干细胞生物学.pptx

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,*,干细胞生物学,Stem Cell Biology,1/91,2/91,干细胞生物学是近年来发展起来新欣学科，是一个新技术、新产业。对干细胞研究将促进生命科学发展，促进生物医药发展，促进生命科学产业化。,3/91,干细胞生物学是研究干细胞科学，是研究干细胞各种生命现象、干细胞生物学特征、干细胞发生、发育、分化等活动规律学科，是研究干细胞应用学科,其包括生命科学及生物医药几乎全部领域，除了在细胞治疗、基因治疗、组织器官移植以外,在新基因发觉、基因功效分析、发育、新药开发、药效、药品毒性评价等领域产生主要影响。,4/91,干细胞概念及分类,干细胞（,Stem cell）,:,指存在于胚胎直至成体含有,增殖、自我更新（,self-renewal）,以及,分化潜能,原始细胞。,5/91,全部干细胞都含有两个最为显著特征：,一是不停增殖、自我更新;,二是在适宜环境条件下可分化并产生不一样类型细胞。,6/91,分类(按分化潜能分类）,全能干细胞（,totipotent stem cells）、,多能干细胞（,pluripotent stem cell）,单能干细胞（,monopotent stem cell）,或称为专能干细胞（,committed stem cell）。,7/91,全能干细胞,是指能发育成为一个完整个体原始细胞。,受精卵、人体816细胞以前胚胎每一个卵裂球都能发育成为一个完整个体，是全能干细胞。,8/91,多能干细胞,是指那些分化潜能很“宽”，可分化为各种类型细胞原始细胞.,如胚胎干细胞（,embryonic stem cell，ES,细胞）胚胎生殖细胞（,embryonic germ cell）、,骨髓基质干细胞（,Bone marrow stromal stem cell）。,神经干细胞.,9/91,单能干细胞,（也称专能、偏能干细胞），只能向一个类型或亲密相关两种类型细胞分化，如表皮组织基底层干细胞、肌肉中成肌细胞或叫肌卫星细胞（,satellite cell），,神经元干细胞只能分化为神经元，胶质干细胞只能分化为胶质细胞等。,10/91,按照生存阶段分类：,胚胎干细胞,成体干细胞（,adult stem cell；somatic stem cells），,也称为组织干细胞（,tissue stem cells）。,11/91,胚胎干细胞，,是存在于早期胚胎组织中，含有高度增殖能力和多向分化潜能，能分化为三个胚层全部细胞类型原始细胞。,成体干细胞,指存在于各组织器官未分化细胞。在体内，它们含有终生自我更新（,self-renewal）,能力和分化潜能。,12/91,依据胚胎干细胞起源不一样，分为：,ES,细胞,（,embryonic stem cells,）,来自囊胚期内细胞团。,EC,细胞,(,embryonic carcinoma cells)，,由畸胎癌（,teratocarcinorma),中分离、筛选出具增殖，自我更新能力细胞。,EG,细胞,（,embryonic germ cells)，,由原始生殖细胞（,primordial germ cells),中分离取得。,13/91,14/91,成体干细胞依据起源分为：,骨髓干细胞,神经干细胞,上皮干细胞,肝干细胞,胰腺干细胞,皮肤干细胞,脂肪干细胞,15/91,成体干细胞含有可塑性（,plasticity,）,或横向分化,特征。这是指某种组织成体干细胞可分化为另一个组织特异细胞能力。比如骨髓基质干细胞可分化为心肌细胞、脂肪细胞等,16/91,由干细胞到分化细胞发育过程中，有两种过渡类型细胞：,1、短暂增殖细胞(,transit amplifying cells),也称为过渡放大细胞。,2、祖细胞（,progenitor cells）,或前体细胞（,precursor cells）。,17/91,过渡放大细胞（定向祖细胞）,是干细胞和分化细胞间一个细胞，类似于祖细胞，其增殖能力比干细胞大得多,。,18/91,祖细胞（,Progenitor,）,或前体细胞（,precursor cells,）,是某细胞类型前体细胞,/,祖细胞，如神经元前体细胞,/,祖细胞，神经胶质前体细胞,/,祖细胞，淋巴细胞前体细胞,/,祖细胞,.,。淋巴细胞前体细胞,/,祖细胞只能分化为淋巴细胞相关几个类型细胞，如,T,淋巴细胞；,B,淋巴细胞，自然杀伤细胞等。,19/91,祖细胞或前体细胞由成体干细胞分裂、产生未分化细胞，其分化谱系受到限制，经再分化成为含有特定形态、结构，执行功效终末分化细胞或成熟细胞。如神经前体细胞,/,祖细胞只能分化为神经细胞。,20/91,祖细胞含有有限增殖和分化能力，与干细胞比较，祖细胞没有自我更新能力，其经过几次分裂后，产生细胞均为终末分化细胞（,terminal differentiated cells)。,21/91,表 干细胞、过渡放大细胞（定向祖细胞）和分化细胞区分,干细 过渡放大细胞 分化细胞,分化标识蛋白 无 开始具备 无,增殖能力 无限 有限 无,增殖速度 迟缓 短期快速 无,自我更新能力 无限 无 无,产生分化细胞能力 有 有限 无,参加受损伤 终生 短暫 无,组织再生能力,22/91,第二节 干细胞基本特征,23/91,一、干细胞基本特征,（一）干细胞形态和生化特征,1,形态特征,：干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比较大，,胞内细胞器稀少，细胞内,RNA,含量低,。依据其形态学特征和存在位置、分子标识能够识别不一样干细胞，当前有干细胞位置已经确定。比如神经干细胞主要分布于室下带、海马、纹状体、嗅球等区域,。,24/91,2,生化特征,：不一样干细胞含有不一样生化标志，如角蛋白15是确定毛囊中表皮干细胞标志分子，,nestin,为神经干细胞标志分子.。利用标志分子确定干细胞位置、寻找和分离干细胞有主要意义。干细胞都含有较高端粒酶活性，这与其增殖能力亲密相关。,25/91,(二)干细胞生物学特征,1干细胞,自我更新,特征,干细胞在体内终生都含有自我更新能力，这与祖细胞（含有优先更新能力）不一样。其自我更新能力是经过,不对称分裂(,asymmetry division),和对称分裂(,symmetry division),这两种形式实现。,26/91,对称分裂,假如产生两个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞，称为对称分裂。,不对称分裂,假如产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞则称为不对称分裂。,27/91,2细胞增殖特征,1）,干细胞增殖迟缓性,普通情况下,干细胞处于休眠或迟缓增殖状态,当其接收刺激,分化时，首先要经过一个短暂增殖期，产生过渡放大细胞(,transit amplifying cell),或称为“短暂扩充细胞,”,经若干次分裂后产生分化细胞。过渡放大细胞作用是能够经过较少干细胞产生较多分化细胞,同时保护干细胞。,28/91,2）,干细,胞增殖自稳定性,自我维持(,self-maintenance),或自稳定性是指干细胞能够在生物个体生命区间自我更新并维持其本身数目相对恒定性，这也是干细胞基本特征之一。,29/91,维持自我稳定性,是经过各种形式来实现。,首先，当干细胞分裂时，无脊椎动物干细胞常以不对称分裂来维持本身数目标恒定。哺乳动物干细胞经常以对称分裂和不对称分列这两种形式进行，但对于群体而言依然是不对称分裂。经过这两种分裂方式协调，确保干细胞数目相对衡定，同时更适应组织再生需要。,30/91,稳定不对称分裂（,invariantasymmetry）,细胞群体不对称分裂（,populational asymmetry division）,。,31/91,3干细胞分化特征,1）干细胞分化潜能 干细胞分化含有多潜能性，但不一样干细胞含有分化潜能不一样。,2）干细胞转分化和去分化 一个组织类型干细胞在适当条件下能够分化为另一个组织类型细胞，称为干细胞转分化(,transdifferentiation),或横向分化。,32/91,干细胞存在位置,骨髓间质,干,细胞,造血干细胞,神经干细胞,皮肤,干,细胞,脂肪,干,细胞,骨骼肌干细胞,：,胰腺干细胞：,肝干细胞：,33/91,34/91,二、干细胞生存微环境,干细胞在机体组织中居所称为干细胞巢(,stem cell niche)。,在干细胞巢中全部控制干细胞增殖与分化外部信号组成了干细胞生存微环境。干细胞是处于静息、休眠状态，还是处于分化状态，如处于分化状态，又分化为何种类型细胞，这主要由干细胞本身状态和所处微环境所决定。,35/91,在干细胞微环境中，对干细胞影响最大主要包含以下三个方面：,（一）分泌因子,（二）细胞间相互作用,（三）胞外基质,36/91,三、干细胞命运,普通生理情况下处于静止,G,0,期,分裂干细胞有5种发育路径：,自我更新、,分化、,程序性死亡、,迁移和进入休眠期，,少数干细胞能够转分化,。,37/91,四、研究主要内容,（一）干细胞分离与判定,(二)干细胞生命现象,1.干细胞增殖、自我更新，抑制分化,2.干细胞定向分化,3.干细胞衰老,4.,干细胞凋亡,5干细胞基本资料,38/91,（三）干细胞定向分化；,（四）,干细胞临床应用,；,（五）干细胞在组织工程中应用；,（六）干细胞与治疗性克隆,（七）干细胞与发育关系；,（八）干细胞与基因功效研究,39/91,五、世界各国对于干细胞研究政策,。,40/91,英国：,12月9日经过允许克隆人类早期胚胎并从中分离胚胎干细胞进行医学研究决议，并率先建造“人类干细胞库”用以制造、修复因衰老、受伤和疾病而受到损坏人体组织器官。,41/91,美国：,美国总统布什于,年,8,月,4,日宣告政府同意用政府经费进行人体胚胎干细胞研究，不过只能用于资助他,8,月讲话前已经存在胚胎干细胞研究。,42/91,德国：,德国联邦议院于,年,1,月,30,日经过法案，允许德国科学家在严格限制条件下利用进口胚胎干细胞进行研究,43/91,加拿大：,加拿大卫生研究院于,年,3,月,4,日公布对人类,ES,细胞研究实施“有限资助”指导标准，包含对利用医疗机构“剩下”人类胚胎进行干细胞研究将提供资助，不过禁止政府资助在试验室里进行纯粹用于研究人类胚胎或者人类胚胎克隆研究。,44/91,日本：,日本在开启“千年世纪工程”中，把干细胞工程作为四大重点之一，并把干细胞技术出现视为生命科学和生物技术领域超出欧美决好机遇。,45/91,中国：,我国在干细胞研究方面已经取得了和世界同时发展。北京大学、中国协和医科大学、军事医学科学院、上二医和四川大学等高等院校和科研单位相继成立了专门干细胞研究机构。,年,10,月，国家干细胞基因工程产业化基地正式在天津华苑产业园区落成，将建设成为我国最大干细胞库、干细胞移植中心以及相关科研用基地及产业化基地,。,46/91,六、,干细胞研究意义,（一）,为临床各种疑难病治疗带来希望；,（二）为组织工程提供了取之不尽用之不竭原材料；,（三）为探讨哺乳类早期胚胎发育机制提供模型；,（四）为转基因动物提供更为便捷方案；,（五）在发觉新基因、基因功效分析，尤其是发育相关基因功效研究方面提供良好模型；,（六）新药开发、药效、药品毒性评价等领域产生主要影响。,47/91,第三节 干细胞应用前景及与 医学关系,48/91,一、临床治疗,干细胞最大用途是用于临床细胞移植治疗各种疾病和构建人工组织或器官,49/91,干细胞能治疗几乎全部疾病,从理论上讲干细胞能够治疗几乎全部疾病。所以，以后假如个人某种脏器生了病，只要把相关干细胞注入这个脏器就会自动“补”好。美国生物学家、诺贝尔奖取得者吉尔伯特认为：“用不了50年，人类将能够培育人体全部器官。”,50/91,干细胞潜在临床应用,干细胞类型,治疗疾病种类,ES,骨髓干细胞,神经干细胞、肌肉干细胞。,ES、,骨髓基质干细胞、脂肪干细胞、对应组织干细胞,ES、,骨髓基质干细胞、胰腺干细胞、皮肤干细胞,ES、,骨髓基质干细胞、神经干细胞,ES、,骨髓基质干细胞、肝干细胞,ES、,骨髓基质干细胞,各种组织干细胞,癌症病人放疗、化疗后血液系统重建、癌症损伤组织修复、免疫系统恢复。,骨、软骨损伤、牙损伤、软骨发育不全（脆骨症）,骨关节炎、肺功效不全、心血管疾病。,糖尿病、肾脏病。,神经系统疾病、血液系统疾病,肝炎及其它肝脏疾病,基因治疗遗传病,51/91,1、,癌症研究,2、心血管病研究,3、糖尿病、消化系统疾病及肾脏疾病研究,4、神经系统疾病研究,5、感染性疾病研究,6、,基因治疗,52/91,二、干细胞是研究疾病良好模型,53/91,三、干细胞与组织工程,1,、胚胎干细胞,2,、组织干细胞,（成体干细胞）,54/91,四、作为新药开发工具细胞,55/91,惯用筛选药品模型是：,动物模型，但动物用量大，药品样品需要量多，这大大提升了研制成本。,用基因进行筛选，这可大大节约测试样品药品用量，但大部分疾病并不是发生于基因层次，而是发生于细胞、亚细胞水平。这限制了应用范围,。,56/91,干细胞为药品筛选提供了极好模型。首先，干细胞可无限增殖，取得大量细胞，并能分化为具功效各种特化细胞，为新药药效、毒性、药理、药品代谢、药品动力学、耐药性等提供了细胞水平研究伎俩，提供了药品安全性检测试验伎俩。,其次，干细胞含有分化潜能，诱导分化为需要细胞，用于筛选对应系统药品,。,57/91,五、制备克隆动物和转基因动物绝好材料,58/91,六、基础理论研究,1、研究哺乳动物早期胚胎发育良好模型。,2、发觉新基因及基因功效研究。,59/91,第四节 干细胞产业化,很多疾病都能够用细胞移植或组织移植治疗。,60/91,以美国在心血管病、老年性痴呆等希望用干细胞治疗情况为例：,61/91,美国相关疾病患者情况,疾病类型,患病人数（百万）,心血管疾病,老年性痴呆,帊金森氏病,脊髓损伤,糖尿病,骨质疏松,癌症,本身免疫性疾病,重度烧伤,出生缺点,累计,58,4,1,5,0,25,16,10,8,2,30,0,3,0,015/,年,128,4,62/91,第五节 干细胞研究存在问题,一、促干细胞增殖、抑制分化,二、定向诱导分化问题,三、异体干细胞移植排斥反应问题,四、干细胞成瘤性问题,63/91,五、社会伦理道德问题,64/91,提议,（一）政府及非政府机构应该支持和勉励人类胚胎干细胞研究，但全部些人类胚胎干细胞研究所用胚胎不得超出14天。,（二）不允许将用干细胞研究胚胎放入人或动物子宫内，其研究只能在试验室中进行。,（三）对于胚胎起源，应主要使用人工流产后胎儿或体外授精多出胚胎，要让捐赠者知情同意。,（四）禁止一切形式买卖配子(卵子或精子)和胚胎行为，预防由此引发社会不公正。,65/91,我国卫生部对胚胎干细胞及克隆技术研究态度：,（一）我国不赞成、不支持、不允许、不接收任何生殖性克隆试验；,（二）我国赞成以预防、治疗疾病为目标人类胚胎干细胞研究，并使其在有效监控条件下有序发展；,（三）我国应加强相关立法、促进克隆技术安全应用和健康发展。,66/91,胚胎干细胞,67/91,ES,细胞体外诱导几个分化细胞,：,造血细胞,内皮细胞,神经细胞,胰腺细胞,心肌和其它肌肉细胞,脂肪细胞,软骨细胞,骨细胞 肝细胞,68/91,成体干细胞,69/91,干细胞移植,适应症,恶性疾病,非恶性疾病,恶性血液病,造血系统疾病,急性非淋巴细胞白血病、急性淋巴细胞白血病、慢性粒细胞白血病、毛细胞白血病、少见类型白血病、,MOS、,多发骨髓病、,HD,等。,再生障碍性贫血、PNH、骨髓纤维化,遗传性疾病,先天性免疫缺点病、先天性造血异常症、其它。,恶性非血液病,本身免疫性疾病,乳腺癌、肺癌、卵巢癌、其它实体瘤。,SLE、,多发性炭化、硬皮病等,70/91,造血干细胞,造血干细胞是血细胞种子,体内全部血细胞，包含红细胞、白细胞、血小板等，都由它分化发育而来。造血干细胞又含有自我复制能力,即产生新造血干细胞以自我补充,从而生生不息。,71/91,72/91,造血干细胞是体内各种血细胞唯一起源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中、肌肉组织中发觉了含有造血潜能干细胞。造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病最有效方法。,73/91,1 造血干细胞起源,在胚胎发育过程中，造血干细胞是以卵黄囊全能间叶细胞分化而来最原始造血细胞。胚胎发育至35个月时肝脏和脾脏中含有大量,HSC。,脐血中,亦含丰富造血干细胞、较原始，免疫原性弱。,成人时造血干细胞主要分布在,骨髓,中，,外周血,中有少许造血干细胞。,74/91,2、造血干细胞移植,造血干细胞移植（,HSCT）,泛指将各种起源正常造血干细胞在患者接收超剂量化（放）疗后，经过静脉输注移植入受体内，以替换原有病理性造血干细胞，从而使患者正常造血及免疫功效得以重建。,75/91,3 造血干细胞移植分类,依据造血干细胞起源和供者 造血干细胞移植（,HSCT）,可分为：,骨髓移植：自体骨髓移植、异基因骨髓移植。,外周血干细胞移植：自体外周血干细胞移植、异基因外周干细胞移植。,脐血干细胞移植、胚胎干细胞移植、混合干细胞移植,。,76/91,4,外周血造血干细胞移植历史,外周血造血干细胞移植（,PBSCT）,是造血干细胞移植一个，又分为自体,PBSCT,和异基因,PBSCT,。,早在60年代早期，人们在为化疗后细胞降低患者输注人体细胞时，偶然发觉在输注慢性髓性白血病（,CML）,患者外周血后出现一过性,ph,染色体阳性细胞，从而提醒外周血中含有造血干细胞。1975年,Richman,发觉化疗后恶性实体肿瘤患者化疗后，外周血中造血细胞集落形成细胞呈一过性增加。1977年,Goldman,等对,CML,患者采集未经动员外周血造血干细胞并冷冻保留，在患者急变后行外周血造血干细胞移植，开创了外周血造血干细胞移植先河。1980年,Rich,为一例严重联合免疫缺点患者进行异基因外周血造血干细胞移植。80年代后期，伴随血细胞分离技术改进，造血细胞因子（如,G-CSF、GM-CSF),临床应用，造血干细胞快速发展，,PBSCT,得以快速发展,。,77/91,5,外周血造血干/祖细胞检测方法,CD34,+,细胞测定,CD34,是80年代中期发觉一个细胞表面分子，在未成熟造血细胞及全部含有造血潜能集落形成细胞上表示。,CD34,+,细胞在正常人骨髓,MNC,中约占1-4，未经动员外周血,MNC,中约为0.2，动员后外周血,MNC,中可达1。临床应用结果证实，输入一定量,CD34,+,细胞，可长久重建造血。同时输入,CD34,+,细胞数同移植后造血植活速度呈正相关。,78/91,6 骨髓移植与造血干细胞移植,血干细胞移植原理与骨髓移植完全相同，只是造血细胞采集方式不一样。造血干细胞绝大部分存在于骨髓中，骨髓移植是需要经过骨髓穿刺,从骨髓腔中抽取骨髓,，然后分离造血干细胞输入患者体内；,干细胞移植则是采取促使造血干细胞从骨髓中释放到血液中，经过血细胞分离机，从外周血中采集造血细胞。施行骨髓移植术，志愿捐献者需要上局部麻醉，并在髂骨上屡次钻洞抽取骨髓混合液数百毫升；干细胞移植术只需从志愿者静脉中采血，并经过机器富集，将血液回输人体，只需,50,毫升干细胞，因为进出总量平衡，采集后供者不会产生循环系统紊乱，对人体很安全。,79/91,7 HSCT适应症,早期,HSCT,主要适应症是各种原因造血系统疾病，当前已广泛应用于各种恶性疾病和非恶性疾病治疗，同时在基因治疗中将发挥更大作用。,80/91,8 造血干细胞移植前景,造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病最有效方法。,脐血干细胞移植已用于临床，伴随脐血干细胞移植技术不停完善，它可能会代替当前,APBSCT,地位，为全世界更多血液病及恶性肿瘤患者带来福音,81/91,骨髓干细胞,82/91,神经干细胞,关于神经干细胞研究起步较晚，因为分离神经干细胞所需胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究争议还未平息，神经干细胞研究仍处于初级阶段。,返回,83/91,84/91,治疗性克隆,是利用克隆技术、干细胞技术和移植技术而进行一个新技术,85/91,86/91,87/91,88/91,造血干细胞移植,造血干细胞移植原理与骨髓移植完全相同,。,造血干细胞移植是采取促使造血干细胞从骨髓中释放到外周血液中方法，经过血细胞分离机采集，从外周血中采集造血干细胞约50毫升，其余血液回输体内，因为进出平衡，方法又简单，对供者很安全。,可用于治疗：再生障碍性贫血、各种白血病和一些遗传性血液病,、骨髓病,返回,89/91,体外制造人体器官,干细胞医学应用还包含体外制造人体器官，然而这比体内移植干细胞要复杂得多。干细胞和动物工程结合将有可能处理这一问题。比如经过形成嵌合体，在严格控制下，使动物一些器官起源于人体干细胞。这些来自人体干细胞器官可应用于临床移植治疗。,返回,90/91,91/91,