干细胞与生物医学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、干细胞的概念,二、干细胞的分类,三、胚胎干细胞的来源和生物学特性,四、成体干细胞的来源和生物学特性,五、诱导的多能干细胞,六、干细胞在生物医学中的应用,七、讨论,讲述内容,1,、,Stem cells,：,指具有自我更新和强大的多方向分化潜能能力的未分化细胞。,2,、特性（,stemness,）：,自我更新能力,干细胞能无限增殖分裂；,多方向分化能力,干细胞能分化为人体全部或多种细胞类型；,不对称分化,干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运：保持为 干细胞或分化为特定细胞，分化时为不对称分 裂。,活动状态,干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；,一、干细胞的概念,3,、干细胞的形态及生化特征,形态：体积小、核大、细胞器不发达,生化：干细胞的共同标志，如端粒酶活性高,不同干细胞的特有标志，如人造血干细胞表现为,CD34,和,CD133,；上皮干细胞有高表达的,1,整合素；神经干细胞,Nestin,；肿瘤干细胞,CD133,等。,不同干细胞分离时间点,1,、,三、胚胎干细胞,embryonic stem cells,（一）、来源和生物学特性,胚胎干细胞主要是指来自囊胚内细胞团的细胞,和原始生殖细胞,，有自我更新和多向分化潜能，可以分化为内、中、外三个胚层的多种组织细胞的潜能。但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。,（二）、,ES,细胞分离史,1981,年，英国科学家,Evans,等人在世界上首先建立起了小鼠,Es,细胞系,1998年11月，美国威斯康星大学的,Thomson,教授，在征得胚胎所有者同意之后，从试管婴儿剩余的胚胎中分离出胚胎干细胞，并在体外培养成功，建立起了人,Es,细胞。,（三）、,ES,细胞分离培养方法,1,、,囊胚获取的新方法,终末分化细胞重编程,体外体细胞核移植干细胞建立,模式图,体外核移植合子（受精卵）的产生,四、成体干细胞,adult stem cells,（一）、来源和生物学特性,成体干细胞主要是指来自,成年动物,组织或器官，有自我更新和多向分化潜能，可以分化为组成其来源组织或器官的多种细胞的潜能。分化潜能低于,ES,细胞。,（二）、,分离鉴定的成体干细胞,造血干细胞、骨髓间质干细胞、神经干细胞、脂肪干细胞、上皮干细胞、胰腺干细胞、肝干细胞,（三）、成体干细胞的分化特性,1,、,自然条件,下成体干细胞倾向于分化成所在组织的细胞，参与组织更新和损伤修复；,2,、,外界条件,诱导下成体干细胞可横向分化成其他组织的细胞，参与这些组织的损伤修复。,造血干细胞的分化,嗅束（球）、侧脑室的室管膜（脑室）区、,脑室下区（,SVZ,）,、,海马齿状回,、小脑（部分后脑）、大脑皮层和脊髓。,神经干细胞的,体内分布,临床医学应用：,替代病变或衰老组织以及提供营养,替代性治疗，基因靶向治疗（脊髓损伤、帕金森病、老年痴呆、脑梗死等）,基础研究领域：,神经发育的研究；,神经干细胞迁移和分化的调控 研究,五、,iPS,细胞,（,induced pluripotent stem cells,）,2006,年,Yamanaka,发现，胚胎干细胞中存在一系列特异性表达的蛋白质，而当胚胎干细胞分化时，这些蛋白表达减少。提出如果在小鼠体细胞内表达这些蛋白，或许能使体细胞转变为具有干细胞全能性质的细胞。,这一发现分别被,自然,和,科学,杂志评为,2007,年第一和第二大科学进展。,2008.4,，美国科学家将实验鼠皮肤细胞改造成,iPS,细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。,2009.2,，日本科学家宣布成功利用人类皮肤细胞制成的,iPS,细胞培育出血小板，而且声称从技术上说用,iPS,细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的。,iPS,细胞制备流程,来源于,iPS,细胞的小鼠,iPS,细胞与胚胎干细胞相比的,优点,1,、,iPS,细胞则由体细胞诱导产生，不存在来源的问题。,2,、,iPS,细胞取自病人组织，产生的是病人特异的干细胞，避免了免疫排斥反应。,iPS,细胞与胚胎干细胞相比的,缺点,1,、,c-myc,是原癌基因，此基因的失控会导致癌症的发生。,2,、,iPS,小鼠存在明显的健康问题，死亡率很高。,慢病毒载体的使用也会导致基因组的整合，诱发致癌危险。,iPS,细胞的特点,iPS,细胞的应用,疾病治疗,iPS,细胞的应用,疾病模型,iPS,细胞的应用,药物筛选,六、干细胞在生物医学中的应用,细胞治疗（基因治疗）,组织工程,药物筛选和毒性检测,转基因动物的制备,（一）细胞治疗,cell therapy,胞治疗是指将正常或遗传改造过的人体细胞直接移植或输入患者体内，以达到替代受损细胞、治疗疾病的目的。利用干细胞及其分化细胞进行细胞治疗是干细胞临床应用的重要研究方向。,胚胎干细胞和成体干细胞都能用于细胞治疗，但目前只有少数成体干细胞在细胞治疗上己开始取得临床疗效，大多数的干细胞治疗还在实验阶段。,1、骨髓干细胞移植,2、脐带血干细胞移植,3、神经干细胞移植,北京某医院完成异基因造血干细胞移植病例数,造血干细胞移植：,肿瘤类如白血病,某些恶性实体瘤等,非肿瘤性疾病，如,:,再生障碍性贫血,重症免疫缺陷病,急性放射病，地中海贫血等。,造血干细胞自体移植,造血干细胞异体移植,I,型糖尿病的治疗,外源胰岛素治疗,胰腺或胰岛移植,干细胞治疗：,胚胎干细胞 诱导分化成,细胞 细胞移植,基因导入使其表达胰岛素 细胞移植,胰腺干细胞 诱导分化成,细胞 细胞移植,糖尿病小鼠模型制作,(,腹腔注射链脲佐菌素,STZ),肾膜下移植,ICCs,治疗糖尿病,NOD-Scid,小鼠,腹腔内注射,streptozotocin,肾膜下移植含,类,细胞的,ICCs,高血糖,注射,STZ,前,注射,STZ,后,移植,ICCS,后,30,20,10,血糖水平,(mmol/l),注射后,3,天小鼠出现稳定的高血糖症,移植,4,天后小鼠,血糖明显下降,（二）、组织工程（,Tissue Engineering):,组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研究正常或病理状况下哺乳动物组织的结构、功能和生长的机制，研究开发能够修复、维持替换或增进其功能或改善损伤组织的人工生物替代物的一门学科。,利用干细胞再造组织或器官。,组织工程的基本要素,：,细胞,(Cell),增殖、分化、自组装成组织和器官,生长因子,(Growth factor),调节细胞的增殖和分化,胞外基质（,Extracellular matrix,ECM),支撑和指导细胞增殖、分化,组织工程的基本原理,体外组织工程,体内组织工程,组织工程的关键技术,:,细胞,生长因子,生物材料,体外长成组织器官后在进行移植,组织工程化皮肤,组织工程化骨骼,组织工程化血管,组织工程化管状器官,组织工程化腺体器官,组织工程化人的角膜,TransCyte,皮肤替代物,美国,FDA,（食品与药品监督管理局）批准美国加利福尼亚州一家公司生产的商品名为,TransCyte,的皮肤替代物进入市场。它由取自皮肤真皮或表皮层的细胞在一个生物可降解的聚合物上生长而成。,TransCyte,能作为创口的临时覆盖物，可用于,2,度或,3,度烧伤的病人。,Carticel,软骨产品,可用来替代损伤的膝关节软骨。它首先从病人机体中获取一些软骨细胞，然后将这些细胞在一个可降解的基体上生长，组织长成后，外科医生切去损伤的软骨，用工程化软骨组织替代。,（三）高效新型药物的发现、筛选,胚胎干细胞提供了新药物的,药理药效、毒理及药物代谢,等研究的细胞水平的研究手段，利用胚胎干细胞体外分化的细胞组织检验筛选新药，可大大减少药物实验所需实验动物的数量及其人群数量，胚胎干细胞还可用来研究动物和人类疾病的发生机制和发展过程以便找到有效和持久的治疗方法。,（四）生产转基因动物和人类疾病的模型的高效载体,利用胚胎干细胞作载体使外源基因的整合筛选等工作能在细胞水平上进行,使操作简便可靠。,生产克隆动物的高效材料胚胎干细胞是动物克隆的优良核供体。,胚胎干细胞可以无限传代和增殖而不失去其基因型和表现型,以其作为核供体进行核移植后在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体。,胚胎干细胞与胚胎嵌合生产克隆动物可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题。,转基因技术：,指将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中，从而达到改造细胞的目的。又称为“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”等。,克隆技术：,一种人工诱导的无性生殖方式或者自然的的无性生殖方式。植物的组织培养技术，动物的同卵双生，单基因的克隆（,PCR,）。,转基因物种制备：,转基因,+,克隆,动物克隆方案,成体干细胞的当前研究热点,1.,体内微环境,体内维持神经干细胞的微环境（,niche,），包括所处的位置、细胞组成、分子组成以及他们的相互关系。,支持细胞、血管、基底膜、细胞间基质、多种信号调控分子等,干细胞微环境包括多种组成成分,信号分子,:,以自分泌或旁分泌的形式影响干细胞的增殖与分化。,细胞黏附分子,:,确保干细胞定居于微环境中，并接受信号分子的调节。,细胞外基质,:,对干细胞正常功能的维持提供了重要信号，并且可以直接调节干细胞的分化方向。,空间效应,:,空间结构对保持适宜的干细胞数目和干细胞的定向分化发挥了重要作用。,果蝇卵巢干细胞微环境,生殖干细胞,GSC,位于卵巢原卵区的顶部，并被三种不同的基质细胞群所包绕：端丝、帽细胞以及内鞘细胞。这三种基质细胞以及基膜共同构成微环境，其中帽细胞通过紧密连接固定,GSC,，与其他基质细胞产生的细胞信号分子共同调控,GSC,的生长和分化。,成体干细胞的当前研究热点,2.,增殖与分化的调控机制,A,、信号分子表达梯度,Notch,sirt1,delta,par1,等,B,、表观遗传,核苷酸的甲基化，组蛋白乙酰化。,成体干细胞的当前研究热点,3.,体外定向诱导分化,功能性神经元,（多巴胺能,),；,少突胶质细胞,.,细胞因子如白介素，神经营养因子，神经生长因子，上皮细胞生长因子，成纤维细胞生长因子等,1,、损伤诱导神经干细胞增殖、迁移和分化,2,、神经干细胞异常增殖与癫痫,成体干细胞的当前研究热点,4.,与疾病的关系,治疗疾病：,中风（脑梗塞、脑出血）、小脑萎缩症（脑性瘫痪）、脊髓损伤、脑萎缩、共济失调、脑外伤后遗症、帕金森氏综合症、多发性硬化、多系统萎缩症（,MSA,）、老年痴呆症、视神经萎缩等,成体干细胞的当前研究热点,5.,应用研究,移植方法：,1,、静脉注射移植；,2,、椎管注射移植；,3,、直接移植到病变部位。,成体干细胞的当前研究热点,6.,细胞间的转分化（谱系重编程）,终末分化的细胞,非神经系统的多能,/,单能干细胞,重编程,iPS,细胞,诱导分化,神经干细胞,功能性神经细胞,定向分化,临床治疗,七、讨论,干细胞分化,干细胞与功能细胞的异同,干细胞的应用前景与面临的问题（伦理问题，安全性（免疫排斥和致瘤性），有效性）,将,ESC,注射到裸鼠皮下，小鼠可产生畸胎瘤。分化的胚胎组织包括胃上皮组织,(,内胚层,),骨和软骨组织、平滑肌和横纹肌,(,中胚层,),，神经表皮、神经节和复层鳞状上皮,(,外胚层,),等。,Thank you!,