干细胞生物学的课程设计和实践

干细胞是指机体内具有自我更新能力和特定分化潜能的细胞[1]。干细胞研究是当今生命科学领域的研究前沿和热点。在基础研究的角度，对干细胞的深入认识有助于帮助我们理解个体和器官发育、组织稳态维持和损伤后修复以及再生的细胞生物学基础；同时，由于干细胞具有较强的自我更新能力和分化为成熟的功能性细胞的潜能，干细胞在细胞治疗、组织工程等应用领域也具有诱人的应用前景。因此，干细胞生物学将会成为医学细胞生物学教学的新前沿[2]，进而认为有必要为医学院校的研究生开设干细胞生物学的课程。开设该课程的核心目的是帮助研究生了解干细胞研究领域的概况、干细胞对现代生命科学的影响以及干细胞的应用前景等。本论文将对干细胞生物学的课程设计和实践体会进行报告。

1 干细胞生物学的教学内容设计

在教学内容设计上，将干细胞生物学分为五大知识模块。这些模块分别为：干细胞总论、多能干细胞生物学、细胞重编程、成体干细胞以及干细胞和再生医学。

在干细胞总论部分，重点介绍干细胞的概念、干细胞的研究历史、干细胞的类型和分化潜能、以及干细胞的一些共同特征（如细胞的增殖和代谢特性）及其生物学意义。在此部分，对课程设计的重点着眼于相关概念的引入。除了干细胞的概念外，自我更新（self-renewal），全能型（totipotency），多能型（pluripotency），专能性（multipotency），重编程（reprograming）等都是要求学生必须掌握的重要概念。该部分安排两个学时的教学。

第2个知识模块为多能干细胞生物学。多能干细胞指的是能够分化为机体任何一种细胞类型的干细胞，但是该细胞不具备分化为完整个体的能力[3]。多能干细胞研究是干细胞研究领域热点中的热点。根据文献统计，大约有80%的干细胞研究者在从事多能干细胞相关的研究。对该知识模块，首先从历史的纵深上对多能干细胞的研究脉络和标志性事件进行介绍，如上世纪七十年代开始的畸胎瘤研究，八十年代开始的小鼠胚胎干细胞研究以及九十年代末快速发展的人多能干细胞研究[4]。在此基础上，对多能干细胞的来源、基本特性、鉴定手段及其生物学（如自我更新和分化的调控）等内容做系统的介绍。该部分共安排6个学时的教学。

第3个知识模块为细胞重编程（cell reprogramming）。细胞重编程是指通过实验技术手段将终末分化细胞的分化进程进行逆转，从实现细胞类型的转变。由于细胞重编程能够将细胞逆转成为具有自我更新和分化能力的干细胞，因此，细胞重编程技术在再生医学、疾病的个性化治疗以及药物筛选过程中具有广阔的应用前景，也是当前生命科学研究的热点之一[5]。对于该知识模块，我们同样首先从历史的纵深上对细胞的分化潜能的认识过程进行介绍。如John Gordon等利用蛙类和鱼类体细胞做核移植的开创性工作、哺乳动物的核移植、多能干细胞与体细胞融合介导的重编程、日本科学家通过过表达多能干细胞的转录因子诱导细胞重编程等。该部分共安排四个学时的教学。

第4个知识模块为成体干细胞（adult stem cells）。成体干细胞是指存在于个体各种组织或器官中的多潜能干细胞，成体干细胞在特定环境下可分裂产生新的干细胞，也可分化形成成熟的功能性细胞，成体干细胞在组织器官的发育、稳态维持、损伤修复等过程中起着重要的作用[6]。对于该模块的讲解，我们仍然从成体干细胞的发现过程开始介绍，如成体干细胞的研究始于20世纪60年代对造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSC）的研究[7]，再介绍皮肤、神经、肌肉、肝脏、小肠等组织中成体干细胞的发现过程。随后通过与多能干细胞的比较，讲解不同组织来源的成体干细胞与多能干细胞在活化、增殖、分化、代谢等特性上存在的共性与差异，最后再分别讲解皮肤、神经、肌肉、小肠、肝脏、毛囊等组织干细胞的独有特性。该部分共安排6个学时的教学。

本课程设计的最后一个知识模块是干细胞的应用环节：细胞治疗和再生医学。在该部分，主要通过对一些成功案例的介绍向学生展示干细胞在再生医学中的重要应用前景。例如，利用人多能干细胞来源的视网膜色素上皮细胞移植治疗老年性黄斑变性[8]；利用间充质干细胞移植治疗移植物抗宿主反应[9]；利用多能干细胞或者神经干细胞来源的多巴胺神经元移植治疗帕金森氏病等等[10-11]。同时在该部分的教学中，也强调干细胞应用需要遵循的规范、所面临的障碍以及所涉及的伦理学争议。解决这些问题一方面需要基础研究的进步，此外也需要社会的共识和法律的保障。该部分共安排4个学时的教学。

2 干细胞生物学的教学方法设计

在课程实施过程中，主要采用了课堂讲授和学生讨论相结合的授课方式。涉及干细胞基础生物学的知识由本教研室的教师承担。同时，为了彰显医学特色，对于涉及干细胞应用的知识点，如成体干细胞模块中造血干细胞和神经干细胞的内容以及干细胞和再生医学模块，我们则聘请有临床经验的专家进行授课。此外，干细胞研究是当今生命科学研究的前沿之一，许多问题尚存争议，例如肝干细胞在肝脏损伤后再生中是否发挥作用、生理条件下是否存在细胞的转分化、干细胞的伦理学困境是否限制了干细胞研究等问题。在教学实施过程中，这些缺乏共识的问题为我们设计开放式讨论教学提供了很好的题材[12]，这种开放式的讨论教学不仅能够引导学生进行积极而独立的思考，而且还能锻炼学生的科学思维并提高学生自主学习的能力。

3 干细胞生物学课程的实践体会

干细胞生物学课程主要针对硕士研究生开设。在教学实施过程中发现学生大多对干细胞的相关知识和研究概况缺乏深入的认识，但是普遍对该领域的研究充满兴趣，表现了良好的学习热情。这都说明了为研究生开设该课程的必要性和重要性。但是，通过实践我也发现了一些该课程有待改进的地方。其中最突出的问题是，学生普遍期望能为该课程设计配套的实验教程，尤其是一些前沿实验，如诱导体细胞重编程的实验，人胚胎干细胞的培养和定向分化等。此外，一些临床专业的研究生也希望能够增加干细胞和再生医学模块内容在教学中所占的比重。这都为我们在接下来的工作中进一步改进和完善干细胞生物学课程提出了要求。