干细胞与再生医学.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,干细胞与再生医学,stem cell and regenerative medicine,上海医学院细胞与遗传医学系,左 伋,再生现象,自然界中生物的再生现象,将片蛭切断后，断面能够识别头部或者尾部的位置，如果切掉的是头，头部将在该位置再生；如果切掉的是尾，尾巴将在该位置再生,蝾螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力,青蛙与蝾螈同属两栖动物，却不具备再生的能力，但青蛙的前身蝌蚪却又显示出四肢再生的能力。,这种神奇的能力很早就吸引了人类的研究视线。,再生机制,再生机制的研究,了解一个新生的片蛭细胞是否会生成一个整体,了解同是两栖动物的蝾螈、青蛙和蝌蚪的再生能力为什么不同,了解人类为什么不能再生肢体,是否可以利用生物技术帮助人类把受到损伤的肢体、器官或者组织再生，形成新的有功能的部分。,再生医学,这些催生形成了利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官，使其恢复自然状态的研究再生医学（regenerative medicine）,再生医学是综合科学,涉及生命科学,涉及材料科学,涉及组织工程学,涉及社会伦理学,细胞、细胞外基质、生物材料,干 细 胞,胚胎干细胞,应用生殖生物学（体外受精）,鼠胚胎学,成体干细胞,一、发展历程,1878年：首次报道在体外试图使哺乳动物卵子多产,1959年：美国首次报道通过IVF产生的动物（兔）,1960s：研究表明胚胎癌细胞（EC细胞）是一种干细胞,1968年：Edwards在体外获得人的卵细胞,1970年：EC细胞注入小鼠产生杂合小鼠,1978年：第一例试管婴儿Louise Brown在英国诞生,1981年：从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞,1988年：克隆的人EC细胞在视黄酸,1989年：分离了一个可产生三个胚层组织的EC细胞株,1997年：克隆羊多莉（Dolly）诞生,1998年：Thomson和Gearhart工作发表,2000年：由Pera做了进一步工作,2001年：新的细胞株产生，诱导细胞分化的方法,2001年：美国总统发表文告,2003年：克隆羊多莉（Dolly）与世长辞,2003年：美国众议院以绝大多数票通过禁止克隆人类法案,Thomson的工作,在,Thomson,进行的工作中，他从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞。,Thomson,从,IVF,（体外受精）临床实验室得到胚胎，这些胚胎是不育症临床治疗不需要的，用于繁殖，而非研究目的。从捐献者夫妇处获得知情同意书后，,Thomson,分离了内细胞群，将这些细胞进行培养，产生一个多能性干细胞系。,Science,282,1145-1147(1998),Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts,James A.Thomson,*,Joseph Itskovitz-Eldor,Sander S.Shapiro,Michelle A.Waknitz,Jennifer J.Swiergiel,Vivienne S.Marshall,Jeffrey M.Jones,Gearhart的工作,Gearhart从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞。,捐献者自行决定了终止妊娠，从他们那儿获得了知情同意书后，Gearhart从原本要发育成睾丸或卵巢的胎儿部位取得细胞。尽管Thomson 实验室和Gearhart实验室使用的细胞系来源不同，但发育成熟的细胞看起来非常相似。,PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA,95(23):13726-13731 NOV 10 1998,Derivation of pluripotent stem cells horn cultured human primordial germ cells,Shamblott MJ,Axelman J,Wang SP,Bugg EM,Littlefield JW,Donovan PJ,Blumenthal PD,Huggins GR,Gearhart JD,一、发展历程,1878年：首次报道在体外试图使哺乳动物卵子多产,1959年：美国首次报道通过IVF产生的动物（兔）,1960s：研究表明胚胎癌细胞（EC细胞）是一种干细胞,1968年：Edwards在体外获得人的卵细胞,1970年：EC细胞注入小鼠产生杂合小鼠,1978年：第一例试管婴儿Louise Brown在英国诞生,1981年：从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞,1988年：克隆的人EC细胞在视黄酸,1989年：分离了一个可产生三个胚层组织的EC细胞株,1997年：克隆羊多莉（Dolly）诞生,1998年：Thomson和Gearhart工作发表,2000年：由Pera做了进一步工作,2001年：新的细胞株产生，诱导细胞分化的方法,2001年：美国总统发表文告,2003年：克隆羊多莉（Dolly）与世长辞,2003年：美国众议院以绝大多数票通过禁止克隆人类法案,Remarks by the US President on Stem Cell Research,THE PRESIDENT:Good evening.I appreciate you giving me a few minutes of your time tonight so I can discuss with you a complex and difficult issue,an issue that is one of the most profound of our time.,The issue of research involving stem cells derived from human embryos is increasingly the subject of a national debate and dinner table discussions.The issue is confronted every day in laboratories as scientists ponder the ethical ramifications of their work.It is agonized over by parents and many couples as they try to have children,or to save children already born.,一、发展历程,1878年：首次报道在体外试图使哺乳动物卵子多产,1959年：美国首次报道通过IVF产生的动物（兔）,1960s：研究表明胚胎癌细胞（EC细胞）是一种干细胞,1968年：Edwards在体外获得人的卵细胞,1970年：EC细胞注入小鼠产生杂合小鼠,1978年：第一例试管婴儿Louise Brown在英国诞生,1981年：从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞,1988年：克隆的人EC细胞在视黄酸,1989年：分离了一个可产生三个胚层组织的EC细胞株,1997年：克隆羊多莉（Dolly）诞生,1998年：Thomson和Gearhart工作发表,2000年：由Pera做了进一步工作,2001年：新的细胞株产生，诱导细胞分化的方法,2001年：美国总统发表文告,2003,年：克隆羊,多莉（Dolly）,与世长辞,2003年：美国众议院以绝大多数票通过禁止克隆人类法案,禁止克隆人类法案将禁止克隆人类，包括克隆作受孕或医学用途。在该法案下，“接受或出口一个克隆人类胚胎，或得自一个克隆人类胚胎的任何产物”。,目前（2月25日起）在纽约举行的联大正讨论和拟定有关禁止生殖性,克隆,人国际公约的会议进入第四天。,2003年9月，新一届联大决定推迟一年再讨论立法。,“医疗性克隆”是否应涵盖在公约之内，成为争论的焦点。,二、,有关的专业名词,干细胞(stem cell)：来自胚胎、胎儿或成体，在某些条件下能长期自我复制，在实验室中，胚胎干细胞可无限增殖，但成体干细胞不具备这种特性。,多能干细胞(pluripotent)：单一的多能的干细胞可以分化为来自内、中、外三个胚层的各种细胞,胚胎干细胞(embryonic)：来自于早期胚胎（4-5天）胚泡中内细胞群（inner cell mass,ICM），培养后所形成的胚胎干细胞已不是胚胎本身，属于多能干细胞。,二、,有关的专业名词,胚胎生殖细胞(embryonic germ cell,EG cell)：来自于早期胚胎（5-10周）胎儿生殖嵴的原生殖细胞，也属于多能干细胞。但与胚胎干细胞在特征上并不相同。,成体干细胞(somatic)：出现在已特化的组织中的未分化或未特化的细胞，能够自我更新，并且产生它来源的所有特化类型的组织细胞，通常成体干细胞分裂产生祖细胞，后者分化成熟为组织细胞。,可塑性(plasticity)：一种组织类型的干细胞转化为另一种组织类型的细胞的能力。,二、,有关的专业名词,畸胎瘤细胞（embryonic carcinoma cell,EC cell)：源于胚胎组织，保留胚胎组织特点的肿瘤。,祖细胞(progenitor cell)：存在于胎儿或成体组织中，部分地特化化，它分裂产生分化的细胞。干细胞分裂产生可继续分裂的干细胞，祖细胞产生不能继续分裂的祖细胞或分化的细胞。,三、干细胞生物学,1.干细胞的形态及生化特征,形态：,生化：,干细胞的共同标志，如端粒酶活性,不同干细胞的特有标志，如nestin为,神经干细胞的分子标志,三、干细胞生物学,1.干细胞的形态及生化特征,形态：,生化：,干细胞的共同标志，如端粒酶活性,不同干细胞的特有标志，如nestin为,神经干细胞的分子标志,三、干细胞生物学,2.干细胞的增殖特性,干细胞增殖的缓慢性：,过渡放大细胞（transit amplifying cell）意义,干细胞增殖的自稳定性：通过自我更新（,self-renewing,）实现自稳定性（,self-maintenance,），在自我更新中，分裂的形式有对称分裂和不对称分裂，哺乳动物是种群意义上的不对称分裂（,populational asymmetry division,）。,三、干细胞生物学,2.干细胞的增殖特性,干细胞增殖的缓慢性：,过渡放大细胞（transit amplifying cell）意义,干细胞增殖的自稳定性：,通过自我更新（,self-renewing,）实现自稳定性（,self-maintenance,），在自我更新中，分裂的形式有对称分裂和不对称分裂，哺乳动物是种群意义上的不对称分裂（,populational asymmetry division,）。,三、干细胞生物学,3.干细胞的分化特征,干细胞的分化潜能,全能性：受精卵桑葚胚,多能性：胚泡的ICM：胚胎干细胞、胚胎生殖,细胞（embryonic germ cell，EG cell）。,专能性：成体干细胞,干细胞的转分化（transdifferentiation）与去分化,（dedifferentiation）,可塑性（,plasticity,）：,一种组织类型的干细胞转化,为另一种组织类型的干细胞的能力,三、干细胞生物学,3.干细胞的分化特征,干细胞的分化潜能,全能性：受精卵桑葚胚,多能性：胚泡的ICM：胚胎干细胞、胚胎生殖细胞（embryonic germ cell，EG cell）。,专能性：成体干细胞,干细胞的转分化（transdifferentiation）与去分化,（dedifferentiation）,可塑性（,plasticity,）：,一种组织类型的干细胞转化,为另一种组织类型的干细胞的能力,三、干细胞生物学,4.干细胞增殖与分化的微环境,分泌因子,受体介导的细胞间相互作用,整合素和胞间基质,（,extracellular matrix,，,ECM,）,四、胚胎干细胞,胚胎干细胞是在人胚胎发育早期囊胚（受精后约57天）中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞，外表是一层扁平细胞，称滋养层，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔，腔内一侧的细胞群，称内细胞群，这些未分化的细胞可进一步分裂、分化，发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。当内细胞群在培养皿中培养时，常称之为胚胎干细胞,1.,胚胎干细胞的获得,Thomson,的工作,Gearhart的工作,体细胞核转移（,SCNT,）,体细胞核转移,体细胞核转移（,SCNT,）是得到多能性干细胞的另一种途径。在,SCNT,的动物研究中，研究者将一个正常的动物卵细胞去除细胞核（含染色体的细胞结构）。存留在卵细胞内的物质含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质。而后，在非常精细调控的实验室条件下，将单个体细胞,除卵细胞或精子细胞之外的任一种细胞,与除去核卵细胞放在一起，使两者相融合。融合细胞以及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。,2.胚胎干细胞的主要特征,形态：,生化：胚胎阶段特异性抗原,（,stage-specific embryonic antigen,，,SSEA,）,端粒酶,五、精原干细胞,精原干细胞,(spermatogonia stem cell),As-Apr-Aa1A1-A2-A3-A4-中间型精原细胞-B型精原细胞-精子细胞-精子,凋亡,六、成体干细胞,没有证据表明成体干细胞是多能干细胞,成体干细胞稀少，难以识别与纯化，也难以在培养条件下在未分化状态保持长时间增殖，或能够保持长时间增殖时，又不定向分化。,组织中固有的成体干细胞,通过逆分化获得的干细胞,通过转分化获得的干细胞,干细胞名称,Stem cell niche,干细胞标志,分化细胞标志,分化促进因子,神经祖细胞,神经干细胞,侧脑室室管膜细胞,巢素蛋白,CD133,微管结合蛋白-2,神经胶质原纤维酸性蛋白GFAP,表皮生长因子,成纤维细胞生长因子,表皮干细胞,毛囊干细胞,基底细胞,角蛋白15,K5、K14,Wnt,肠干细胞,肠腺基部及近基部,K8、K18、K19,肝干细胞,Hering管,门管区胆管周围,卵圆细胞：OV-6、c-kit、CD34、AFP,小肝细胞：,间充质干细胞,骨髓窦的内腔面,SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD99、CD106、CD124、CD120a、,多种组织标志,（如骨形态发生蛋白受体-BMPR）,多种诱导因素,造血干细胞,骨髓、脐带血、外周血,CD34,+,、CD38,-,、c-kit,七、有关干细胞的若干问题,1.ES细胞与EG细胞在体外增殖而不分化的机制,2.干细胞分化的内部机制,3.通用的干细胞在哪儿,4.有多少（组织）成体干细胞？成体干细胞的可塑性？,5.怎样使干细胞定位于受损的组织或器官？,6.干细胞通常居住在什么地方？,7.是否多能干细胞必须经过祖细胞才能特化为成熟细胞？,8.祖细胞是移植质量的最适当细胞？,9.为什么当周围的细胞都已经分化，而成体干细胞可以保持未分化状态？,八、医学应用,