Stem Cell Proliferation and Differentiation: A Multitype Branching Process Model

بدن شامل بسیاری از سیستم‌های سلولی است که نیاز به تولید مداوم سلول‌های جدید، کاملاً کاربردی و تمایز یافته دارند تا جایگزین سلول‌هایی شوند که فاقد یا دارای قابلیت‌های خود تجدیدی محدودی هستند که در طول زندگی فرد می‌میرند یا آسیب می‌بینند. چنین سیستم هایی شامل اپیدرم، پوشش اپیتلیال روده و خون است. برای مثال، گلبول‌های قرمز (گلبول‌های قرمز) فاقد هسته هستند و بنابراین قادر به تکثیر خود نیستند. طول عمر آنها در گردش حدود 120 روز است. گرانولوسیت های بالغ، که فاقد ظرفیت تکثیر هستند، طول عمر بسیار کوتاه تری دارند - معمولاً 12 ساعت، اگرچه ممکن است در مواقع عفونت جدی بافت، این مدت به دو یا سه ساعت کاهش یابد. شاید مثال آشناتر بیرونی ترین لایه پوست باشد. این لایه از سلول‌های اپیدرمی کاملاً بالغ و مرده تشکیل شده است که باید با فرزندان سلول‌های بنیادی مستقر در لایه‌های پایین‌تر اپیدرم جایگزین شوند. در مجموع، برای تامین نیازهای طبیعی سلول‌ها، یک انسان متوسط ​​باید در طول زندگی روزانه تقریباً 7/3 در 1011 سلول تولید کند (دکستر و اسپونسر، 1987). مشترک هر یک از این سیستم های سلولی یک سلول بنیادی بدوی (تمایز نشده) است که سلول ها را از طریق تولید فرزندان دوباره پر می کند، برخی از آنها تکثیر می شوند و به تدریج تمایز می یابند تا زمانی که سلول های بالغ و کاملاً عملکردی تولید شوند.

The body contains many cellular systems that require the continuous production of new, fully functional, differentiated cells to replace cells lacking or having limited self-renewal capabilities that die or are damaged during the lifetime of an individual. Such systems include the epidermis, the epithelial lining of the gut, and the blood. For example, erythrocytes (red blood cells) lack nuclei and thus are incapable of self-replication. They have a life span in the circulation of about 120 days. Mature granulocytes, which also lack proliferative capacity, have a much shorter life span - typically 12 hours, though this may be reduced to only two or three hours in times of serious tissue infection. Perhaps a more familiar example is the outermost layer of the skin. This layer is composed of fully mature, dead epidermal cells that must be replaced by the descendants of stem cells lodged in lower layers of the epidermis (cf. Alberts et al. , 1983). In total, to supply the normal steady-state demands of cells, an average human must produce approximately 3. 7 x 1011 cells a day throughout life (Dexter and Spooncer, 1987). Common to each of these cellular systems is a primitive (undifferentiated) stem cell which replenishes cells through the production of offspring, some of which proliferate and gradually differentiate until mature, fully functional cells are produced.