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胚胎工程技术在人类生产生活中应用


胚胎工程技术在人类生产生活中应用

胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术, 胚 胎工程技术内容丰富,如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养 等技术。经过处理后获得的胚胎,还需移植到雌性动物体内生产后代,以 满足人类的各种需求。

胚胎工程技术广泛用于生殖生物学、胚胎学、发育生物学、遗传育种学 和生殖医学的研

究应用,并成为这些研究领域的重要技术手段。目前在生产 上应用较多的是动物繁殖控制技术,包括人工受精技术、试管家畜技术、胚胎分 割技术等。胚胎工程是生物技术的重要组成部分,它的研究和应用不仅推动了制 药、器官移植医学等领域的变革,而且还加速了畜牧业生产的发展。目前我国在 胚胎移植改良牛、羊品种,体细胞克隆牛、羊等家畜的技术方面已经进入国际先 进行列。

从本世纪的三十年代起,胚胎工程技术就逐步成功地应用于畜牧业生 产,尤其是在优良种畜的引进、品种的保存、种畜的迅速扩繁、品种的改 良和濒危动物的保护等方面发挥了极其重要的作用,极大地提高了畜牧生 产的科技水平,产生了巨大的经济效益和社会效益。胚胎工程主要是对哺乳 动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作,然后让它继续发育,获得人们所需要 的成体动物的新技术。实际上是动物细胞工程的拓展与延伸。早在1891年, 英国剑桥大学的赫普就在兔子身上首次成功地进行了受精卵的移植实验。 到本世 纪30年代,这项技术已在畜牧业上获得了越来越明显的效益。进入70年代, 出现了专门从事受精卵移植的企业。高等动物的受精卵移植又叫“家畜胚胎移

植”。它是将优良种畜的早期胚胎从供体母畜体中取出来,移到受体母畜输卵管 或子宫中,“借腹怀胎”繁殖优良牲畜的技术。胚胎工程在此基础上发展起来。发 育工程采用的新技术包括: 1、胚胎冷冻技术。为便于长途运输和随时供移植使用,将那些6~7日龄 已有20~30个细胞的新鲜活胚胎(或分割后的半胚胎、1/4胎)在-19 6℃的超低温下冷冻贮存。 这是在冷冻精子的技术基础上进一步发展起来的一项 新技术。目前用冷冻胚胎移植的成功率约为鲜胚胎的70%~80%。 2、胚胎分割技术。为成倍甚至成数倍地提高优良胚胎移植后所得到的成体 数,用显微外科的手术方法将一个胚胎分割为2个或多个,制造同卵多仔。国内 外科学家们已在鼠、兔、牛、羊、猪的胚胎分割上取得了成功。 3、胚胎融合技术。就是将两个除去表层的透明带的不同品种或不同种的胚 胎粘合在一起,或将两个裸胚各切一半,分别合成两个新的嵌合体胚胎。然后将 新合成的胚胎移植到受体母畜体内让其继续发育形成一种嵌合体的新后代。 4、卵核移植技术。将一个早期胚胎的卵裂球分离成几十个具有相同的遗传 基因的细胞,然后把这些细胞核分别注入到受体母畜的去了核的受精卵中,获得 从同一个优良品种卵繁殖出来的性状相同的许多仔畜。 这是细胞核移植技术的一 种,但它与前面讲到的植物细胞核质移植不尽相同。 5、体外受精技术。用采集的供体家畜的精子与卵子在试管中进行受精,并 培育成胚胎,再移植到受体母畜体内进行继续发育,生产出叫做“试管仔畜”的技 术。这项技术在人医上发展很快。目前,国内外已有“试管婴儿”6000多例。 而在动物繁育上成功的还不太多。据各国报道,现有试管牛、羊、猪、兔、鼠共 计还不到400头(只)。

6、胚胎性别鉴定技术。就是在不影响移植发育的前提下,将供移植胚胎上 的细胞,取下少许,用电泳法、HY抗法法、DNA探针法以及离心分离法等先 进技术进行性别鉴定,以便按需要控制繁育新仔畜的性别。 7、基因导入技术。就是将外源基因注入性细胞或胚胎,以改进家畜基因组 型,培育具有新的性状的仔畜。1982年美国4个实验室把大鼠的生长激素基 因,注射到小鼠的受精卵内,培育出的转基因小鼠生长加快,体重相当于原种小 鼠的两倍,被叫做“超级小鼠”。它所具有的新性状,还可以遗传给后代。198 3年英国剑桥大学的科研人员首先将山羊和绵羊杂交成功,这种山绵羊,头上长 有山羊角,身体长得又如绵羊,但这种山绵羊和骡子一样,不能繁衍后代。各国 的科学家们寄希望用这项技术培育出“超级家畜”或某些“微型动物”以适应人们各 种不同的需要。 胚胎工程技术在人类的人工辅助生殖方面也得到了广泛的应用。 利用超数排卵、体外授精(in vitro fertilization, IVF)、体外发育 (in vitro development, IVD)和胚胎移植(embryo transfer, ET) 技术,在世界上诞生了成千上万的试管婴儿,克服了部分因生殖障碍而导 致的不育不孕,有效地提高了人口的优生优育水平,促进了人类的生殖健 康。。1978 年 7 月 25 日。世界上第 1 个试管婴儿路易斯一布朗诞生于英国伦敦 奥德海姆中心医院。布朗夫人的输卵管有缺陷而不能怀孕。妇产科专家帕特里 克·斯特普托和胚胎学家罗伯特·埃德华兹将布朗夫妇的精子和卵细胞在体外受 精,然后将胚胎植人布朗夫人的子宫内。试管婴儿无疑成为人类生殖医学史上划 时代的里程碑,被认为是继心脏移植成功后又一医学上的奇迹。2006 年,28 岁 的路易丝·布朗成功生下一名婴儿,但没有借助试管受精技术,从而打消医学界

某些人对试管婴儿能否正常生育的担心。1988 年 3 月,中国大陆第 1 例试管婴 儿诞生于北京大学附属第三医院, 其父母为了感谢中国第 1 例试管婴儿的制造者 ——产科专家张丽珠教授,给孩子起名为郑萌珠。这是我国生殖医学和生殖工程 一个突破性成果,为更好地开展计划生育和优生学工作创造了条件

胚胎工程技术, 在畜牧生产中不仅发挥了大幅度提高优良供体母畜繁殖能力 的作用, 而且还能向人类提供具有不同的、 优良遗传性状的产品, 为人类的生产、 生活、医疗和健康服务。

近些年来,胚胎干细胞研究取得了不少重要成果,同时专家在研制与这种干细胞类似的“多 能细胞”方面也获得了进展。 2002 年 3 月,美国怀特黑德生物医学研究所借助克隆技术成功对实验鼠进行了胚胎干 细胞治疗,首次在动物身上证实“治疗性克隆”技术是可行的。 2002 年 10 月,中国中山大学第二附属医院用人工受精卵发育成的囊胚内细胞团建立 了首个中国人胚胎干细胞系,使中国在该领域跻身世界前列。

2003 年 4 月,日本物理化学研究所宣布,在世界上首次用猴胚胎干细胞生成两种末梢 神经,这一成果拓宽了再生医疗的前景。 2004 年 5 月,世界上首个国家胚胎干细胞库在英国伦敦建立,它可为糖尿病、癌症、 帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病的研究和治疗储存、提供干细胞。

2004 年 9 月,美国马萨诸塞州高级细胞技术公司宣布,首次用人类胚胎干细胞成功培 育出了视网膜细胞,该技术有望用于治疗视网膜退化造成的失明。 2005 年 1 月, 日本京都大学专家首次报告说, 他们将猴胚胎干细胞分化成神经干细胞, 再植入 6 只患有帕金森氏症的猴子的脑部,结果它们病情明显好转。

2006 年 8 月,日本京都大学宣布,该大学研究人员利用实验鼠皮肤细胞制成可分化为 各种组织和器官的“多能细胞”,这一成果为利用人类皮肤细胞“仿制”胚胎干细胞打下了 技术基础。 2007 年 11 月,美国俄勒冈州健康和科学大学报告说,他们用取自不同猕猴的皮肤细 胞和卵子培育出胚胎。这是科学家首次成功克隆灵长类动物胚胎。 2007 年 11 月,美国威斯康星大学和日本京都大学专家报告说,他们将人体皮肤细胞 改造成了几乎能和胚胎干细胞相媲美的干细胞, 这一成果有望使胚胎干细胞研究避开一直以 来面临的伦理争议,从而大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究。


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