第十章发育过程中的细胞类型.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,*,第十章,发育过程中的细胞类型,第一节 干细胞及其生物学特征,只有干细胞才有分化潜能,根据机体发育时期的不同，将机体干细胞分为：,胚胎干细胞、成体干细胞。,根据分化能力的大小，可将机体干细胞分为：,全能干细胞,多能干细胞,单能干细胞,干细胞,（,stem cell),：,是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，可以分化产生一种以上的“专业”细胞,胚胎干细胞的多发育潜能,全能细胞,：,具有发育全能性的细胞为全能细胞，如受精卵卵裂早期的细胞。,多能细胞,：,胚胎发育三胚层期的细胞等具有发育成多种组织的潜能，但失去了发育为完整机体的能力，这类细胞称为多能细胞，即这一时期的细胞具有多能性。,单能细胞,：,有些细胞只能分裂分化产生一种类型的细胞，如精原细胞只能分化为精子，这类细胞称为单能细胞。,胚胎发育过程中，这种逐渐由全能局限为多能，最后成为稳定型单能,(,unipotency,),的趋向，是细胞分化的普遍规律。,受精卵由全能,多能,单能这一过程可称为,细胞的单能化,全能细胞,单能细胞,多能细胞,1.干细胞,能自我更新和分化,具自我复制的能力,能在一定条件下分化成具有特定形态和功能的成熟细胞,2.,胚胎干细胞,从囊胚期胚胎的内细胞团获得,胚胎生殖细胞与胚胎干细胞都可自发分化形成三胚层的全部细胞,3.,成体干细胞,特定的组织中,能自我更新并分化成相应组织内具有特定功能的成熟细胞,可塑性,一、干细胞的形态和生化特征,圆形和椭圆形，体积较小，核质相对较大,体外，扁平或圆形多细胞簇,可分化,特异性的表面抗原标记,造血干细胞,CD34,+,间质干细胞,CD34,+,Scal,+,Lin,-,胚胎干细胞 碱性磷酸酶活性,端粒酶活性较高，具分裂增殖能力,第二节 干细胞及其生物学特征,二、细胞的增殖特性：,（一）缓慢性：,1,、有利于对特定的外界信号做出反应，以决定进入增殖还是进入分化程序；,2,、有利于减少干细胞内基因突变的危险；,3,、过渡放大细胞：分裂较快，经过若干次分裂后产生分化细胞，作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化细胞,干细胞过渡放大细胞（又称快速自我更新细胞）分化细胞；,（二）自稳定性（区别于肿瘤细胞本质性特征）：,1,、干细胞的自稳定性是干细胞的基本特征之一；,2,、干细胞通过两种分裂方式来维持其自稳定性：,干细胞增殖的模式,增殖分裂三种方式，即：,增殖分裂,、,分化分裂,和,更新分裂,。,增殖分裂,分化分裂,更新分裂,对称分裂,不对称分裂,增加干细胞数量,总数不增加,分化为,成熟细胞,干细胞维持数目恒定,对称分裂：产生两个同型的细胞。,不对称分裂：产生两个异型的细胞一个是干细胞，另一个是分 化细胞。,三、生境（干细胞的生存微环境）：,细胞分泌因子；,受体介导的细胞间相互作用,整合素和细胞外基质成分,干细胞分化方向的调控与分化启动调控,四、干细胞,可塑性,转分化，,transdifferentiation,脱分化,或去,分化，,dedifferentiation,Section 1 Stem cell,转,分化,脱分化,1958年有人用野生胡萝卜游离的韧皮部细胞进行体外培养的实验中，观察到已经高度分化的细胞可以重新分裂而回得到胚性细胞状态，这种现象叫做,去分化或称脱分化,，然后通过再分化形成根茎，最终发育成完整的新,植株。,胚胎干细胞具有特点：,（,1,）体外培养可以无限增殖；,（,2,）可以长期保持原始未分化的状态；,（,3,）可以分化成为衍生于,3,个胚层的各类组织细胞，包括生殖细胞。,第三节 胚胎干细胞（,embryonic stem cells,ES）,胚胎干细胞(,embryonic stem cell，,简称,ES,细胞)：是指,从早期囊胚内细胞团经体外培养、分离、克隆得到的具有发育多能性的细胞。,（一）胚胎干细胞的获得：,目前获得胚胎干细胞的方法主要有以下,3,种：,1,、取自体外受精胚胎囊胚期内细胞团,（图,11-1,）,2,、取自终止妊娠的胎儿原始生殖嵴组织,（图,11-1,）,3,、取自去核卵细胞,+,体细胞核移植产生的融合细胞分裂发育成囊胚取其内层细胞培养形成多能干细胞,（图,11-2,）,将囊胚中内细胞团（免疫外科法或机械切割法）接种到配制好的饲养层,合适的培养基,+,添加白血病抑制因子（,LIF,）,几天后将离散的集落接种到新培养基几天后挑选干细胞集落传代获得胚胎干细胞系,（图,11-3,）,。,返回,返回,返回,（二）胚胎干细胞的主要特征：,1,、形态特征：细胞体积小，核大，有一个或多个核仁；细胞呈集落生长，克隆紧密堆积，无明显的细胞界限，核质比大，具有正常的核形,（图,11-4,）,。,2,、生化特征：胚胎阶段特异性抗原（,SSEA,）,SSEA-1,，,SSEA-3,，,SSEA-4,等以及碱性磷酸酶（,AKP,）,等未分化细胞，端粒酶活性高。,3,、人胚胎干细胞：,（,1,）具有分化外、中、内,3,个胚层的能力具备体内外分化的能力；可以分化产生多种组织细胞；,（,2,）具备胚胎嵌合及生殖系嵌合能力,（图,11-5,）,4,、目前已建立成胚胎干细胞系的动物有：,小鼠（,1981,）、仓鼠（,1988,）、牛（,1990,）、兔（,1993,）、猪（,1994,）、绵羊（,1996,）、山羊（,1996,）、鸡（,1996,）、人（,1998,）等，,见表,11-1,5,、从表,11-1,可以看出：,（,1,）,ES,细胞在不同种属哺乳动物之间存在很大差异；,（,2,）猴,ES,细胞没有生殖嵌合能力；而人,ES,细胞无法进行胚胎嵌合实验；,（,3,）只有小鼠,ES,细胞具有生殖系嵌合能力，猪,ES,细胞有胚胎嵌合能力；而其他动物没有胚胎嵌合能力和生殖系嵌合能力；,（,4,）严格意义上，只有小鼠,ES,细胞能称为,ES,细胞，而其他动物,ES,细胞只能称为类,ES,细胞。,胚胎干细胞的应用价值及前景：,1,、移植治疗,（图,11-6,）,同样存在免疫排斥现象，但可以通过两种方法来避免免疫排斥：,（,1,）第,1,种方法：创建“万能供者细胞”,即敲除或用患者主要组织相容性复合物（,MHC,）,基因替换所建人,ES,细胞中的,MHC,基因，避免受者免疫系统监视；,（,2,）第,2,种方法：治疗性克隆,从患者身上取下体细胞，再通过核移植技术，获得同患者基因型相同的,ES,细胞遗传修饰（纠正,ES,细胞内引发疾病的基因）获得正常的,ES,细胞再用于移植治疗。,2,、作为研究胚胎早期发育的模型,提供在细胞和分子水平研究人体发育中极早期事件的良好材料和方法；,3,、可以生产转基因动物：利用,ES,细胞作为基因载体，主要有两种方法：,（,1,）基因打靶技术：将某一基因同源重组进入,ES,细胞基因组，将携带外源基因的,ES,细胞注射到囊胚，获得生殖系嵌合动物获得含有目的基因的转基因动物；,（,2,）夹心法：,ES,细胞夹在中间,+,同两个四倍体胚胎嵌合，发育到囊胚后移植到受体，四倍体组成胎儿的胚外组织，正常二倍体,ES,细胞发育成胎儿获得含有外源基因的,ES+,四倍体嵌合的转基因动物。,4,、可以建立药物研制和筛选的动物模型；,5,、可以用于动物克隆：以,ES,细胞作为核供体进行核移植，可以在短时间内获得大量基因型和表型完全相同的个体。,在哺乳动物的总的生育周期内，精子的前体细胞,高度专一、不间断地产生高度分化的精子,精原干细胞的特点,数目少，处于相对静止状态,包围在支持细胞中,对辐射和化学物质的损伤有最强的抵抗能力,可被移植并在受体内维持精原干细胞群，分化产生全部与精子相关的细胞,精原干细胞自我更新的方式,精原细胞的分化及控制受内部和外部的信号的影响,睾丸内的成熟细胞则对精子产生起着重要的调控作用,精原干细胞的凋亡：,Bcl-2,（,抑制或促进），,P53,（,促进）,三、,精原干细胞,四、成体干细胞,过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞；最近研究表明成体干细胞具有普遍性，还包括间质干细胞、肌肉干细胞、肝脏干细胞、神经干细胞等。,成体干细胞位于特定的微环境中的间质细胞能够产生一系列生长因子或配体，与干细胞相互作用，控制干细胞的更新和分化。,一、造血干细胞,造血组织中的原始,多能干细胞,分化,各种血细胞,可塑性：可转分化成,神经元、少突细胞、星,形细胞、骨骼肌细胞、,心肌细胞和肝细胞,来源,骨髓移植,外周血 细胞筛选出,CD34,+,白细胞，含,5-20%,的造血干细胞,脐带血,主要特征,未分化造血干细胞的表面标记,可被有荧光标记的单抗识别,FACS,筛选,CD34,+,、CD133,等,自我更新有关因子,端粒、端粒酶活性、干细胞因子、,Thromboprotein,和信号分子,gp130,等,分化有关因子,干细胞因子、成纤维细胞生长因子1，,FGF2、SDF-1，,锌指蛋白转录因子,GATA-1,和表达转录因子,PV1,凋亡,维持骨髓和血液中血细胞数目,Bcl-2,和,Steel,因子可以维持干细胞生命以避免凋亡,造血干细胞在临床中的应用：,1,、利用造血干细胞移植技术治疗白血病：,（,1,）造血干细胞移植需要人白细胞抗原,HLA,的组织配型；,ABO,血型抗原及主要组织相容性抗原（,HLA,）,不合是引起排斥反应的主要抗原，是临床上输血和器官移植的主要障碍。,组织配型：供受体之间,ABO,血型及,HLA,抗原相容程度直接影响移植成功及存活时间，通过组织配型可寻找组织相容性最合适的供体。,根据遗传学规律：外周血干细胞或骨髓供体移植主要在同胞（亲兄弟姐妹）寻找，,HLA,相合几率为,25%,，治疗效果较好，但因为还存在次要抗原系统差异，移植物抗宿主反应（,GVHD,）,发生率仍有,50%,。,（,2,）建立骨髓库，按,HLA,资料经过电脑检索配型，由配型相合者捐献骨髓或外周血用于移植。,（,3,）建立脐带血造血干细胞的细胞库，用于造血干细胞的移植；优点：在于无来源的限制，对,HLA,配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。,（,4,）可用于治疗重型再生障碍性贫血、地中海贫血、恶性淋巴瘤等血液系统疾病以及乳腺癌等实体肿瘤。,（,5,）自体造血干细胞移植治疗。,二、间充质干细胞,能在体外增殖，也可分化为多种间充组织,形成于发育中的骨髓腔，出生后附于骨髓窦内腔面，包埋于窦状网络细胞中,间充质干细胞的分离获取,骨髓抽提物 分离纯化的细胞 间充质干细胞,鉴定纯度,特性,特异性表面抗原,SH2、SH3、CD29、CD44、CD105、CD144,等,造血干细胞表达，不在间充质干细胞表达的表面抗原,CD45,、,CD34,、,CD41,、和,CD14,临床应用,能被诱导分化为成骨细胞和软骨细胞,治疗骨损伤及先天骨组织畸形,病损的心脏和烧伤,密度梯度离心,转换培养基培养,流式细胞仪分析表面抗原,SH2、CD29，,和不表达的,CD45、CD34,三、神经干细胞,神经干细胞,成体脑组织,分化,神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞,转分化成血细胞和骨骼肌细胞,来源和特征,哺乳动物中侧脑室的室管膜下区,可在表面生长因子的作用下在体外增殖,特征标记：,特征性生物学标记为神经巢蛋白,细胞的骨架蛋白,分裂：不对称分裂和对称分裂,临床应用,神经细胞移植,用生长激素或营养因子激活体内干细胞或是修复机制,如：由神经干细胞经体外增殖分化后形成的多巴氨神经元很可能是潜在的最好的替换,Parkinson,病损神经元的细胞治疗材料,四、表皮干细胞,在表皮基底层中毛囊底部、能够自我更新并能通过末端分化形成角质细胞和毛囊的一种细胞,特征,特征标记,:,标记物主要是整合素（包括,和,两种亚基）,小鼠单克隆抗体,10G7,识别的表面抗原,其它特有标记蛋白,E-,钙粉连蛋白,高表达的,Delta 1,蛋白,Keratins 19,/,15,内部表达的标记蛋白,非,E-,钙粉连蛋白相关的,1-,连环,生长与分化的调控,悬浮是进入末端分化的最强诱导因素之一,临床应用,烧伤：可形成表皮和毛囊结构，提供植皮,五、细胞的再生与医学,传统修复方法：器官、组织移植术。,组织工程学：融合了工程学和生命科学的基本原理、基本理论、基本技术和基本方法，在体内构建一个有生物活性的种植体，植入体内修复组织缺损，替代器官功能；或作为一种体外装置，暂时替代器官功能。,科学意义：在于为解除患者痛苦提供一种新的治疗方法，更为重要的是提出了复制“组织”、“器官”的新思想；标志着“生物科技人体时代”的到来，是“再生医学的新时代”，是一场“深远的医学革命”。,组织工程学的研究领域涉及：,材料学、工程学和生物医学科学。,生物医学,领域包括：基础医学的遗传学、组织胚胎学、细胞生物学、分子生物学等；,临床医学,领域包括：骨科、整型外科、胸外科、神经外科、口腔颌面外科、康复医学等；,材料学,方面：涉及可降解高分子材料、陶瓷材料等；,组织工程按组织器官的构筑方式分为两大类：,1,、组织再生工程自体细胞在人工细胞外基质、生长因子等环境进行分裂、增殖和分化。,2,、组织替代工程：,由异体或异种细胞与免疫隔离膜一起构建一种能替代患者受损、缺失器官的功能性器官或称生物型人工器官或杂合性人工器官。,干细胞技术以及干细胞生物学应用价值：,1,、利用干细胞可以培育各种新鲜而健康的组织，成为坏死的肝、脑、骨、皮肤、神经细胞等“替代组织”；,2,、干细胞中最有价值的是胚胎干细胞,理论上可以培育任何器官；,3,、利用干细胞进行克隆治疗疾病优点在于：,可以再造多种正常甚至更年轻的组织器官；,可以广泛用于治疗传统医学方法难以医治的疾病：癌症、自身免疫疾病、老年性痴呆症等；,4,、利用干细胞作为载体,+,基因治疗治疗遗传病。,5,、应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。,