干細(xì)胞ppt課件

干細(xì)胞研究及其應(yīng)用 干細(xì)胞 stemcell 在個體發(fā)育過程中 具有自我復(fù)制能力 并在一定條件下分化形成多種類型細(xì)胞的原始細(xì)胞稱為干細(xì)胞 干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞 1981 M J Evans等體外培養(yǎng)老鼠的胚胎干細(xì)胞 ElizabethCarr成為美國的第一個試管寶寶 1878 出現(xiàn)第一篇哺乳類的體外受精卵報導(dǎo) 1959 完成第一例兔子的體外受精卵 1960 展開畸胚瘤的研究 1968 R G Edwards和B D Bavister進(jìn)行人體外受精研究 1970 用畸胚瘤細(xì)胞注入鼠胚胎 制造鑲嵌鼠進(jìn)行發(fā)育研究 1978 世界第一個試管寶寶LouiseBrown在英國誕生 1980 CandaceReed成為澳洲的第一個試管寶寶 1984 1988 P W Andrews等體外培養(yǎng)人畸胚瘤細(xì)胞 1989 M F Pera等制造人類畸胚瘤細(xì)胞株 1994 首次使用人類人工受精的囊胚進(jìn)行干細(xì)胞研究 干細(xì)胞的研究進(jìn)展 1995 1996 恒河猴胚胎干細(xì)胞 在體外培養(yǎng)分化成三種胚層 1998 JamesThomson從人類體外受精卵取得胚胎干細(xì)胞 并能穩(wěn)定地在體外培養(yǎng) J Gearhart從胎兒卵巢或睪丸組織 得到一種具有干細(xì)胞特性的原始生殖細(xì)胞 稱為人類生殖干細(xì)胞 1999 Science雜志公布干細(xì)胞為世界十大科技進(jìn)展榜首 從小鼠肌肉組織取得的成體干細(xì)胞可以橫向分化為血液細(xì)胞 此后 科學(xué)家相繼證實成體干細(xì)胞具有可塑性 2000 美國總統(tǒng)克林頓宣布美國政府準(zhǔn)許用政府經(jīng)費進(jìn)行人胚胎干細(xì)胞研究 科學(xué)家成功分離出人類胚胎干細(xì)胞并使其在體外分化 2001 美國總統(tǒng)布什宣布聯(lián)邦政府將有限資助胚胎干細(xì)胞研究 2002 Nature評選 干細(xì)胞的爭議 為本年度科學(xué)界重大新聞 2003年 美國衛(wèi)生獨立研究院 NIH 施松濤等人首次發(fā)現(xiàn)牙齒間質(zhì)存在干細(xì)胞 2005年 干細(xì)胞研究領(lǐng)域?qū)W術(shù)丑聞 韓國漢城大學(xué)黃禹錫干細(xì)胞研究論文造假 2006年 日本科學(xué)家山中亞彌等成功誘導(dǎo)出鼠iPS 將干細(xì)胞研究擴(kuò)充到一新領(lǐng)域2007年 山中亞彌等人和湯姆森宣布成功利用人類上皮細(xì)胞誘導(dǎo)出iPS細(xì)胞 2008年 美國科學(xué)家宣布在不傷害胚胎的前提下成功獲取胚胎干細(xì)胞 并解析了microRNAs在干細(xì)胞發(fā)育及分化中的調(diào)控作用 2009年 湯姆森利用皮膚細(xì)胞培養(yǎng)的iPS重分化為神經(jīng)細(xì)胞 并在試管內(nèi)成功再現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞死亡過程 德國科學(xué)家首次利用單基因調(diào)控方法成功誘導(dǎo)iPS 2009年 美國白頭研究所科學(xué)家巧妙的將誘導(dǎo)iPS時帶入細(xì)胞的基因去除 大大降低了細(xì)胞癌變風(fēng)險 湯姆森和俞君英等利用質(zhì)粒為誘導(dǎo)iPS基因載體誘導(dǎo)iPS 隨著細(xì)胞分裂丟失質(zhì)粒 可得到純凈無外源DNA的iPS 在iPS應(yīng)用安全性方面又進(jìn)一步 我國上海交大吳際教授等人在國際上首次分離出生殖干細(xì)胞 并培養(yǎng)得到能長期自我更新的生殖干細(xì)胞 我國干細(xì)胞研究主要集中在中科院和幾大高校 上海生科院 時玉舫 金穎 楊黃恬 肖磊 北京大學(xué) 鄧宏魁 李凌松 復(fù)旦大學(xué) 朱劍虹等 我國衛(wèi)生部部長陳竺看到了我國干細(xì)胞研究的潛力和廣闊前景 組織了 干細(xì)胞之春 系列活動 帶動了我國干細(xì)胞研究進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)發(fā)展 促進(jìn)了我國干細(xì)胞研究與世界接軌 一 干細(xì)胞的基本特性 多呈圓形且具有不同生化標(biāo)志 能無限分裂 連續(xù)分裂幾代或長時間靜止 本身不是終末分化細(xì)胞 具不同的分化潛能 分裂有兩種形式 干細(xì)胞或特定細(xì)胞 增殖與分化受微環(huán)境調(diào)控 干細(xì)胞巢 stemcellniche 干細(xì)胞在機(jī)體組織中的居所 增殖與分化受微環(huán)境調(diào)控 分泌因子 受體介導(dǎo)細(xì)胞間相互作用 整合素與細(xì)胞基質(zhì) 全能干細(xì)胞 totipotentstemcell 多能干細(xì)胞 pluripotentstemcell 單能干細(xì)胞 unipotentstemcell 一 分化潛能 二 干細(xì)胞的分類 全能干細(xì)胞 totipotentstemcell 具有自我更新和分化形成任何類型細(xì)胞 并發(fā)育成為一個完整個體淺能的細(xì)胞 具有產(chǎn)生多種類型細(xì)胞 但失去發(fā)育成完整個體的能力 既發(fā)育潛能受到一定限制 多能干細(xì)胞 pluripotentstemcell 單能干細(xì)胞 unipotentstemcell 只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型細(xì)胞分化的干細(xì)胞 上皮組織基底層干細(xì)胞 肌肉中成肌細(xì)胞 胚胎干細(xì)胞 EmbryonicStemCell ESC 胚胎性生殖細(xì)胞 EmbryonicGermCell EGC 成體干細(xì)胞 somaticstemcell SSC 成體組織來源的干細(xì)胞 Adult derivedStemCell ASC 二 細(xì)胞來源 造血干細(xì)胞骨髓間質(zhì)干細(xì)胞肌肉干細(xì)胞成骨干細(xì)胞內(nèi)胚層干細(xì)胞視網(wǎng)膜干細(xì)胞胰腺干細(xì)胞 組織發(fā)生 胚胎干細(xì)胞 EmbryonicStemCell ESC 指存在于早期胚胎中 具有多分化潛能和較長期進(jìn)行自我更新的細(xì)胞 1998年美國科學(xué)家從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株 JamesA Thomson Wisconsin 人體外受精卵囊胚innercellmass細(xì)胞株檢測 marker和酶活性 JohnD Gearhart JohnsHopkins 5 9周人工流產(chǎn)胚胎primordialgermcell細(xì)胞株檢測 1 胚胎干細(xì)胞系的建立 1 受精卵的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán) 3 細(xì)胞核移植技術(shù) 畸胎瘤細(xì)胞 桑椹球細(xì)胞 擬胚體細(xì)胞 2 胚胎的生殖嵴或腸系膜體細(xì)胞 目前已證明 小鼠 兔 羊 豬 牛等多種動物的桑椹胚前及囊胚的ICM細(xì)胞具有發(fā)育的全能性 因此桑椹胚或囊胚是分離ES細(xì)胞的常用材料 形態(tài)特征 生化特征 2 胚胎干細(xì)胞的特性 增殖特征 分化潛能 1 胞體體積小 核大 有一個或幾個核仁 2 與胚胎外胚層和原始生殖細(xì)胞類似 而與ICM細(xì)胞不同 3 細(xì)胞中多為常染色質(zhì) 胞質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單 散布著大量核糖體和線粒體 核型正常 保留整倍體性質(zhì) 正常ES染色體正常 如異常則很難發(fā)育分化成動物個體 4 在體外分化抑制培養(yǎng)中 呈克隆狀生長 細(xì)胞緊密聚集形似鳥巢 細(xì)胞界限不清 周圍有時可見單個ES和分化的扁平狀上皮細(xì)胞 一個克隆細(xì)胞具有同樣特征 形態(tài)特征 增殖特征 1 增殖迅速 每18 24h分裂增殖1次 2 可在體外進(jìn)行選擇 操作 凍存而不失其原有特性 堿性磷酸酶表達(dá) 桑椹胚和囊胚細(xì)胞均有堿性磷酸酶 AKP表達(dá) 特異性細(xì)胞表面抗原表達(dá) 早期胚胎細(xì)胞表面均表達(dá)胚胎特異抗原 SSEA 1 生化特征 1 形成畸胎瘤2 形成類胚體3 形成嵌合體4 定向分化 改變培養(yǎng)條件 導(dǎo)入外源基因 體內(nèi)定向誘導(dǎo) 分化潛能 3 ES細(xì)胞的鑒定 細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu) 核型分析 堿性磷酸酶 AKP 染色 SSEA I免疫熒光標(biāo)記 分化能力檢測 體外分化試驗體內(nèi)分化試驗嵌合體形成試驗核移植試驗 4 胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用前景 1 用于移植治療 2 發(fā)育生物學(xué)基礎(chǔ)研究的理想模型 3 藥理研究和新藥開發(fā) 5 制備嵌合體動物 4 在動物克隆和轉(zhuǎn)基因動物中的應(yīng)用 5 面臨問題 1 來源有限 2 如何定向誘導(dǎo)分化 3 如何維持體外擴(kuò)增 不分化 4 如何獲得高數(shù)量高純度分化細(xì)胞 5 如何克服移植排斥反應(yīng) 6 形成器官需要技術(shù)上的突破 7 用于臨床治療需解決安全性問題 8 倫理道德問題 在成體組織或器官內(nèi) 具有自我更新及分化形成部分組織細(xì)胞能力的未成熟細(xì)胞 成體干細(xì)胞 somaticstemcell SSC Science Volume288 Number5471 Issueof2Jun2000 pp 1660 1663 1 種類BoneMarrowHematopoieticStemCells造血干細(xì)胞PeripheralBloodStemCellsUmbilicalCordBloodStemCells間充質(zhì)干細(xì)胞DesmohemoblastStemCells神經(jīng)干細(xì)胞NeuralStemCells皮膚干細(xì)胞DermStemCells腸干細(xì)胞IntestinalStemCells肝干細(xì)胞FetalLiverStemCells 造血干細(xì)胞 存在于造血組織內(nèi)的一類能分化生成各種血細(xì)胞的原始細(xì)胞 1 形態(tài)似小淋巴細(xì)胞 HematopoieticStemCells HSC 造血細(xì)胞是細(xì)胞增殖分化的最佳模型 造血干 祖細(xì)胞及各血細(xì)胞表面標(biāo)志較為清楚 細(xì)胞表型特征可進(jìn)行定量分析 且可分選 造血干細(xì)胞增殖及向各系分化的重要誘導(dǎo)因子 受體 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 微環(huán)境等因素較為清楚 造血細(xì)胞發(fā)揮功能相對游離 不需 生物支架 神經(jīng) 血管 外科移植等復(fù)雜的 下游 工藝 因此便于直接應(yīng)用于臨床 2 特點 通過組織細(xì)胞直接分離 3 來源 通過表面標(biāo)志分離純化 卵黃囊有核紅細(xì)胞造血環(huán)境 前體細(xì)胞 大動脈 性腺脊 中期腎 胎肝骨髓 髓系和淋巴系 4 發(fā)育 5 生長分化調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)物不同分化不同 表達(dá)產(chǎn)物不同分化方向不同 表達(dá)量不同分化方向不同 間充質(zhì)干細(xì)胞 存在于骨髓竇內(nèi)腔面的一類能分化生成各種細(xì)胞的原始細(xì)胞 骨組織為主 形態(tài) 類似前成骨細(xì)胞 分化 骨 關(guān)節(jié) 脂肪 肌腱 肌肉 骨髓基質(zhì) 特點 來源 DesmohemoblastStemCells 地塞米松和細(xì)胞因子bFGF 成骨細(xì)胞 成軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 調(diào)節(jié) 特異性表面抗原 SH2 SH3 CD29 CD44 CD71 CD90 CD106 CD120a CD124 主要的細(xì)胞標(biāo)記物 堿性磷酸酯酶 神經(jīng)干細(xì)胞 在哺乳動物中 中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有自我更新及分化產(chǎn)生多種腦神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞 NeuralStemCells 來源 調(diào)節(jié) 主要標(biāo)記物 表皮生長因子 維持干細(xì)胞生存成纖維細(xì)胞生長因子 2 促進(jìn)干細(xì)胞分化 巢素蛋白 表皮干細(xì)胞 在表皮中具有較高自我更新及分化產(chǎn)生表皮細(xì)胞的基底細(xì)胞 稱為表皮干細(xì)胞 主要細(xì)胞標(biāo)記物 角蛋白 EpidermicStemCells 胚胎細(xì)胞 胚胎組織 成體組織 2 來源 是已決定 未分化的細(xì)胞 不是終末分化細(xì)胞 3 特點 橫向分化 干細(xì)胞能無限地分裂 來源于自身 避免排斥反應(yīng) 4 優(yōu)點 可在體外大量擴(kuò)增 且無倫理問題 在特定環(huán)境下可分化為特定類型細(xì)胞 直接用于組織修復(fù) 有沒有通用的干細(xì)胞 5 面臨問題 在體內(nèi)的來源 有多少種 存在那些組織 增殖分化如何調(diào)節(jié) 在體內(nèi)是否發(fā)揮可塑性 第五節(jié)人類干細(xì)胞研究的應(yīng)用 1 成為基因功能研究的有效手段2 可從根本上揭示人及動物發(fā)育的決定基因3 可作為評價新藥及化學(xué)產(chǎn)品毒性及效能檢測系統(tǒng)4 ES細(xì)胞有可能成為今后細(xì)胞替代療法和組織器官移植的最佳來源 基礎(chǔ)研究 SuccessfulTrialofGeneTherapyinFranceUses Adult StemCellsScience288 669 672 April28 2000 Frenchresearchersrecentlyreportedwhatappearstobethefirstsuccessfultrialofhumangenetherapy boostingtheimmunesystemsoftwoinfantswithseverecombinedimmunodeficiencybyinjectingthemwiththeirownstemcellscontaininganormalcopyofthegenethattheylacked Researchersremovedstemcellsfromtheinfants bonemarrow addedaworkingcopyofthegenetothecells DNA andinjectedtherepairedstemcellsbackintotheinfants 8and11monthsoldatthetimeoftreatment 臨床應(yīng)用 截止2010年底 全球共有約3300項干細(xì)胞相關(guān)的臨床試驗研究已開展或者正在開展 其中 期臨床研究1009項 期臨床研究1712項 期臨床研究429項 期臨床研究81項 絕大多數(shù)涉及成體干細(xì)胞 有2項去年剛剛通過FDA批準(zhǔn)的ES細(xì)胞產(chǎn)品的臨床試驗 近半個世紀(jì)以來 利用造血干細(xì)胞和骨髓移植治療再生障礙性貧血和白血病取得一些成功經(jīng)驗 應(yīng)用干細(xì)胞可治療老年癡呆 帕金森病 肌肉萎縮 糖尿病 腦卒中 心力衰竭 近年來人們發(fā)現(xiàn)許多腫瘤的發(fā)生都與成體干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞 tumorstemcells TSC 有著密切的關(guān)系 證實腫瘤干細(xì)胞是形成不同分化程度腫瘤細(xì)胞和腫瘤不斷擴(kuò)大的源泉 因此 消滅腫瘤干細(xì)胞就意味著消滅了腫瘤 法國和美國應(yīng)用干細(xì)胞成功地制備出人工氣管 治愈了呼吸衰竭 英國和德國應(yīng)用干細(xì)胞成功治療了黃斑退行性病變 使老年失明患者重見光明 成功地開發(fā)iPs新技術(shù) 使干細(xì)胞轉(zhuǎn)化效率提高了100多倍 并降低了致癌風(fēng)險 應(yīng)用iPs技術(shù)從成年小鼠細(xì)胞分離出新的iPs系 并培育出成年小鼠 在世界上首次證明iPs的全能性等 在臨床應(yīng)用方面 應(yīng)用骨髓造血干細(xì)胞 臍帶血干細(xì)胞治療再生障礙性貧血 白血病 淋巴瘤 神經(jīng)損傷 心功能不全亦有成千上萬例的報道 我國干細(xì)胞研究 干細(xì)胞幾乎可以應(yīng)用到涉及人體所有的重要組織器官及人類所面臨的很多醫(yī)學(xué)難題 癌癥患者手術(shù)后大劑量化療后的造血和免疫重建 血管疾病或損傷后的血管替代 糖尿病患者的胰島植入 神經(jīng)疾病 感染性疾病 移植 部分遺傳缺陷疾病的治療 意外損傷 放射損傷等患者的植皮 肌肉 骨及軟骨缺損的修補(bǔ) 髖 膝關(guān)節(jié)的置換 眼科 AdultStemCellsReverseDiabetesinMiceNatureMedicine6 278 282 March2000ResearchersattheUniversityofFloridaannouncedinMarchthattheyhavereverseddiabetesinmiceusingadultpancreaticstemcells Thepancreaticstemcellswereharvestedfromadultdonorsandgrowninculture wheretheyformedsmallfunctionalorgansknownasisletsofLangerhans theinsulin secretingpartsofthepancreas Thecellsweretheninjectedundertheskinofthediabeticmice wheretheybegansecretinginsulin Within7 10days themicewereabletoregulatethelevelsofglucoseintheirblood BoneMarrowStemCellTransplantUsedtoTreatChildrenwithCartilageDefectNatureMedicine5 309 313 March1999Bonemarrow derivedstemcellshavebeenusedclinicallytotreatchildrenwithosteogenesisimperfecta aconditionthatleadstomultiplefractures severebonydeformities andconsiderablyshortenedstature Threemonthsaftertreatment thethreechildrenshowedchangesindicatingnewdenseboneformation ThereportbyresearchersatSt JudeChildren sHospitalinMemphisindicatesthepromisingpossibilityfortreatmentofthisaswellassimilarstemcelldisorders NeuralStemCellsAbletoRepairDamageThroughoutBrainSciencesUSA96 7029 7034 June8 1999Instudieswithmice neuralstemcellshavebeenshowntogloballyreplacedamagedbraintissue Thestudy performedbyresearchersatHarvardMedicalSchool involvedtransplantingneuralstemcellsfrombornmiceintothebrainsof shiverer mice amodelforParkinson sandsimilarcentralnervoussystemdiseases T