干細胞技的學習教案

干細胞技的學習教案第1頁/共34頁一、干細胞概述1、概念：干細胞是動物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我復制和不同程度分化潛能的一些細胞。在一定條件下，能分裂、產(chǎn)生出表現(xiàn)型和基因型都和自己完全相同的子細胞，同時還能分化為各類祖細胞和特化細胞。第2頁/共34頁一、概述干細胞是重建、修復病損或衰老組織、器官功能的理想種子細胞。干細胞除了在細胞治療、組織器官移植、基因治療具重要意義外，還在新基因發(fā)現(xiàn)與基因功能分析、發(fā)育生物學研究、新藥開發(fā)與藥效以及毒性評估等領域具有重要的意義。第3頁/共34頁一、概述干細胞研究1999年被Science評為十大科技進展之首；2000年再度入選世界十大科技進展。美國諾貝爾獎獲得者吉爾伯特預言：

“用不了50年，人類將能夠培育出人體的所有器官?！钡?頁/共34頁一、概述2、干細胞的特征：具有無限增殖分裂的能力；長期保持自我穩(wěn)定的能力；長期保持分化成其它細胞的可能性；產(chǎn)生新細胞是對組織（細胞）損傷的反應；以對稱或不對稱兩種方式進行生長（由細胞質中調節(jié)分化蛋白的不均勻分配決定）。第5頁/共34頁2、干細胞的特征：對稱分裂(symmetriccelldivision),形成兩個相同的子干細胞;非對稱分裂(asymmetricccelldivision),即干細胞分裂后的兩個子細胞一個為干細胞,而另一個為祖細胞,祖細胞在外界刺激因子的作用下可以向多個細胞系的終末期分化。第6頁/共34頁形態(tài)學特征：細胞小，核較大，明顯，有1至多個核仁；細胞間界限清晰，形態(tài)扁平；堿性磷酸酶（AKP）染色陽性；細胞克隆如鳥巢狀；2、干細胞的特征：第7頁/共34頁一、概述3、分類：（1）、按來源分：胚胎干細胞（ESC）：胚胎內細胞團（ICM）原始生殖細胞（PGC）成體干細胞（ASC）：骨髓、角膜、皮膚、心臟等第8頁/共34頁一、概述3、分類：（2）、按分化潛能分：全能干細胞：受精卵及八胞期以前的卵裂球多能干細胞：骨髓造血干細胞分化12種血細胞專能干細胞：大多數(shù)成體干細胞，如上皮組織基底層的干細胞，一般處于穩(wěn)定更新狀態(tài)，組織損傷時分化起修復作用。第9頁/共34頁一、概述4、研究進展1981年，Evans等獲得小鼠胚胎干細胞；1990年，Piedrahita等獲得豬和綿羊的胚胎干細胞；1991年，Meineeke-Tillmann等獲得山羊胚胎干細胞；1992年，Satio等獲得牛胚胎干細胞；1992年，Sukoyan等獲得水貂胚胎干細胞；1993年，Oraves等獲得兔胚胎干細胞；第10頁/共34頁一、概述1995年，Thomson等獲得恒河猴胚胎干細胞；1996年，Pain等獲得雞胚胎干細胞；1997年美國華盛頓大學的多納爾·托馬斯報告說，將正常人的骨髓移植到病人體內，可以治療造血功能障礙；1998年，Thomson和Shamblott實驗室分別用人的胚泡和早期胚胎的生殖嵴培養(yǎng)出胚胎干細胞（ES）和生殖嵴干細胞（Embryonicgermstemcell）；第11頁/共34頁一、概述在一些原本認為不可更新的組織中發(fā)現(xiàn)干細胞，如：亞腦室區(qū)、側腦室區(qū)和嗅球的連接處以及海馬區(qū)；目前已發(fā)現(xiàn)存在干細胞的組織有：骨髓、外周血、臍血、血管、腦、脊髓、皮膚、骨骼肌、肝臟、胰腺、角膜、視網(wǎng)膜、牙齒和消化系統(tǒng)上皮等。第12頁/共34頁一、概述1999年12月，美國科學家在《美國科學院院刊》報告說，小鼠肌肉組織的成體干細胞可以“橫向分化”為血液細胞。隨后，世界各國的科學家相繼證實，成體干細胞包括人類的成體干細胞具有可塑性。骨髓間充質干細胞可分化為骨細胞、肌肉細胞、脂肪細胞、神經(jīng)元細胞等。避開了倫理爭議和異體免疫排斥問題。第13頁/共34頁一、概述2001年4月，美國科學家發(fā)現(xiàn)，從病人臀部和大腿處抽取的脂肪中，含有大量類似干細胞的細胞，這些細胞可以發(fā)育成健康的軟骨和肌肉等。這一發(fā)現(xiàn)有可能使脂肪成為干細胞的主要來源。2004年12月，法國科學家發(fā)現(xiàn)，通過培育人類干細胞可以將每個干細胞轉化為200萬個紅血球。該發(fā)現(xiàn)向著數(shù)十年來批量制造紅細胞的目標又邁進了一大步，該研究將最終使得血液短缺成為歷史。第14頁/共34頁一、概述2005年2月加拿大科學家在人體臍帶中發(fā)現(xiàn)一種新的干細胞源。這種干細胞可以生成骨胳、軟骨、肌肉和其他結締組織。把在結締組織中發(fā)現(xiàn)的這些干細胞分離、培養(yǎng)幾周，生成了足夠多的細胞。這項發(fā)現(xiàn)將對骨髓移植有促進作用。第15頁/共34頁一、概述2005年1月，臺大醫(yī)院陳耀昌等醫(yī)生從新鮮胎盤分離出胎盤間質干細胞，是介于“胚胎干細胞”與“成體干細胞”間的新種干細胞；放入培養(yǎng)基中誘導分化，大約5到7天后，干細胞分別成功分化為神經(jīng)、脂肪、成骨細胞。與臍帶血干細胞相比，胎盤干細胞的數(shù)量更充裕。第16頁/共34頁一、概述2005年1月30日在美國威斯康星大學工作的中國科學家張素春和李學軍報告說，他們成功地用人類胚胎干細胞分化出了運動神經(jīng)元。

研究發(fā)現(xiàn)只有在相當于人類胚胎發(fā)育第三周到第四周這一段時間里，胚胎干細胞才有可能分化成運動神經(jīng)元。具體為：胚胎干細胞神經(jīng)干細胞運動神經(jīng)元祖細胞運動神經(jīng)元第17頁/共34頁一、概述2000年5月，日本把干細胞技術的出現(xiàn)視作在生命科學和生物技術領域趕超歐美國家的絕好機遇。在2000年度啟動的“千年世紀工程”中，日本把干細胞工程作為四大重點之一，并且在第一年度就投入108億日元的巨額資金；2000年12月19日，英國下議院也超過2／3的多數(shù)票通過了允許克隆人類早期胚胎，并從中提取干細胞進行醫(yī)療研究的決議。第18頁/共34頁一、概述5、干細胞的分化干細胞的可塑性：骨髓干細胞神經(jīng)細胞神經(jīng)干細胞造血細胞骨髓肌間葉干細胞造血細胞第19頁/共34頁一、概述5、干細胞的分化迄今為止，觸發(fā)和控制細胞分化的機制尚不明了，是預先程序化還是受環(huán)境的調控是一個有爭議的話題。內在調控：轉錄因子，端粒酶活性，結構蛋白等以各種方式影響干細胞的有絲分裂、分裂部位及染色體的功能；第20頁/共34頁一、概述5、干細胞的分化外在調控(微環(huán)境)：

整合素：細胞受損時，胞外信息通過整合素傳遞給干細胞，以觸發(fā)跨膜信號轉導，調控干細胞的基因表達；細胞因子：干細胞因子，干細胞生長因子，白細胞介素，表皮細胞生長因子，成纖維細胞生長因子，肝細胞生長因子等；第21頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)獲得干細胞系（干細胞的分離、培養(yǎng)、鑒定）；建立干細胞誘導分化模型；將上述干細胞或干細胞培育體系植入動物或人的相應器官或組織，考察其效果。第22頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)干細胞的倫理和社會問題：英國2000年通過了準許在嚴格管理的條件下克隆人類早期胚胎進行干細胞研究；美國總統(tǒng)布什在2001年8月宣布，美國政府將僅僅支持對已有的胚胎干細胞進行研究；德國不僅只允許研究2002年1月30日以前產(chǎn)生的胚胎干細胞，而且還必須是在沒有其它可選擇的情況下才能進行。中國對胚胎干細胞研究，即治療性克隆持支持態(tài)度。第23頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)（一）、獲得干細胞系：

這是本研究最重要的第一步?？梢詮膭游锘蛉说脑缙谂咛セ蚋髌鞴?、組織中分離并鑒定，能在體外長期保持干細胞特性（一般應穩(wěn)定傳25代以上）。第24頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)（一）、獲得干細胞系：1、分離純化技術：密度梯度離心：BSA；Ficoll；泛影酸鹽選擇性細胞凝聚：例紅細胞可用羥乙基淀粉、甲基纖維素、T淋巴細胞進行凝聚和其他細胞分離差異黏附分離：葡聚糖凝膠G10。成纖維細胞細胞表面物質分選：如抗原分選，例免疫磁珠分選法。第25頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)（一）、獲得干細胞系：免疫磁珠分選：中心：金屬小顆粒外層：包裹了一層高分子材料，如聚苯乙烯最外層：能與大分子偶聯(lián)的功能集團如抗原或抗體第26頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)2、培養(yǎng)(1)、一般采用飼養(yǎng)層培養(yǎng)法。飼養(yǎng)層細胞：提供附植環(huán)境；飼養(yǎng)層細胞分泌物對維持干細胞的生長、抑制分化起重要作用；(2)、也可采用條件培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。第27頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)3、干細胞的鑒定細胞周期特征：慢周期性（標記滯留法）；無限增殖能力，形成細胞克隆；

干細胞表面受體鑒別：熒光素標記；受體結合標記；第28頁/共34頁二、干細胞的培養(yǎng)（二）、建立干細胞誘導分化模型；探索誘導干細胞向特定組織、器官分化的條件；

二甲亞砜可誘導肌細胞分化；維甲酸可誘導神經(jīng)細胞分（三）、移植研究植入動物或人的相應器官或組織，考察其效果。第29頁/共34頁三、干細胞的應用細胞治療、組織器官移植、基因治療新基因發(fā)現(xiàn)與基因功能分析發(fā)育生物學研究新藥開發(fā)與藥效以及毒性評估第30頁/共34頁三、干細胞的應用神經(jīng)干細胞治療帕金森病的研究應用表皮干細胞的研究應用造血干細胞移植治療白血病第31頁/共34頁神經(jīng)干細胞治療帕金森病的研究應用帕金森病（Parkinson’sdisease，PD）又稱震顫麻痹，是錐體外系功能紊亂引起的一種慢性中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)退行性疾病，由英國人JamesParkinson首次描述。此病的主要體征有：①肌強直，肌無力，運動遲緩；②非自愿的震顫，以手、踝常見；③少動。

病因學說：到目前為止，只有多巴胺缺失學說得到大多數(shù)學者的公認。該學說認為，帕金森病是由于紋狀體內多巴胺（dopamine,DA）減少所致，而紋狀體內DA的減少主要是由于黑質受損變性所致。

第32頁/共34頁神經(jīng)干細胞治