动物的再生干细胞与再生医学ppt课件.ppt

动物的再生动物的再生初探初探AnimalsRegeneration 生科生科0701小小组组成成员员：张张生哲（生哲（组长组长）段柳段柳剑剑鄢鄢纯纯朱徐鼎朱徐鼎张张涛涛内容提要1.1.再生的概念再生的概念2.2.自然界动物的再生现象自然界动物的再生现象3.3.人的再生人的再生4.4.干细胞与再生医学的概念及应用干细胞与再生医学的概念及应用5.5.再生的研究进展再生的研究进展6.6.再生研究的展望再生研究的展望再生再生(Regeneration)生物界普遍存在再生现象生物界普遍存在再生现象.广义的再生包括广义的再生包括分子水平分子水平,细胞水平细胞水平,组织与器官水平组织与器官水平及及整体整体水平水平的再生的再生.一般再生是指生物体缺失部分的重建过程一般再生是指生物体缺失部分的重建过程.一般来说一般来说,植物比动物再生能力强植物比动物再生能力强,低等动物低等动物比高等动物再生能力强比高等动物再生能力强.自然界动物的再生现象自然界动物的再生现象 蚯蚓蚯蚓 蚯蚓被斩为两段后可变成两条蚯蚓螃蟹螃蟹螃蟹的足能重新长出来，这属于修复性再生.章鱼章鱼章鱼的再生能力很强。每当章鱼遇到敌害时，有时它的触腕被对方牢牢地抓住了，这时候它就会自动抛掉触腕自动抛掉触腕，自己往后退一步,让断触腕的蠕动来迷惑敌害，趁机赶快溜走。每当触腕断每当触腕断后，伤口处的血管后，伤口处的血管就会极力地收缩，就会极力地收缩，使伤口迅速愈合，使伤口迅速愈合，所以伤口是不会流所以伤口是不会流血的，第二天就能血的，第二天就能长好长好，不久又长出新的触腕。一到冬天，章鱼一到冬天，章鱼就潜入海底，为就潜入海底，为了生存，它开始了生存，它开始吃自己的脚爪。吃自己的脚爪。直到把八只脚爪直到把八只脚爪都吃完为止，然都吃完为止，然后就闭眼不动了，后就闭眼不动了，等到第二年春天，等到第二年春天，它又长出八条新它又长出八条新的脚爪的脚爪。海参海参 海参在遇到危海参在遇到危险时，会抛出，会抛出内内脏给那些那些“敌人人”，自己，自己趁机逃命，而趁机逃命，而过一段一段时间海海参体内就又能参体内就又能长出完整的内出完整的内脏来。来。海星海星海星的海星的绝招是招是它分身有它分身有术。若把海星撕成若把海星撕成几几块抛入海中，抛入海中，每一碎每一碎块会很会很快重新快重新长出失出失去的部分，从去的部分，从而而长成几个完成几个完整的新海星来整的新海星来 蝾螈蝾螈通通过诱导可使可使蝾螈前肢的断面上螈前肢的断面上再生新再生新“手手”鹿鹿在动物世界中，鹿是唯一能再生完整的身体零部件的哺乳动物。鹿角每年都会脱落，随后又生出新的。当鹿角长到最大尺寸后，骨头开始变硬，像天鹅绒一样柔软的鹿茸开始脱落。一旦鹿茸掉光，就剩下赤裸的骨头，就可成为角斗中的强大武器。在交配期结束时，鹿角脱落以保存能量，等到春天来临，在其头顶上就能长出一对新的隆起的组织骨结节。干细胞作为鹿身体的重要细胞在鹿角的再生中发挥了重要作用 火蜥蜴火蜥蜴 火蜥蜴是唯一火蜥蜴是唯一能在其整个生能在其整个生命过程中任意命过程中任意无限次地再生无限次地再生它的断肢的它的断肢的脊脊椎动物椎动物 火蜥蜴的再生火蜥蜴的再生断损处的伤断损处的伤口会口会快速愈快速愈合合，紧接着，紧接着，截断处会截断处会产产生大量细胞生大量细胞“涌向涌向”伤伤口口。接下来，。接下来，这些细胞会这些细胞会回复到胚胎回复到胚胎状态状态进行重进行重新分化新分化火蜥蜴断肢火蜥蜴断肢的再生的再生 其实，进行截肢手术的人,在初期的反应和蜥蜴是一样的的但是后来是人体的组织在伤口位置形成了疤痕，而蜥蜴的身体反应却是开始再生，由一个初期的新肢胚胎长出一个新的肢体。我们人类呢我们人类呢其实，人类的一其实，人类的一些器官和组织也些器官和组织也具备某种程度的具备某种程度的再生能力。再生能力。但是但是 ,我们大多数我们大多数的组织或器官，的组织或器官，几乎没有任何再几乎没有任何再生的能力。生的能力。人的身体中再生能力最强的器官是肝脏，但是也没有办法在绝大部分硬化坏死或完全摘除后，无中生有地再生出新的肝脏来。人的皮肤受伤后虽然也会愈合，但如果伤得太严重，就难免会长成难看的疤。Howto再生再生?人体大多数组织是可以完成人体大多数组织是可以完成“独立再生独立再生”的，这说明人类能完成局部再生是一个很的，这说明人类能完成局部再生是一个很现实的目标。现实的目标。一些研究人认为，人体内有足够的干细胞，一些研究人认为，人体内有足够的干细胞，完全可以依靠自己使组织再生。他们认为，完全可以依靠自己使组织再生。他们认为，所需要的只是能激发再生功能的合适的分所需要的只是能激发再生功能的合适的分子。子。也有科学家认为也有科学家认为,再生是由基因控制的再生是由基因控制的,如果如果我们能找到控制肢体再生信息的基因并设我们能找到控制肢体再生信息的基因并设法开启它法开启它,那么再生就不会遥远那么再生就不会遥远Howto再生再生?细胞水平细胞水平:要想使整个断肢再生，目前就要想使整个断肢再生，目前就是需要是需要改变向伤口处的细胞发出的信号改变向伤口处的细胞发出的信号，目的是让它们原先进行的目的是让它们原先进行的“愈伤行为愈伤行为”停停止，同时诱导并调控止，同时诱导并调控干细胞干细胞增殖分化增殖分化,从而从而激活我们体内的激活我们体内的“断肢再造断肢再造”功能。功能。基因水平基因水平:找到人体内控制再生信息的基找到人体内控制再生信息的基因密码和引发再生的基因信号，从而开启因密码和引发再生的基因信号，从而开启人体的肢体再生功能人体的肢体再生功能再生医学再生医学20042004年年1 1月，世界上第一本月，世界上第一本烧伤烧伤再生医学再生医学专著，专著，由世界最著名的医学、生物学、由世界最著名的医学、生物学、生命科学领域的瑞士生命科学领域的瑞士出版社正式出版出版社正式出版 。这标志着这标志着再生医学再生医学已作已作为一个独立于为一个独立于中医中医、西医西医的新兴医学学科诞生了的新兴医学学科诞生了！再生医学的概念再生医学的概念再生医学是通过研究机体的正常组织再生医学是通过研究机体的正常组织特征与功能、创伤修复与再生机制及特征与功能、创伤修复与再生机制及干细胞分化机理，寻找有效的生物治干细胞分化机理，寻找有效的生物治疗方法，促进机体自我修复与再生，疗方法，促进机体自我修复与再生，或构建新的组织与器官，以改善或恢或构建新的组织与器官，以改善或恢复损伤组织和器官的功能的科学。复损伤组织和器官的功能的科学。再生医学的基础是干细胞研究再生医学的基础是干细胞研究再生医学的内容再生医学的内容通过克隆获得胚胎中的全能干细胞，利用干细胞修复身体各种器官的损伤及为衰老的细胞组织补充新生细胞和组织。通过控制这些干细胞的分化而得到人们想要的组织和器官。实现人的肢体再生 利用干细胞来治疗白血病、帕金森氏症、糖尿病、心脑血管病等疑难病症。再生医学与异体器官移植天然天然组织和器官移植可以和器官移植可以说是根治性的治是根治性的治疗疾病的方法。但是器官移植存在着疾病的方法。但是器官移植存在着术后后排斥反排斥反应、术后感染、后感染、终生服生服药、费用高用高昂昂以及作以及作为一般医一般医疗机构普遍存在的机构普遍存在的供体供体来源困来源困难等等问题。再生医学的基本原理是再生医学的基本原理是利用机体本来存在利用机体本来存在的自然愈合能力的自然愈合能力实现人体的原位人体的原位细胞复制，胞复制，再生再生为原位的器官原位的器官组织，恢复器官的功能。，恢复器官的功能。所以不存在上述所以不存在上述问题。干细胞干细胞(stemcells,SC)一类具有自我复制能力自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。具有再生各种组织器官和人体的潜在功能。尚未分化发育的,能生成各种器官组织的全能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞（pluripotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）。干细胞干细胞干细胞研究的地位干细胞研究的地位最近一二十年里，干细胞是国际生命科学最近一二十年里，干细胞是国际生命科学领域最前沿、最受关注的领域最前沿、最受关注的“明星细胞明星细胞”。1999年年Science杂志将人类胚胎干细胞杂志将人类胚胎干细胞研究成果评为当年世界十大科技进展之首研究成果评为当年世界十大科技进展之首2000年年Times周刊将其列为周刊将其列为20世纪末世纪末世界十大科技成就之首世界十大科技成就之首2000年年,日本把以干细胞工程为核心技术的日本把以干细胞工程为核心技术的再生医疗列为千年世纪工程之一再生医疗列为千年世纪工程之一,当年投资当年投资108亿日元亿日元.干细胞移植治疗疾病原理干细胞移植治疗疾病原理疾病发生的基础是疾病发生的基础是细胞或组织变性死细胞或组织变性死亡，功能减弱或丧失亡，功能减弱或丧失。干细胞具有能够干细胞具有能够分裂增殖和向多种细分裂增殖和向多种细胞分化胞分化的生物学特性及能力。所以，的生物学特性及能力。所以，通过干细胞移植来替代、修复患者损通过干细胞移植来替代、修复患者损失的细胞，恢复细胞组织功能失的细胞，恢复细胞组织功能，达到，达到治疗疾病的目标。治疗疾病的目标。干细胞治疗疾病的优点干细胞治疗疾病的优点1.一次性介入，永一次性介入，永久性治疗。一劳永久性治疗。一劳永逸逸2.不需要完全了解不需要完全了解疾病发病的确切机疾病发病的确切机理理3.还可能应用自身还可能应用自身干细胞移植，避免干细胞移植，避免产生免疫排斥反应产生免疫排斥反应目前已经开展的干细胞治疗目前已经开展的干细胞治疗1神经系统疾病：脊髓、脑损伤；小儿脑神经系统疾病：脊髓、脑损伤；小儿脑瘫，共济失调；运动神经元病；脑血管意瘫，共济失调；运动神经元病；脑血管意外外2运动系统疾病：股骨头坏死；骨折恢复运动系统疾病：股骨头坏死；骨折恢复期；骨不连期；骨不连3血液、内分泌系统疾病：下肢血管性疾血液、内分泌系统疾病：下肢血管性疾病；糖尿病及其并发症；下肢血管病病；糖尿病及其并发症；下肢血管病4呼吸系统疾病：肺动脉高压呼吸系统疾病：肺动脉高压5消化系统疾病：肝硬化消化系统疾病：肝硬化未来干细胞之临床应用未来干细胞之临床应用以帕金森氏病以帕金森氏病(ParkinsonsDisease),阿尔罕默阿尔罕默氏病（痴呆病）氏病（痴呆病）(AlzheimersDisease)等为代表等为代表的神经退行性疾病的神经退行性疾病各种血液干细胞疾病如白血病各种血液干细胞疾病如白血病糖尿病糖尿病(Diabetes)脊髓伤害脊髓伤害(SpinalCordinjury)中风中风(Stroke)心脏病心脏病(HeartDisease)肝病肝病(LiverDisease)皮肤移殖皮肤移殖(SkinTransplantation)肌肉营养不良症肌肉营养不良症(MuscularDystrophy干细胞与再生医学干细胞与再生医学再生医学的基本原理是利用机体本来存在的自然愈合能力修复和重建器官功能的不足。组织和器官再生大致可分为体内再生和体外再生两大类:体内再生是指损伤的诱导和促进组织在体内进行自我修复;体外再生是指在体外形成组织和器官，然后植人体内相应的部位。干细胞治疗有风险干细胞治疗有风险再生医学的核心是干细胞细胞的诱导分化再生医学的核心是干细胞细胞的诱导分化与调控与调控然而利用干细胞治疗疾病也存在一定风险然而利用干细胞治疗疾病也存在一定风险因为因为,干细胞与癌细胞只干细胞与癌细胞只有一步之遥！有一步之遥！干细胞干细胞 癌细胞癌细胞干细胞干细胞自我更新自我更新,几乎无限几乎无限增殖增殖具迁移至某些特定具迁移至某些特定组织组织和排除有毒化和排除有毒化学因子的能力学因子的能力增殖增殖严格受控格受控,正常正常分化分化癌细胞癌细胞无限增殖无限增殖具具转移和抗化学毒移和抗化学毒物物损伤的能力的能力增殖失控增殖失控,失去正常失去正常分化能力分化能力造血干细胞移植造血干细胞移植 骨髓中含有骨髓基质干细胞（骨髓基质干细胞（BoneMarrowStromalCells，BMSCs），），具备了神经细胞种子的基本特点。BMSCs可以在适当条件下向神经干细胞、神经元和神经胶质细胞方向分化。骨髓基质细胞源神经干细胞临床应用的优势：由于骨髓干细胞容易获取并可运用于自体移植骨髓干细胞容易获取并可运用于自体移植，而且可以在体外大量扩增并可在一定条件下诱导成神经细胞，因此为神经干细胞的应用提供了无限制来源，既克服了从脑组织获取神经干细胞的危险性和局限性，也避免了胎儿组织移植中存在的伦理和免疫排斥问题。因此，骨髓基质干细胞是骨髓基质干细胞是理想的细胞替代治疗或基因治疗的种子细胞之一理想的细胞替代治疗或基因治疗的种子细胞之一,骨髓基质细胞源神经干细胞移植是一种极具潜力治疗神经系统疾病的策略之一。干细胞与再生医学的研究进展干细胞与再生医学的研究进展近年来近年来再生医学再生医学领域的研究主要集中于域的研究主要集中于组织干干细胞和胞和组织工程学工程学的研究，特的研究，特别是是骨髓来源干骨髓来源干细胞胞的分化潜能的分化潜能为许多疾病提供了多疾病提供了细胞移植与再生修胞移植与再生修复的新的治复的新的治疗手段。手段。2008年年10月，在由中国科技部中国生物技月，在由中国科技部中国生物技术发术发展展中心和欧盟生物技中心和欧盟生物技术术中心共同主中心共同主办办、中山一院承、中山一院承办办的的“中国欧盟中国欧盟2008再生医学再生医学论坛论坛”上，中山大学上，中山大学两两项项干干细细胞移植胞移植课题课题已列入已列入863重大重大项项目，如目，如获获得得突破，将来可修复广大受突破，将来可修复广大受损损的人体器官、的人体器官、组织组织。当今世界在干细胞的研究上仍停留在干细胞的培养阶段，尚未突破体外培养（造血细胞除外），更没有实现体外或原位复制组织器官在基因技术探讨领域，尚未获得人体应用的突破。在细胞研究领域，也仍未获得临床突破奇迹老鼠奇迹老鼠2005年美国威斯塔研究所的专家宣布他们培育的实验鼠能够重新长出包括心脏在内的“几乎所有肢体器官”。再生研究进展再生研究进展他们的研究结果显示，他们的研究结果显示，“奇迹老鼠奇迹老鼠”的的再生再生能力由大约能力由大约1212种基因种基因控制控制。而几乎可以肯。而几乎可以肯定的是，人类身上也定的是，人类身上也有类似的基因。有类似的基因。再生研究进展再生研究进展这一发现让人看到了实现四肢再生的希望。希伯卡兹说：“在不久的未来，人类很可能将拥有重新长出受损或被切除器官的能力。”据悉，目前很多科学家坚持认为，人体确实存在断肢再生能力，一旦他们找到正确的“再生基因”密码，在未来5年之内人类将与蝾螈一样，在断臂残腿后重新拥有健全的四肢，而且再生时间最长不超过几个月。2006年,日本科学家Yamanaka在Cell上发表文章声称,利用病毒载体将四个转录因利用病毒载体将四个转录因子子Oct4,Sox2,c-myc&klf4Oct4,Sox2,c-myc&klf4导入到小鼠的某导入到小鼠的某种体细胞中种体细胞中,再加以筛选培养之后,可以得到一种他们称之为iPSiPS的细胞的细胞(induced(induced pluripotent cell).pluripotent cell).这种细胞具有胚胎干细胞具有胚胎干细胞的几乎所有特性的几乎所有特性,能够较好的自我更新,也能够分化成几乎所有的体细胞.紧接着,这个方法被证明在人的体细胞中同样适用.Yamanaka的这一重要发现给干细胞研究领域带来了新的希望.再生研究进展再生研究进展最近一期的ScienceScience网络版网络版报道了哈佛大学哈佛大学的的Kevin Eggan Kevin Eggan 实验室实验室成功的将一位82岁高龄的肌萎缩性(脊髓)侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis(ALS),也是一种神经退行性疾病,就是病人体内的一些运动神经元细胞异常的死亡导致其行动能力受损)的女患者的体细胞利用Yamanaka的方法的方法重新回复到了干细胞干细胞的状态,然后再将这些人工得到的干细胞进行定向分化,使之成为了具有功能的运动神经元.再生研究进展再生研究进展这张照片显示的是由肌萎缩侧索硬化症患者的皮肤细胞改造成的多能干细胞分化出的运动神经元。再生研究进展再生研究进展这是人类首次完成从病人体内取出体细胞这是人类首次完成从病人体内取出体细胞-去分化成干细胞去分化成干细胞-重新诱导分化成另重新诱导分化成另一种具有功能的体细胞一种具有功能的体细胞再生研究进展再生研究进展当然,Yamanaka的这个方法目前还有一些问题岌待解决.首先用病毒载体来导入转录用病毒载体来导入转录因子被认为是具有潜在的危险性的因子被认为是具有潜在的危险性的;其次,在他最初提出的四个因子中有两个因子是原癌基因原癌基因,在他后来的文章中也提到,如果移植这样得到的iPS细胞到体内,那么受体得癌症的可能性会大大提高.随着干细胞研究的深入,iPS技术以及各项定向诱导分化技术的发展,在不远的将来,用自己的好细胞来替换掉自己的坏细胞用自己的好细胞来替换掉自己的坏细胞将不再仅仅只是科学家们的梦想.再生研究进展再生研究进展断指再生断指再生 北京时间北京时间2008年年5月月20日消息，据英国日消息，据英国每日每日邮报邮报报道，最近一段报道，最近一段时间，有关一位美国老时间，有关一位美国老人李人李斯皮瓦克斯皮瓦克(LesSpievack)用猪膀胱制成用猪膀胱制成的药粉令断指再生的药粉令断指再生。在。在猪膀胱粉的帮助下猪膀胱粉的帮助下每天喷两次，前后共每天喷两次，前后共4个个月月他重新长出右手他重新长出右手中指指尖。中指指尖。几年前，斯皮瓦克几年前，斯皮瓦克右手中指被切断一右手中指被切断一截，他在使用了在截，他在使用了在一种称为一种称为“魔法粉魔法粉”(pixiedust，用猪膀胱制成的药用猪膀胱制成的药粉粉)的神秘物质之的神秘物质之后，后，中指竟然恢复中指竟然恢复到原来的长度到原来的长度，感，感觉也很灵敏。觉也很灵敏。断指再生断指再生来自这些猪膀胱的细来自这些猪膀胱的细胞会被在风干之前提胞会被在风干之前提取出来，然后制成粉取出来，然后制成粉末末撒在斯皮瓦克撒在斯皮瓦克手指上的白色物质，手指上的白色物质，用来使手指生长。据用来使手指生长。据说，这种药粉可以阻说，这种药粉可以阻止疤痕组织形成，这止疤痕组织形成，这样一来，受损器官即样一来，受损器官即可逐渐再生。可逐渐再生。布什对研究寄予厚望布什对研究寄予厚望 本月，白宫同意拨款本月，白宫同意拨款5 5亿多美元用于研究亿多美元用于研究“魔魔法粉法粉”能否帮助成千上万在伊拉克战争中受能否帮助成千上万在伊拉克战争中受伤的士兵长出新的肢体、手指和脚趾伤的士兵长出新的肢体、手指和脚趾 随着高科技实验室及专门用于研制和生产随着高科技实验室及专门用于研制和生产“魔法粉魔法粉”的设施陆续投入使用，美国总统布的设施陆续投入使用，美国总统布什希望相关研究能取得突破，以消除伊拉克什希望相关研究能取得突破，以消除伊拉克战争对美国政治造成的后遗症。战争对美国政治造成的后遗症。断指再生给了我们新的希望断指再生给了我们新的希望!也许也许,不久以后我们就可以成功诱导并控制不久以后我们就可以成功诱导并控制干细胞的生长分化干细胞的生长分化,使其再生出人类的各种使其再生出人类的各种器官和组织器官和组织也许也许,在不远的将来在不远的将来,残疾和残疾人将成为历残疾和残疾人将成为历史史也许也许,心脏病心脏病,肝癌肝癌,糖尿病糖尿病,帕金森氏病等各帕金森氏病等各种疑难杂病都将成为过去种疑难杂病都将成为过去也许也许我们期待着我们期待着!人工器官的时代已经过人工器官的时代已经过去，未来属于再生医学去，未来属于再生医学!今后人体器官可以在实验室按需要今后人体器官可以在实验室按需要生产，血细胞、脑细胞、骨骼、心生产，血细胞、脑细胞、骨骼、心肌细胞、肝脏的更换都不成问题肌细胞、肝脏的更换都不成问题.人们可任意订做自己的人体零部件人们可任意订做自己的人体零部件来更换衰老或病变的组织或器官以来更换衰老或病变的组织或器官以达到防治疾病、延缓衰老的目的。达到防治疾病、延缓衰老的目的。如果我们及时地的将某些坏死的细胞，如果我们及时地的将某些坏死的细胞，及时的在原位再生补充，人类生命就及时的在原位再生补充，人类生命就不会提前衰老和提前死亡，人类生命不会提前衰老和提前死亡，人类生命的各个阶段就会健康延长的各个阶段就会健康延长 在不久的将来，再生医学就一定能创在不久的将来，再生医学就一定能创造出更多的伟大奇迹造出更多的伟大奇迹 肢体再生和器官移植已不再遥远肢体再生和器官移植已不再遥远小结小结动物（火蜥蜴）的再生机理及研究动物（火蜥蜴）的再生机理及研究人的再生人的再生(细胞、组织、器官水平及肢细胞、组织、器官水平及肢体再生）探究体再生）探究肢体再生的最新研究肢体再生的最新研究干细胞与再生医学及其研究进展干细胞与再生医学及其研究进展再生研究展望再生研究展望干细胞与再生医学干细胞与再生医学是是2121世世纪生命科学的前沿和热点，纪生命科学的前沿和热点，现在我们只看到了冰山一角。现在我们只看到了冰山一角。它是一座未开发的宝藏，有它是一座未开发的宝藏，有许多未知的领域正等待着我许多未知的领域正等待着我们去开发，去探索！们去开发，去探索！