能力的细胞。

利用干细胞构建类器官可以为生物医学研究和临床治疗提供新的途径。

一、多能干细胞的获取多能干细胞包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞。

胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有较高的分化潜能。

诱导多能干细胞是通过转化成熟细胞重新获得干细胞特性。

这两种干细胞都可以作为构建类器官的起点。

二、干细胞的定向分化干细胞经过定向分化可以转化为特定的细胞类型，如心脏细胞、肝细胞等。

定向分化的关键是通过特定的培养条件和信号分子来引导干细胞向特定细胞类型分化。

科学家们通过研究发现了很多能够促进干细胞定向分化的信号通路和分化因子，如Wnt、BMP、FGF等。

三、三维结构的构建为了使干细胞定向分化后的细胞能够形成类器官的结构和功能，需要为这些细胞提供合适的环境。

常见的方法是利用支架材料和生物打印技术构建三维结构。

支架材料可以提供细胞附着的支撑和空间，而生物打印技术可以将细胞精确地定位在特定的位置上，使其形成组织结构。

四、细胞功能的调控除了形成类器官的结构外，干细胞定向分化后的细胞还需要具备相应的功能。

为了实现细胞功能的调控，可以通过培养条件和基因编辑技术来改变细胞的表达谱和功能。

例如，可以通过添加特定的生长因子和细胞因子来促进细胞的功能表达，或者利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术来改变细胞的基因组。

五、器官的整合和功能评估在干细胞构建类器官的过程中，需要将各种细胞类型和功能组合在一起，形成完整的器官结构。

这可以通过体外培养和移植到动物体内来实现。

同时，还需要对构建的类器官进行功能评估，以确保其具备正常的生理功能。

常用的评估方法包括细胞活力检测、组织结构观察和功能性实验等。

六、应用和挑战干细胞构建类器官的应用前景广阔，可以用于疾病模型建立、药物筛选和组织修复等领域。