研究生干细胞.ppt

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1、1干细胞及其应用前景Stem Cells and Promise2干细胞的研究史干细胞的研究史1996年年7月月5日，苏格兰爱丁堡市郊日，苏格兰爱丁堡市郊的罗斯林研究所应用的罗斯林研究所应用细胞核转移技细胞核转移技术克隆术克隆了一头大个儿羊羔，了一头大个儿羊羔，伊恩伊恩威威尔默特尔默特以著名乡村歌手以著名乡村歌手多利多利帕顿帕顿的的名字命名这头羊。名字命名这头羊。 3细胞核转移技术细胞核转移技术试管婴儿试管婴儿4干细胞研究的意义何在？干细胞研究的意义何在？ 干细胞之所以引起世人瞩目，干细胞之所以引起世人瞩目，主要是因为主要是因为单性繁殖单性繁殖和和克隆克隆技术技术被过度宣传，但这绝不被过度宣传

2、，但这绝不是干细胞研究的主要方向，是干细胞研究的主要方向，目前的技术也根本达不到这目前的技术也根本达不到这个水平。并涉及个水平。并涉及伦理道德问伦理道德问题题。 5再生医学的必然性再生医学的必然性 再生医学再生医学是生命科学发展史上的是生命科学发展史上的一个必然的过程，年的一个必然的过程，年的生命科学发展在医学上造就了一生命科学发展在医学上造就了一个个左手拿刀，右手拿毒药左手拿刀，右手拿毒药，以对，以对抗生命的物质、对抗疾病的方法抗生命的物质、对抗疾病的方法来保障生命安全，其实这是非常来保障生命安全，其实这是非常矛盾的。这种方法本身不符合生矛盾的。这种方法本身不符合生命哲学的理论，也不符合生命

3、规命哲学的理论，也不符合生命规律，是律，是违背生命规律违背生命规律的。的。 6再生医学的概念再生医学的概念 广义上讲，广义上讲，研究如何促进创伤与组织器官缺损生理性修研究如何促进创伤与组织器官缺损生理性修复以及如何进行组织器官再生与功能重建。复以及如何进行组织器官再生与功能重建。可以理解为可以理解为通过研究机体的正常组织特征与功能、创伤修复与再生通过研究机体的正常组织特征与功能、创伤修复与再生机制及机制及干细胞分化机理干细胞分化机理，寻找有效的生物治疗方法，寻找有效的生物治疗方法，促进机体自我修复与再生，或构建新的组织与器官以维促进机体自我修复与再生，或构建新的组织与器官以维持、修复、再生或改

4、善损伤组织和器官功能。持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能。 狭义上讲，是指利用生命科学、材料科学、计算机科学狭义上讲，是指利用生命科学、材料科学、计算机科学和工程学等学科的原理与方法，和工程学等学科的原理与方法，研究和开发用于替代、研究和开发用于替代、修复、改善或再生人体各种组织器官的定义和信息技术，修复、改善或再生人体各种组织器官的定义和信息技术，其技术和产品可用于因疾病、创伤、衰老或遗传因素所其技术和产品可用于因疾病、创伤、衰老或遗传因素所造成的组织器官缺损或功能障碍的再生治疗。造成的组织器官缺损或功能障碍的再生治疗。 7干细胞分化干细胞分化 生理意义：生理意义：每天人的细胞都在活动，

5、每天人的细胞都在活动，器官也在活动，每一天都有凋亡、损器官也在活动，每一天都有凋亡、损伤和坏死，但是每一天都有细胞再生伤和坏死，但是每一天都有细胞再生来及时补充。这个过程有一些是很明来及时补充。这个过程有一些是很明显的，像显的，像皮肤、粘膜、口腔皮肤、粘膜、口腔等等每天等等每天都在变化，当然这个变化包括都在变化，当然这个变化包括毛发毛发也也是一样，是一个动态过程。是一样，是一个动态过程。 病理意义：病理意义：现在已经发现，癌症、糖现在已经发现，癌症、糖尿病、帕金森综合症等一系列免疫系尿病、帕金森综合症等一系列免疫系统、神经系统疾病都可能是统、神经系统疾病都可能是干细胞变干细胞变异异引起的。引起

6、的。 8干细胞的概念干细胞的概念 所谓干细胞（所谓干细胞（Stem Cell，SCs）是一）是一类具有类具有自我更新自我更新和和分化潜能分化潜能的细胞。的细胞。 它包括胚胎干细胞和成体干细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。 它它能产生特异的细胞类型能产生特异的细胞类型，形成人体的，形成人体的组织和器官。组织和器官。 干细胞的发育受多种内在机制和微环境干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。因素的影响。 9干细胞干细胞 概念、概念、分类、特点分类、特点 人胚胎干细胞人胚胎干细胞 间充质干细胞间充质干细胞 成体干细胞成体干细胞10全能干细胞（全能干细胞（Totipotent SCs） 从探讨

7、从探讨受精卵受精卵的发育开始，受精卵既然的发育开始，受精卵既然可以变成可以变成一个个体一个个体，也就是变成人类所有的细胞，所以我，也就是变成人类所有的细胞，所以我们称们称受精卵具有全能性受精卵具有全能性。 实际上实际上孪生双胞胎孪生双胞胎，就是受精卵在一分为二的时，就是受精卵在一分为二的时候，失去彼此间的联系，然后各自又发展出完整候，失去彼此间的联系，然后各自又发展出完整的个体，所以孪生双胞胎会长得一模一样。的个体，所以孪生双胞胎会长得一模一样。 事实上，受精卵由一变为二，二变为四，四变为事实上，受精卵由一变为二，二变为四，四变为八的过程中，这八的过程中，这八个最初的细胞都还具有全能性八个最初

8、的细胞都还具有全能性。 11受精卵具有全能性受精卵具有全能性12全能干细胞全能干细胞多能干细胞多能干细胞单能干细胞单能干细胞13多多能能干干细细胞胞14全能干细胞全能干细胞多能干细胞多能干细胞15多能干细胞多能干细胞 一九九五年，美国禁止政府以经费资助人类胚胎的研究一九九五年，美国禁止政府以经费资助人类胚胎的研究和应用，不过私人的生技公司仍持续投入经费，和应用，不过私人的生技公司仍持续投入经费， 一九九八年十一月一九九八年十一月多能干细胞在实验室中存活：多能干细胞在实验室中存活： 汤姆森（汤姆森（James Thomson）博士从人工受精诊所得到胚）博士从人工受精诊所得到胚胎，这些胚胎原本是不

9、孕症父母预备用来繁殖后代的，胎，这些胚胎原本是不孕症父母预备用来繁殖后代的，由于准备得较多，手术后有剩余，本来将被销毁。但在由于准备得较多，手术后有剩余，本来将被销毁。但在得到捐赠者的同意之后，研究人员由这些得到捐赠者的同意之后，研究人员由这些胚胎内部的十胚胎内部的十六个细胞六个细胞中，得到了多功能的干细胞。中，得到了多功能的干细胞。 科学科学1998 吉尔哈特（吉尔哈特（J. Gearhart）博士则是从医院得到合法堕胎）博士则是从医院得到合法堕胎的胚胎，他从原本会发育成睪丸或卵巢的区域取得的胚胎，他从原本会发育成睪丸或卵巢的区域取得原始原始生殖细胞生殖细胞，也具有多功能干细胞的特性。，也具

10、有多功能干细胞的特性。 美国国家科美国国家科学院院报学院院报(PNAS)1998 16多能干细胞多能干细胞17多能干细胞多能干细胞 一直到变为一直到变为三十二个细胞三十二个细胞的时候的时候，其中十六个细胞，其中十六个细胞在外围，十六个细胞在内在外围，十六个细胞在内部，在外围的细胞会发展部，在外围的细胞会发展成胎盘等，在成胎盘等，在内部的十六内部的十六个细胞虽然没有办法变成个细胞虽然没有办法变成完整的个体，也就是失去完整的个体，也就是失去了全能性，但是他们还是了全能性，但是他们还是可以变成大部分的组织或可以变成大部分的组织或器官器官。像这样功能很多的。像这样功能很多的细胞，我们称为细胞，我们称为

11、多功能干多功能干细胞细胞。 胚胎干细胞胚胎干细胞 来自来自4-5d胚泡中的内细胞群胚泡中的内细胞群（inner cell mass，ICM） 胚胎生殖细胞胚胎生殖细胞 从从5-10周胎儿生殖嵴的原生周胎儿生殖嵴的原生殖细胞中分离出殖细胞中分离出伦理道德的困惑！伦理道德的困惑！18诱导多功能干细胞（诱导多功能干细胞（induced pluripotent stem cell，又称，又称iPS细胞细胞） 2007年年11月，美国和日本的两个研究小组几乎同时宣布月，美国和日本的两个研究小组几乎同时宣布成功将成功将人体皮肤细胞人体皮肤细胞改造成了几乎可以改造成了几乎可以和胚胎干细胞相和胚胎干细胞相媲美

12、的多功能干细胞媲美的多功能干细胞-“iPS细胞细胞”，由于绕开了胚胎干，由于绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍，科学界对细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍，科学界对这种细胞表现出强烈的兴趣，纷纷制订相关的研究计划。这种细胞表现出强烈的兴趣，纷纷制订相关的研究计划。 这项技术的出现，可以对这项技术的出现，可以对人类发育的研究人类发育的研究不用再经过受不用再经过受精卵而进行，避免了伦理问题，同时，在对精卵而进行，避免了伦理问题，同时，在对新药的试验新药的试验上，也可以直接用人体干细胞进行试验，不用再通过动上，也可以直接用人体干细胞进行试验，不用再通过动物实验的环节，毕竟人体和动

13、物在代谢上有很大不同，物实验的环节，毕竟人体和动物在代谢上有很大不同，大约大约80%至至90%在动物实验中通过的药品，会在人体试在动物实验中通过的药品，会在人体试验中被淘汰。验中被淘汰。 1920iPS治疗镰状红细胞贫血治疗镰状红细胞贫血干细胞多能性维持机制干细胞多能性维持机制 2010年年4月月10日日生物化学期刊生物化学期刊(JBC) ，中国科学院动，中国科学院动物研究所和遗传发育研究所的研究小组在物研究所和遗传发育研究所的研究小组在国际上首次国际上首次发现发现并明确证实并明确证实决定小鼠（哺乳动物）干细胞多能性的关键基决定小鼠（哺乳动物）干细胞多能性的关键基因决定簇因决定簇位于小鼠位于小

14、鼠12号染色体的一个印记区域内，包含数号染色体的一个印记区域内，包含数个蛋白编码基因和一个非常保守的个蛋白编码基因和一个非常保守的microRNA聚集区聚集区。 第一次明确提出了鉴定多能性细胞的有效标志，此项成果第一次明确提出了鉴定多能性细胞的有效标志，此项成果将革命性地改变干细胞和将革命性地改变干细胞和iPS细胞技术，细胞技术，解决了由于不能解决了由于不能进行嵌合体实验而无法确定人类胚胎干细胞及进行嵌合体实验而无法确定人类胚胎干细胞及iPS细胞多细胞多能性的问题，改变国际干细胞研究格局，大大加速干细胞能性的问题，改变国际干细胞研究格局，大大加速干细胞研究的进程，提高中国在国际干细胞研究领域的

15、战略地位。研究的进程，提高中国在国际干细胞研究领域的战略地位。212223 这些多能干细胞再继续发这些多能干细胞再继续发展、分裂，就形成展、分裂，就形成血液干血液干细胞细胞以及以及皮肤干细胞皮肤干细胞等等，等等，而这些干细胞再进一步而这些干细胞再进一步分分化成各式各样的体细胞、化成各式各样的体细胞、组织以及器官组织以及器官。从这个角。从这个角度来看的话，如果我们能度来看的话，如果我们能得到全能细胞或是多功能得到全能细胞或是多功能干细胞，然后做进一步的干细胞，然后做进一步的研究，就有可能发现如何研究，就有可能发现如何从从一个细胞发展成一个器一个细胞发展成一个器官官。 单能干细胞单能干细胞24干细

16、胞的分类干细胞的分类 按分化潜能分按分化潜能分:全能全能干细胞干细胞多能干细胞（诱导多能干细胞多能干细胞（诱导多能干细胞, iPS）单能干细胞单能干细胞25全能干细胞全能干细胞 可可有序分化有序分化成来自内、中、外三个胚层的各种细胞成来自内、中、外三个胚层的各种细胞26干细胞的分类干细胞的分类 按分化潜能分按分化潜能分:全能全能干细胞干细胞多能干细胞（诱导多能干细胞多能干细胞（诱导多能干细胞, iPS）单能干细胞单能干细胞 按供体组织所处发育时期按供体组织所处发育时期胚胎期干细胞胚胎期干细胞成体干细胞成体干细胞27成体干细胞成体干细胞（adult stem cell，ASC） 1.1.成体干细胞可成体干细胞可分化分化成某一组织或器官的所有类型成某一组织或器官的所有类型的终末分化细胞的终末分化细胞. .2.2.成体干细胞成体干细胞来源来源: : 骨髓、血液、角膜、视网膜、脑、骨髓、血液、角膜、视网膜、脑、骨骼肌、牙髓、肝脏、皮肤、胃肠道上皮、胰腺和脂肪骨骼肌、牙髓、肝脏、皮肤、胃肠道上皮、胰腺和脂肪3.3.可塑性（可塑性（plasticityplasticity）：）：一种成体干细胞生成