干细胞研究终极版ppt课件.pptx

Stem Cells:Daddy or Chips？An Up-to-Date Review on Ground-Breaking Discoveriesin Stem Cell Research,with Special Attention to iPSC Applications in OsteoarthritisPierre Luc Pace,Renald Blundell1 1）20062006年（日本）年（日本）山山中等人。使用逆中等人。使用逆转录病毒转录病毒传播，利传播，利用用c-Mycc-Myc、Oct3 Oct3/4/4、Klf4Klf4和和Sox2Sox2转录因转录因子，用小子，用小鼠成纤维鼠成纤维细胞生成细胞生成第一个第一个iPSCsiPSCs。后来，他们后来，他们成功地从人成纤维成功地从人成纤维细胞的诱导多能干细胞的诱导多能干细胞。细胞。2）现代栽培方）现代栽培方法进行法进行IPSC基因基因组的中断具有风组的中断具有风险险高，可能导致高，可能导致肿瘤的发生，畸肿瘤的发生，畸胎瘤的形成胎瘤的形成和和iPSC诱导诱导效果的效果的降低降低。3）许多保护基）许多保护基因组的完整性和因组的完整性和降低肿瘤细胞的降低肿瘤细胞的研究中，建议使研究中，建议使用用valiproic acid（组蛋白（组蛋白去去乙酰化酶抑制乙酰化酶抑制剂）剂），和和保护保护肿瘤抑肿瘤抑制基因。制基因。4）在多种恶性）在多种恶性肿瘤中只有一小肿瘤中只有一小部分细胞，称为部分细胞，称为肿瘤干细胞肿瘤干细胞，它，它们能能们能能过度增殖过度增殖和转移和转移。5）不是所有的）不是所有的成熟细胞的来源成熟细胞的来源产生相同的产生相同的未分未分化的化的iPSCs：传：传承的子代承的子代比例。比例。干细胞研究上的主要结论干细胞研究上的主要结论01020305什么是干细胞？什么是干细胞？之前的诱导多功能干细胞之前的诱导多功能干细胞诱导多功能干细胞诱导多功能干细胞 iPSiPS细胞在骨性关节炎的应用细胞在骨性关节炎的应用总结总结 干细胞干细胞不同于其他细胞类不同于其他细胞类型，被型，被定义为：定义为：“克隆形成、克隆形成、自我更新的祖细胞自我更新的祖细胞，具有具有无无限期限期的能力，可以产生一个的能力，可以产生一个或更多的分化的细胞或更多的分化的细胞类型类型”干细胞干细胞的的独特性独特性在于两在于两个主要的能力：个主要的能力：1）一种能力是自我）一种能力是自我复制复制2）另一种能力是特异性分）另一种能力是特异性分化，即产生具有化，即产生具有更专业化功更专业化功能的子代，能的子代，其分化能力从一其分化能力从一代代降低到下一代，如同分化降低到下一代，如同分化程度的增加。程度的增加。胚胎干胚胎干细胞细胞（ESC）来源于来源于早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺中脐血干脐血干细胞细胞（USCS）由脐血采样得由脐血采样得来来成体干成体干细胞细胞（ASCs）存在于机体的各种组织器官中，含量少干细胞干细胞之前之前的诱导多功能干细胞的诱导多功能干细胞 在在1998年，年，Thomson等人首次从从人类囊胚等人首次从从人类囊胚中提取出多功能胚胎干细胞，然而，这造成人类中提取出多功能胚胎干细胞，然而，这造成人类胚胎的终止。胚胎的终止。Klimanskaya（克利满斯卡娅）（克利满斯卡娅）（2006）不管怎样设法从内细胞团中提取人类多）不管怎样设法从内细胞团中提取人类多功能性胚胎干细胞，都不会对胚囊造成显著伤害，功能性胚胎干细胞，都不会对胚囊造成显著伤害，与用托马逊及其他方法而言，减缓许多显著的伦与用托马逊及其他方法而言，减缓许多显著的伦理争论，这因此可能是更好的选择。尽管如此，理争论，这因此可能是更好的选择。尽管如此，Klimanskaya的方法仍然是一个携带大量风险的的方法仍然是一个携带大量风险的侵入式的方法。因此，它肯定不是提取多功能人侵入式的方法。因此，它肯定不是提取多功能人类干细胞理想的方式。类干细胞理想的方式。关于关于脐血干细胞，脐血干细胞的主要优点是，脐血干细胞，脐血干细胞的主要优点是，他们不存在和胚胎干细胞一样出现道德争论问题，他们不存在和胚胎干细胞一样出现道德争论问题，是一种实际用于快速获取干细胞且不会对捐赠者的是一种实际用于快速获取干细胞且不会对捐赠者的生命有危险的资源，实际上，众所周知的，在产后，生命有危险的资源，实际上，众所周知的，在产后，脐带血会被丢弃。脐带血会被丢弃。另外，关于需要骨髓移植，脐血干细胞移植到另外，关于需要骨髓移植，脐血干细胞移植到完全匹配的兄弟姐妹，亲戚，以及不完全匹配的患完全匹配的兄弟姐妹，亲戚，以及不完全匹配的患者，明显表现出优越的宿主接受和降低抗移植物宿者，明显表现出优越的宿主接受和降低抗移植物宿主病，相比传统的骨髓移植类似捐赠接受者的情况，主病，相比传统的骨髓移植类似捐赠接受者的情况，这暗示即使当脐血干细胞从一个人捐赠给另一个没这暗示即使当脐血干细胞从一个人捐赠给另一个没有完全匹配的接受者时，比集合低潜能骨髓细胞和有完全匹配的接受者时，比集合低潜能骨髓细胞和其他类似低潜能家族血统具有更强的免疫力。其他类似低潜能家族血统具有更强的免疫力。然而然而脐血干细胞在治疗疾病方面，目前的应用脐血干细胞在治疗疾病方面，目前的应用仍然有限。仍然有限。尽管尽管脐血干细胞可以用于治疗血液病，包括范脐血干细胞可以用于治疗血液病，包括范可尼贫血症和乳腺癌，但它们不像透明软骨那样能可尼贫血症和乳腺癌，但它们不像透明软骨那样能足够有效地再生复杂组织。虽然脐血干细胞可能有足够有效地再生复杂组织。虽然脐血干细胞可能有时匹配胚胎干细胞的多功能性，但脐血干细胞并不时匹配胚胎干细胞的多功能性，但脐血干细胞并不总是能够有效地生产所有类型的细胞。相反，它们总是能够有效地生产所有类型的细胞。相反，它们经常分化成更多能高于多能造血干细胞和间充质干经常分化成更多能高于多能造血干细胞和间充质干细胞的多能性，这产生专门细胞的数目相当有限。细胞的多能性，这产生专门细胞的数目相当有限。此外脐带血样本有一个固定的，体积小的量。此外脐带血样本有一个固定的，体积小的量。“脐脐血血”移植收益率低于骨髓移植的平均总有核细胞量移植收益率低于骨髓移植的平均总有核细胞量的的1/10（病人的细胞团的有核细胞（病人的细胞团的有核细胞/kg），制成的），制成的移植比传统移植慢得多。移植比传统移植慢得多。因此因此，所以，尿源干细胞在目前治疗关节炎，所以，尿源干细胞在目前治疗关节炎是不太可能的选择。是不太可能的选择。目前目前干细胞研究方面的诱导多能干干细胞研究方面的诱导多能干细胞细胞(iPSCs)引起了世界上的最大关注。引起了世界上的最大关注。山山中伸弥是诱导多功能干细胞（中伸弥是诱导多功能干细胞（iPScell）创）创始人之一。始人之一。2007年，他所在的研究团队通过对小年，他所在的研究团队通过对小鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用，因为其免除了使用人体胚胎提取干被广泛应用，因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。细胞的伦理道德制约。2006年山中伸弥等科学家把年山中伸弥等科学家把4个转录因子通个转录因子通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，使其过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，使其变成多功能干细胞。这意味着未成熟的细胞能够变成多功能干细胞。这意味着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞发展成所有类型的细胞。山山中伸弥从其他科学家已经公布的研究结果中伸弥从其他科学家已经公布的研究结果中挑选出中挑选出24种最有希望的转录因子。在试验室中种最有希望的转录因子。在试验室中他发现这他发现这24种转录因子中的确有种转录因子中的确有4种转录因子可以种转录因子可以将人体细胞重组成干细胞。他把将人体细胞重组成干细胞。他把4种基因注入皮肤种基因注入皮肤细胞，从而得到细胞，从而得到“鸡尾酒鸡尾酒”iPS细胞。细胞。事实证明这事实证明这4个转录因子中，其中一个转录因子确个转录因子中，其中一个转录因子确实是实是“一次天大的冒险一次天大的冒险”，因为这一个是与癌症，因为这一个是与癌症相关的转录因子。数月后他又发现即使不使用这相关的转录因子。数月后他又发现即使不使用这个致癌基因，他仍然能够重组细胞，这样癌变的个致癌基因，他仍然能够重组细胞，这样癌变的几率会大大降低。但新创造的干细胞仍然会发生几率会大大降低。但新创造的干细胞仍然会发生癌变，在他的实验中，癌变，在他的实验中，121只老鼠中，有只老鼠中，有20%产生产生了肿瘤。这说明使用逆转录病毒，可能使基因产了肿瘤。这说明使用逆转录病毒，可能使基因产生变异，引发肿瘤等副作用生变异，引发肿瘤等副作用。上图说明上图说明产生（产生（iPSCs）的体细胞中的）的体细胞中的4个转录因个转录因子子Sox2、Oct3/4、KLF 4。体外转染体外转染iPSCs能分能分化成不同谱系。化成不同谱系。iPS的发现有着不同寻常的意义。首先，的发现有着不同寻常的意义。首先，它更新了人们的观念，从此之后人们不再认它更新了人们的观念，从此之后人们不再认为细胞的命运不可逆转，不单可以逆转，细为细胞的命运不可逆转，不单可以逆转，细胞其实还可以实现不同组织间的转分化胞其实还可以实现不同组织间的转分化（Transdifferentiation）。其次，）。其次，iPS细胞细胞绕过了胚胎干细胞的伦理困境，很多实验室绕过了胚胎干细胞的伦理困境，很多实验室都可以重复这个简单的实验得到都可以重复这个简单的实验得到iPS，开展多，开展多能干细胞的研究。其三，能干细胞的研究。其三，iPS细胞具有很多胚细胞具有很多胚胎干细胞所没有的优势：来自于病人自身的胎干细胞所没有的优势：来自于病人自身的iPS细胞体外操作后重新植入病人体内，免疫细胞体外操作后重新植入病人体内，免疫反应将大大减少；如果将病人的体细胞逆转反应将大大减少；如果将病人的体细胞逆转为为ips细胞，在体外分化观察在这个过程中出细胞，在体外分化观察在这个过程中出现的问题，就可以实现在培养皿里某种程度现的问题，就可以实现在培养皿里某种程度上模拟疾病的发生；疾病特异的上模拟疾病的发生；疾病特异的iPS在体外扩在体外扩增和分化以后，还可以用于筛选治疗该疾病增和分化以后，还可以用于筛选治疗该疾病的药物，或者对药物的毒性进行检测。的药物，或者对药物的毒性进行检测。iPS细胞在骨性关节炎的应用细胞在骨性关节炎的应用 骨关节炎骨关节炎（OA）是造成疼痛、）是造成疼痛、残疾的最常见的肌肉骨骼问题之一，残疾的最常见的肌肉骨骼问题之一，已经有越来越多的证据表明，骨髓已经有越来越多的证据表明，骨髓和脂肪间充质干细胞，分别又名骨和脂肪间充质干细胞，分别又名骨髓间充质干细胞和脂肪干细胞髓间充质干细胞和脂肪干细胞，它，它们在们在软骨退变、修复以及骨关节炎软骨退变、修复以及骨关节炎的的发病机制方面发挥巨大的作用。的的发病机制方面发挥巨大的作用。Diekman等人通过啮齿动物等人通过啮齿动物iPS细胞短期暴露细胞短期暴露于于BMP-4（骨形态发生蛋白（骨形态发生蛋白4）中，使约）中，使约10的细的细胞表达透明特异性，胞表达透明特异性，II型胶原（型胶原（col2的基因）和聚集的基因）和聚集蛋白聚糖（蛋白聚糖（ACAN）。这些是由绿色荧光）。这些是由绿色荧光蛋白蛋白（GFP+细胞）标记。细胞）标记。通过通过流式细胞仪分离两个流式细胞仪分离两个GFP-细胞群体从而得细胞群体从而得到小的较纯净的到小的较纯净的GFP+群体。群体。扩建后两组分别用扩建后两组分别用TGF-3（转化生长因子转化生长因子3）进行）进行了了6代代培养。成功培养。成功地分化地分化GFP+，并培养，并培养产生较大软产生较大软骨粒料骨粒料，较高浓度的，较高浓度的GAG（软骨（软骨糖胺糖胺多糖，是多糖，是软骨软骨释放的一种主要的细胞外释放的一种主要的细胞外基质）和基质）和透明透明II型胶原。型胶原。然而经过通道然而经过通道3后，后，GFP+细胞由于过度扩张而细胞由于过度扩张而去分化去分化。总之总之通道通道2的的GFP+细胞提供了最好的结果，合细胞提供了最好的结果，合成类似于未成熟软骨（类似胚胎）成类似于未成熟软骨（类似胚胎）软骨组织软骨组织，胶原，胶原VI似乎分散在整个基质中，而似乎分散在整个基质中，而不是分布于外不是分布于外周成熟周成熟组织组织。GFP+软骨的边缘比中心有更强的弹性模量。软骨的边缘比中心有更强的弹性模量。这种强烈的带状变化类似天然软骨具有机械性能。这种强烈的带状变化类似天然软骨具有机械性能。此外，此外，当当FCLS（铁铬木质素磺酸盐）被（铁铬木质素磺酸盐）被引入猪股骨引入猪股骨中，中，iPSC（诱导多能干细胞）的（诱导多能干细胞）的衍生细胞表现出良衍生细胞表现出良好的充盈缺损并与原生软骨集成。好的充盈缺损并与原生软骨集成。到到目前为止，目前为止，iPS细胞为骨关细胞为骨关节炎患者描绘了一个光明的未来节炎患者描绘了一个光明的未来。但但一些一些研究强调研究强调OA中至少存在部中至少存在部分分地遗传。各种双胞胎和家庭研究地遗传。各种双胞胎和家庭研究估计，估计，OA有有40-65的遗传因的遗传因素。素。iPS细胞和细胞和MSC疗法单独使用，疗法单独使用，可能不足以完全治愈可能不足以完全治愈OA。综合治疗可能是治愈综合治疗可能是治愈OA的关键。的关键。但要求早期软骨病变的诊断更精确，但要求早期软骨病变的诊断更精确，并有标准化的治疗方案，包括并有标准化的治疗方案，包括（1）关节内血小板富集的血浆注）关节内血小板富集的血浆注射（射（PRPIs），自体血清（），自体血清（ACS）或自体蛋白液（或自体蛋白液（APS）（2）干细胞，如：自体）干细胞，如：自体iPS细胞和细胞和MSCS（3）基因治疗。）基因治疗。总结：总结：对对干细胞研究的最新进展干细胞研究的最新进展作简要作简要概述后，概述后，可以描可以描绘出一绘出一个更清晰、更乐观、更现实的现代医学图景个更清晰、更乐观、更现实的现代医学图景。但这个但这个问题仍然存在：问题仍然存在：“成体干细胞是父本还是成体干细胞是父本还是炸土豆条？炸土豆条？”很很容易想象干细胞是容易想象干细胞是“所有治疗和医疗干预的所有治疗和医疗干预的父本父本”。然而，我们对真正。然而，我们对真正的多的多因素因素疾病（如疾病（如心血心血管管病）的病）的发病机制了解甚少，也就是说，干细胞可发病机制了解甚少，也就是说，干细胞可以取代传统治疗的说法是不合逻辑的。现在干细胞以取代传统治疗的说法是不合逻辑的。现在干细胞更像是更像是“炸土豆条炸土豆条”只是大汉只是大汉堡和堡和沙拉旁的配沙拉旁的配菜菜，不是主菜不是主菜。然而然而，未来肯定是光明的，未来肯定是光明的。干细胞。干细胞绝对是联合绝对是联合治疗的核心，例如正在研究的有关治疗的核心，例如正在研究的有关OA基因疗法和外基因疗法和外科干预结合在科干预结合在一起的一起的治疗手段治疗手段。THANK 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