人体发生发育学：干细胞概论.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,*,*,*,干细胞概论,组织学与胚胎学教研室,人体发生发育学,课件,内 容,定义及研究历史,分类,生物学特征,应用前景,问题与展望,一、干细胞,定义,、研究历史,干细胞（,stem cell,）：,存在于胚胎或成体内具有增殖、自我更新以及多向分化潜能的原始细胞。,所有干细胞都有两个最重要的特征：,自我更新能力,多向分化潜能,1896,年，论述寄生虫生殖系祖细胞时首先使用“干细胞”概念；,干细胞的应用研究始于,20,世纪,60,年代，,1967,年美国华盛顿,大学,-,多纳尔,托马斯,-,用正常人骨髓移植治疗造血功能障碍；,1964,年，,Pierce,发现取自小鼠,畸胎瘤,的细胞具有多,能性，将其植入小鼠囊胚中发育成了嵌合体小鼠；,一、干细胞定义、,研究历史,1981,年，英、美科学家成功分离和体外培养了,小鼠的胚胎干细胞（,ESC,）,；,1998,年：,Thomson,从胚泡内细胞群培养成功人,ESC,；,Gerhert,从,5-9,周胎儿性腺嵴成功培养胚胎生殖细胞，,EGC,1999.12,，小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”,为血液细胞（美国）。,2001,年,2,月，中国曹谊林教授用干细胞在小鼠背上,培育出人耳。,2001.12,美国,Geron,报道人胚胎干细胞成功地在体外培养出有功能的心肌细胞、神经细胞、肝脏细胞、胰腺细胞、肌肉细胞、肾脏细胞等。,2002,，非神经组织来源干细胞移植治疗帕金森氏综合征获得成功。,2002,，中国、日本科学家用人胚神经干细胞移植成功治疗脊髓损伤的猴子和高位截瘫大鼠。,2006,年，日本科学家山中伸弥等成功诱导出鼠,iPS,细胞（,induced,Pluripotent,Stem Cell,），此项研究成功将干细胞研究扩充到一个新的领域。,2007,年，,iPS,研究取得巨大进展：山中伸弥等人和汤姆森带领下的华裔科学家俞君英等人分别在,Cell,及,Science,发表论文宣布成功利用人类上皮细胞诱导出,iPS,细胞。,诱导多功能干细胞,induced,pluripotent,stem cells,iPSc,）,iPS,细胞建立的过程主要包括：,分离和培养宿主细胞；,通过病毒介导或其他方式将若干个多能性相关基因导入宿主细胞；,将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上，并于,ES,细胞专用培养体系中培养，同时在培养中根据需要加入相应小分子物质以促进重编程；,出现,ES,样克隆后进行,iPS,细胞的鉴定。,2012,年诺贝尔生理学或医学奖：日本科学家山中伸弥与英国发育生物学家约翰,.,戈登,在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获奖。,2009,年,7,月英国科学家首次利用人类胚胎干细胞造出人造精子。,2007,年，西班牙科学家首创用脂肪干细胞治疗心脏病。,2009.02,我国科学家获得人类体细胞克隆胚胎（山东，李建远，遭质疑）,20,世纪末，,克隆羊的成功,；,人胚胎干细胞的成功培养,；,成体干细胞跨胚层和谱系分化的发现,，认为是生命科学的三大成就，开创了干细胞科学的新时代。,了解更多干细胞研究进展,丁香园：,（,embryonic stem cells,）,(2),胚胎生殖腺（,5-9W,）,EG,细胞（,embryonic germinate cells,）,(3),恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞,EC,细胞（,embryon,ic,carcinoma,）,二、干细胞分类：,根据生存阶段分：,胚胎干细胞,+,成体干细胞,成体干细胞,(Adult-derived Stem Cell,ASC),来源于机体分化组织器官中的未分化细胞。,16,胚胎干细胞,成体干细胞,来自胚泡的内细胞群,来源于骨髓、外周血、角膜、视网膜、脑、骨骼肌、齿髓、肝、皮肤、胃肠道粘膜层和胰腺等,分化多能性,，可诱导分化为机体所有组织细胞,分化较局限,，部分成体干细胞（造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞）有一定跨系、跨胚层的“可塑性”,无限的自我更新能力,病理条件下才显出一定的自我更新潜能,增殖能力强，便于应用,增殖能力较弱，故不能完全取代胚胎干细胞,细胞可不断增殖，“永生化”，移植后有,形成,肿瘤的可能性,成瘤的可能性很小,不能自体移植自体移植可避免免疫排斥,有伦理问题,分离和使用不存在伦理问题,来源,分化潜能,自我更新,增殖能力,成瘤性,移植,伦理问题,17,全能干细胞（,totipotent,SC,）,：,具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能（,相当于受精卵和卵裂球细胞,）。,多潜能干细胞（,pluripotent,SC,）：,有分化成多胚层细胞的能力，但不能分化成完整个体（,相当于胚胎干细胞,）。,专能干细胞（,unipotent,SC,）：,存在于身体各部，只能向单一方向分化（,相当于组织内的成体干细胞,）。,根据分化潜能：,全能干,/,多能干,/,单能干细胞,三、干细胞生物学特征,（一）干细胞的自我更新特征,(self-renewing),（二）干细胞的增殖特征,（三）分化特征（发育潜能和分化潜能）,（一）干细胞的自我更新特征,(self-renewing),指干细胞具有分裂和自我复制能力，子代细胞仍维持干细胞的原始特征。,对称分裂,（,symmetric division,）,不对称分裂,（,asymmetric division,）,主要是不对称分裂形成一个干细胞和一个短暂增殖细胞（祖细胞）。,（二）干细胞的增殖特征,1,、干细胞增殖的缓慢性,一般情况下干细胞处于休眠或缓慢增殖状态。可以减少基因发生突变的可能性。,2,、干细胞增殖的自稳定性,又称自我维持（,self maintenance,），自我更新并维持自身数目的恒定，主要是通过不对称分裂来实现。,（三）分化特征（高度的发育和分化潜能）,例：胚胎干细胞,体内外可分化出外、中、内三个胚层的分化细胞，可诱导分化为成体内各种类型的组织细胞。,1.,体积小，核大,，有一个或几个核仁。,胚胎干细胞的生物学特性,2.,具有,自我复制的能力,，具有向胚胎三个胚,层来源的所有细胞,分化的,潜能,。,3.,单细胞克隆可建立胚胎,干细胞系,。,4,具有,稳定的整倍体核型,。,5.ESC,系呈现,端粒酶高表达性,。,2009,年诺贝尔生理学或医学奖,授予美国科学家伊丽莎白,布莱克本、卡萝尔,格雷德和杰克,绍斯塔克，以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。,6.,体外培养对滋养层细胞和分化抑制因子的依赖性。,胚胎干细胞表达特异性标志分子：,胚胎阶段特异性表面抗原,（,SSEA,1,）、,转录因子,（,intrinsic transcription factor,，,Oct4,）,白血病抑制因子,（,leukemia inhibitory factor,，,LIF,）,碱性磷酸酶,（,Alkaline,phosphatase,，,AP,）,(1),细胞体积小，细胞器稀少，,RNA,含量较低，在,增殖过程中处于相对静止状态，在组织结构中位,置相对固定。,(2),成体干细胞数量很少，基本功能是参与组织更,新、创伤修复及维持机体内环境稳定。,(3),成体干细胞是自我复制还是分化为功能细胞取,决于所在的微环境和自身的功能状态。,成体干细胞的生物学特征,成体干细胞的可塑性,人们把成体干细胞具有分化为其他类型组织细胞的能力称为干细胞的可塑性（,plasticity,）。,20,世纪,90,年代后期，,Nature,等杂志陆续报道：,骨髓来源的干细胞,肝脏、胰腺、肌肉及神经细胞分化,肌肉、神经干细胞造血干细胞,造血干细胞皮肤表皮细胞、肺和胃肠道细胞,不同的声音：,(1),细胞自发融合导致“可塑性”。,(2),成体干细胞的横向分化是成体组织中余存的多潜能成体祖细胞（,MAPCs,）所致，,MAPC,为原始细胞其单个细胞具有多潜能分化和大量增殖的潜力。,人类发生发育生物学及新基因发现的研究；,四、干细胞的应用前景,新药的发现和筛选；,生产克隆动物和转基因动物；,基因治疗的载体；,干细胞移植。,五、问题与展望,体外细胞定向诱导问题，如何进行有效的分化调控，使干细胞向目标细胞分化。,移植时机的把握，如何才能取得最佳效果。,供体细胞和受体组织的整合。,受体局部微环境的影响和干扰，营养因子和抑制因子的平衡问题。,成体干细胞的分离和纯化。,是否存在干细胞的可塑性。,干细胞移植治疗和基因治疗的安全性问题及所涉及的社会伦理和法律问题。,Wild East or scientific feast?In the field of stem cells,China is showing that it can do world-class science.It is a shame,then,that so many fraudsters operate and that officialdom turns a blind eye.,卫生部开展干细胞应用整顿,卫生部昨天在例行的月度工作会议中指出，将开展为期一年的干细胞临床研究和应用整顿工作，该整顿规定，在,2012,年,7,月,1,日之前停止所有的新项目申报。卫生部指出，为促进干细胞治疗技术科学有序地发展，规范干细胞治疗和临床研究的行为，卫生部和国家食品药品监督管理局决定联合开展为期一年的干细胞临床研究和应用规范整顿工作。在整顿通知中，卫生部、食药监局明确提出，要停止没有经过卫生部和食药监局批准的干细胞临床研究和应用等活动。自行开展、没有经过任何审批的行为要立刻停止。对于已经经过食药监局批准的干细胞制品的临床试验项目，要按照批件和药品临床试验有关质量规范的要求严格执行，不能随意变更临床试验方案，更不能收费。同时，在,2012,年,7,月,1,日之前，停止所有的新项目申报。整顿结束或者在进行过程中，将组织有关部门，对专项整治活动进行通报。“干细胞治疗领域目前确实很乱。”一位券商研究员向记者表示，“到现在为止，国家还没批任何干细胞的药物，目前市面上的干细胞治疗都属于非法行医，产生的医患纠纷也较多。”生物谷董事长张法宝向记者表示，卫生部此举有三层含义，第一，表明干细胞行业的规范政策将有望很快出台；其次，国家进一步明确了干细胞行业的监管，归口国家食药监局；最后，行业将进入淘汰筛选，优胜劣汰。,32,结论：,对成体干细胞,可塑性,至今还有许多不同的看法，干细胞的,治疗作用,在有些病症（如重度白血病和某些遗传性疾病）中已得到充分的肯定，但多数还处于探索阶段。,体内分化,-,形成畸胎瘤,体外分化,-,自然分化,/,特定诱导分化,嵌合体实验,ESC,分化潜能的检测,体内分化,-,形成畸胎瘤,免疫缺陷动物皮下注射胚胎干细胞形成畸胎瘤。,体外分化,1自然分化,-,去掉饲养层细胞和添加的,分化抑制因子,将悬浮生长分化形成“,拟胚体,”,，含杂乱分布的各种细胞。,2,、特定诱导分化,改变,ES,细胞生长环境,（,1,）添加生长因子或化学诱导剂,（,2,）与其它细胞一起培养,（,3,）将细胞接种到适当的底物上,导入外源性基因（,例如某种分化诱导因子的基因,）,克隆技术,-,细胞核移植，得到可发育重构胚和动物个体。,嵌合体,(Chimera),的形成,将内细胞群注射到另一个胚泡腔内，将组合的胚胎移植到假孕母体的子宫进一步发育，观察子代的表现型（嵌合体动物）。,第一周,3,第,2,周,三胚层胚盘,第三周,第,3,周,第,4-8,周：柱形胚体的建立，三胚层的分化,