PPT干细胞研究及其应用概况

第七章第七章干细胞研究及其应用干细胞研究及其应用山东师范大学生命科学学院山东师范大学生命科学学院1 In early October,a Colorado couple has a baby named Adam,whose umbilical cord stem cells could cure his six-year-old sister Mollys Fanconi anemia.20002000年十月发生在美国年十月发生在美国ColoradoColorado的一个故事的一个故事23One cell is removed from an eight-cell embryo in preparation for preimplantation genetic diagnosis.4Two separated blastomeres subjected to FISH analysis to check the chromosomes5Genetic abnormalities detected with Vysis Inc.s MultiVysion PGT technology.6一、干细胞的概念一、干细胞的概念 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。7 干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科研究领域，最有影响和最有应用前景的生命学科研究领域，1999年干细年干细胞研究被美国胞研究被美国科学科学杂志评为杂志评为1999年度世界十大科学之冠，年度世界十大科学之冠，2000年干细胞研究再次被年干细胞研究再次被科学科学杂志评为该年度世界十大杂志评为该年度世界十大科学成就之一。科学成就之一。组织工程是以干细胞研究为基础发展起来，它有望解决组织工程是以干细胞研究为基础发展起来，它有望解决临床上急需的人工组织与器官问题，进展极为迅速，已经成临床上急需的人工组织与器官问题，进展极为迅速，已经成为干细胞应用的主要方向。为干细胞应用的主要方向。8干细胞有几个主要特征干细胞有几个主要特征干细胞本身不是终末分化细胞；干细胞能无限增殖分裂；干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止 状态；干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运保持为 干细胞 或分化为特定细胞。910Alternative models for stem cell development.(A)Invariant asym-metry.A stem cell(S)gives rise by asymmetric division to a prog-enitor(P)with a more restricted proliferation potential,which differentiates in response to extri-nsic cues.The stem cell phenotype is regulated by reciprocal short-and/or long-range signaling(thick colored arrows).(B)Populational asymmetry.Stem cells give rise to daughter cells that can be either stem cells or else progenitors that differentiate along different pathways(1,2,and 3)depending on the combination of extrinsic factors to which they are exposed.ECM,extracellular matrix.111213 1981年年Evans和和Kaufrnan及及Martin首次由小鼠中分离得首次由小鼠中分离得到鼠的胚胎干细胞。到鼠的胚胎干细胞。至今已分离得到的胚胎干细胞物种有：至今已分离得到的胚胎干细胞物种有：金黄地鼠（金黄地鼠（1988）、貂（）、貂（1993）、猪（）、猪（1994，1997）、鸡）、鸡（1996）、恒河猴（）、恒河猴（1995）、绒猴（）、绒猴（1996）。）。分离得到人的胚胎干细胞（分离得到人的胚胎干细胞（1998），），分离得到人的胚胎生殖细胞（分离得到人的胚胎生殖细胞（1998），），目前不断报道成年组织来源的的干细胞。目前不断报道成年组织来源的的干细胞。14二、干细胞的分类二、干细胞的分类按分化潜能大小来分类按分化潜能大小来分类:全能干细胞（全能干细胞（Totipotent stem cell）：它具有形成完整个 体的分化潜能。如受精卵，胚胎干细胞。多多能干细胞能干细胞（pluripotent stem cell），具有分化出多种组 织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育 潜能受到一定的限制。如骨髓多能造血干细胞是典型的例 子，它可分化出至少十二种血细胞。专能干细胞（专能干细胞（multipotent stem cell），这类干细胞只能向 一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织 基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞等。15根据来源来分根据来源来分:来源于胚胎来源于胚胎-胚胎干细胞胚胎干细胞 ESC （Embryonic Stem Cell）胚胎性生殖细胞胚胎性生殖细胞 EGC （Embryonic Germ Cell）来源于成体来源于成体-成体组织来源的干细胞成体组织来源的干细胞 ASC （Adult-derived Stem Cell）16根据干细胞组织发生的名称进行分类根据干细胞组织发生的名称进行分类:胎胎干细胞胎胎干细胞造血干细胞造血干细胞骨髓间质干细胞骨髓间质干细胞肌肉干细胞肌肉干细胞成骨干细胞成骨干细胞内胚层干细胞内胚层干细胞视网膜干细胞视网膜干细胞胰腺干细胞胰腺干细胞17三、胚胎干细胞三、胚胎干细胞18 1998年美国有两个小组分别培养出了人多能(pluripotent)干细胞：uJames A.Thomson在 Wisconsin大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取 inner cell mass细胞，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 marker 和酶活性，证实它们就是胚胎干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得1520个细胞用于培养。uJohn D.Gearhart在 Johns Hopkins大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后59周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞(primordial germ cell)。由此培养的细胞株，证实具有全能干细胞的特征。1920 Induced differentiation of human ES-derived cells in culture.21ES细胞的体外培养细胞的体外培养（取自干细胞和发育生物学，叶鑫生等编，2000.4）22Pluripotent murine embryonic germ cells identified by red staining23A phase contrast image of the pluripotent murine embryonic germ cell24A culture dish containing hundreds of colonies of murine embryonic germ cells.Each red-stained spot represents an individual colony comprised of hundreds or thousands of stem cells.251.ES细胞的全能性主要体现在以下几方面：细胞的全能性主要体现在以下几方面：形成畸胎瘤。将形成畸胎瘤。将ES细胞注人同源动物皮下可形成畸胎瘤，包括三个胚层细胞注人同源动物皮下可形成畸胎瘤，包括三个胚层细胞；细胞；形成类胚体。培养形成类胚体。培养ES细胞在非粘附底物中悬浮生长，或控制增殖细胞数细胞在非粘附底物中悬浮生长，或控制增殖细胞数目。能够使之生成类胚体，它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、目。能够使之生成类胚体，它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、具有三个胚层组织；具有三个胚层组织；直系分化。通过控制直系分化。通过控制ES细胞生长环境，或遗传操纵特定基因表达，细胞生长环境，或遗传操纵特定基因表达，ES细胞可直接分化成某特定种系细胞，例如将神经决定基因细胞可直接分化成某特定种系细胞，例如将神经决定基因NeuroD2和和NeuroD3转人转人ES细胞，可使之分化为神经细胞；细胞，可使之分化为神经细胞；形成嵌合体。将形成嵌合体。将ES细胞注射到同种动物囊胚腔中后，可以形成嵌合体细胞注射到同种动物囊胚腔中后，可以形成嵌合体（chimera），），ES细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检验一个细胞系是否为验一个细胞系是否为ES细胞的标准。细胞的标准。262.ES2.ES细胞生物学特性细胞生物学特性细胞形态结构及核型细胞形态结构及核型细胞的高度分化潜能细胞的高度分化潜能碱性磷酸酶的表达碱性磷酸酶的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达27 ESES细胞形态结构及核型细胞形态结构及核型 1.1.各种动物的各种动物的ESES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，胞体体积小，核大，有一个或几个核仁。构，胞体体积小，核大，有一个或几个核仁。2.ES2.ES细胞与卵圆柱期（细胞与卵圆柱期（egg cylinder stageegg cylinder stage）胚胎外胚胚胎外胚层和胎儿生殖峙的原始生殖细胞类似，而与层和胎儿生殖峙的原始生殖细胞类似，而与 ICMICM细胞有差异。细胞有差异。3.3.细胞中多为常染色质，胞质结构简单，散布着大量核细胞中多为常染色质，胞质结构简单，散布着大量核糖体和线粒体，核型正常，保留了整倍体性质。正常糖体和线粒体，核型正常，保留了整倍体性质。正常ESES细胞细胞染色体正常，如发生异常则其很难发育分化形成动物个体。染色体正常，如发生异常则其很难发育分化形成动物个体。4.ES4.ES细胞在体外分化抑制培养中，呈克隆状生长，细胞细胞在体外分化抑制培养中，呈克隆状生长，细胞紧密地聚集在一起，形似鸟巢，细胞界限不清，克隆周围有紧密地聚集在一起，形似鸟巢，细胞界限不清，克隆周围有时可见单个时可见单个ESES细胞和分化的扁平状上皮细胞。细胞和分化的扁平状上皮细胞。5.ES5.ES细胞增殖迅速，每细胞增殖迅速，每1824 h1824 h分裂增殖分裂增殖 1 1次。次。6.6.此外，其还可以在体外进行选择、操作、冻存。冻存此外，其还可以在体外进行选择、操作、冻存。冻存的细胞可在需要时随时解冻，继续培养不失其原有特性，并的细胞可在需要时随时解冻，继续培养不失其原有特性，并且来自一个克隆的细胞具有同样的特征。且来自一个克隆的细胞具有同样的特征。28 ESES细胞的高度分化潜能细胞的高度分化潜能 ESES细胞的全能性是其区别于成细胞的全能性是其区别于成 纤维细胞等体细胞的显著特点纤维细胞等体细胞的显著特点1.ES1.ES细胞在体外需在饲养层细胞上培养才能维持其未分细胞在体外需在饲养层细胞上培养才能维持其未分 化状态，一旦脱离饲养层就自发地进行分化。化状态，一旦脱离饲养层就自发地进行分化。2.2.在单层培养时细胞自发分化成多种细胞，在单层培养时细胞自发分化成多种细胞，悬浮培养中：悬浮培养中：“简单类胚体简单类胚体”“囊状胚体囊状胚体”细胞分化物。细胞分化物。3.ES3.ES细胞可进行诱导分化细胞可进行诱导分化 *用用RARA（维生素维生素A A酸或视黄酸）作诱导酸或视黄酸）作诱导9090以上的以上的ESES细胞细胞 分化为神经胶质细胞，分化为神经胶质细胞，*聚集培养的聚集培养的ESES细胞诱导分化则可分化为有节律性收缩细胞诱导分化则可分化为有节律性收缩 的心肌细胞。的心肌细胞。*将将ESES细胞注射到同源动物皮下，可形成组织瘤，其细胞细胞注射到同源动物皮下，可形成组织瘤，其细胞 组成可代表组成可代表3 3个胚层细胞。个胚层细胞。*用用ESES细胞作核供体进行细胞核移植，可以得到可发育重细胞作核供体进行细胞核移植，可以得到可发育重 构胚和动物个体。构胚和动物个体。29 碱性磷酸酶的表达碱性磷酸酶的表达 许多资料表明，小鼠、大鼠的桑椹胚细胞和囊许多资料表明，小鼠、大鼠的桑椹胚细胞和囊胚细胞均有碱性磷酸酶（胚细胞均有碱性磷酸酶（AKPAKP）表达，小鼠的表达，小鼠的ECEC细细胞和胞和ESES细胞中均含有丰富的细胞中均含有丰富的AKPAKP。而在已分化的而在已分化的ECEC细胞和细胞和ESES细胞中细胞中AKPAKP呈弱阳性或阴性。猪、兔的呈弱阳性或阴性。猪、兔的桑桑椹椹胚和早期囊胚胚和早期囊胚AKPAKP呈阳性。因此，呈阳性。因此，AKPAKP常用来作为常用来作为鉴定鉴定ECEC细胞或细胞或ESES细胞分化与否的标志之一。细胞分化与否的标志之一。30胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达 早期胚胎细胞表面均表达胚胎阶段特异性表面抗原（早期胚胎细胞表面均表达胚胎阶段特异性表面抗原（SSEASSEA1 1）。）。在胚胎的原始外胚层细胞、在胚胎的原始外胚层细胞、ESES细胞、细胞、ECEC细胞和原始生细胞和原始生殖细胞的表面均可检测到殖细胞的表面均可检测到SSEASSEA1 1的表达。小鼠的表达。小鼠SSEASSEA1 1的表的表达自达自8 8一细胞期开始，直到原始外胚层形成期。早期囊胚一细胞期开始，直到原始外胚层形成期。早期囊胚ICMICM细胞全部呈强阳性，晚期囊胚中部分细胞全部呈强阳性，晚期囊胚中部分ICMICM呈强阳性，部分呈弱呈强阳性，部分呈弱阳性，少部分为阴性。因此，阳性，少部分为阴性。因此，SSEASSEA也常作为也常作为ESES细胞鉴定的一细胞鉴定的一个标志。个标志。313.ES3.ES细胞的鉴定细胞的鉴定-细胞的形态结构细胞的形态结构-核型分析核型分析-碱性磷酸酶（碱性磷酸酶（AKPAKP）染色染色-SSEA-I-SSEA-I 免疫荧光标记免疫荧光标记-分化能力检测分化能力检测 体外分化试验体外分化试验 体内分化试验体内分化试验 嵌合体形成试验嵌合体形成试验 核移植试验核移植试验32 ESES细胞形态学鉴定细胞形态学鉴定 依依ESES细胞的形态结构（胞体体细胞的形态结构（胞体体积小，核大、有一个或几个核仁）积小，核大、有一个或几个核仁）和生长特性（呈克隆状生长，细胞和生长特性（呈克隆状生长，细胞紧密聚集，形似鸟巢，界限不清）紧密聚集，形似鸟巢，界限不清）对对ESES细胞进行初步鉴定。细胞进行初步鉴定。33核型分析核型分析 ESES细胞具有正常二倍体核型，细胞具有正常二倍体核型，可用核型分析进行检验可用核型分析进行检验34 碱性磷酸酶（碱性磷酸酶（AKPAKP）染色染色 *常用快绿（常用快绿（Fast Green Staining)Fast Green Staining)染色法，染色法，*对照以已建系对照以已建系ESES细胞（或小鼠的脱带桑椹胚细胞（或小鼠的脱带桑椹胚 或囊胚）作为阳性对照，或囊胚）作为阳性对照，*作用液中不含作用液中不含-萘酚磷酸钠为阴性对照。萘酚磷酸钠为阴性对照。*结果判定阳性对照结果判定阳性对照ESES细胞染成棕色，阴性对细胞染成棕色，阴性对 照无色。小鼠照无色。小鼠3 35 5日龄胚胎日龄胚胎ICMICM为强阳性为强阳性。35 SSEA-I SSEA-I 免疫荧光标记免疫荧光标记 第第1 1抗体，抗体，SSEASSEA1 1（鼠抗鼠抗ESES细胞单克隆抗体），细胞单克隆抗体），1:1001:100稀释；稀释；第第2 2抗体，羊抗鼠抗体，羊抗鼠 1 1：1010稀释稀释;封闭液，羊抗兔封闭液，羊抗兔lgGlgG。步骤步骤杜氏杜氏PBSPBS洗洗3 3次次,2,2TritonTriton作用作用20 min20 min；再以杜氏再以杜氏PBSPBS洗洗3 3次次,封闭液中置封闭液中置20min20min；以杜氏以杜氏PBSPBS洗洗3 3次，加第次，加第1 1抗体于抗体于44过液；过液；以杜氏以杜氏PBSPBS洗洗3 3次，加第次，加第2 2抗体于抗体于3030温箱置温箱置30min30min；再以杜氏再以杜氏PBSPBS洗洗3 3次后用甘油次后用甘油PBSPBS封片。封片。样本在激光共聚焦图像系统下观察样本在激光共聚焦图像系统下观察,结果依细胞是否出现结果依细胞是否出现荧光作出判断。荧光作出判断。36 分化能力检测分化能力检测体外分化试验体外分化试验体内分化试验体内分化试验嵌合体形成嵌合体形成核移植核移植374.4.胚胎干细胞的制备胚胎干细胞的制备1.直接由动物体内获取囊胚再分离直接由动物体内获取囊胚再分离ICMICM的方法，这样的方法，这样得到的囊胚数量少，质量也可能不高，由此会影响分得到的囊胚数量少，质量也可能不高，由此会影响分离离ESES细胞的效率。细胞的效率。2 2.卵细胞去核培养、转入体细胞核，体外培养，获得卵细胞去核培养、转入体细胞核，体外培养，获得高质量的去透明带囊胚，由此囊胚进一步分离得到胚高质量的去透明带囊胚，由此囊胚进一步分离得到胚胎干细胞。胎干细胞。383940目前已证明，小鼠、兔、羊。猪、牛等多种动物的桑目前已证明，小鼠、兔、羊。猪、牛等多种动物的桑椹胚以前以及囊胚的椹胚以前以及囊胚的ICM细胞具有发育的全能性，因细胞具有发育的全能性，因此桑胚胚或囊胚成为分离此桑胚胚或囊胚成为分离ES细胞的常用材料。细胞的常用材料。ES细胞的分离细胞的分离早期胚胎的获取及处理方法早期胚胎的获取及处理方法原始生殖细胞的获取原始生殖细胞的获取分化抑制物的选择分化抑制物的选择,包括：饲养层（包括：饲养层（feeder lopr），），条件培养基（条件培养基（conditioned medium，CM）和分化抑制因子（和分化抑制因子（differentiation inhibitory activity，DIA）基础培养基的选择基础培养基的选择添加物的选用添加物的选用41 胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cellembryonic stem cell，ESES细胞）也可被细胞）也可被称为多能干细胞（称为多能干细胞（pluripotentpluripotent stem cell stem cell，PSCPSC），），是胚胎是胚胎或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后筛选出的具有发育全或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后筛选出的具有发育全能性的细胞。其可以定向诱导分化为几乎所有种类的细胞，能性的细胞。其可以定向诱导分化为几乎所有种类的细胞，甚至形成复杂的组织和器官，其建系、体外扩增、定向诱导甚至形成复杂的组织和器官，其建系、体外扩增、定向诱导分化、调控机制、细胞性能、组织重构等方面的研究将在未分化、调控机制、细胞性能、组织重构等方面的研究将在未来的人体发育、基因功能、药物开发、细胞治疗和组织器官来的人体发育、基因功能、药物开发、细胞治疗和组织器官替代治疗中发挥重要作用，并成为组织器官移植的新资源替代治疗中发挥重要作用，并成为组织器官移植的新资源5.5.目前目前胚胎胚胎干细胞的研究干细胞的研究42ES细胞的应用前景及面临的难题细胞的应用前景及面临的难题 1ES细胞的应用前景细胞的应用前景（1）ES细胞在动物克隆及人类治疗性克隆中的应用细胞在动物克隆及人类治疗性克隆中的应用（2）在转基因动物中的应用）在转基因动物中的应用（3）制备嵌合体动物）制备嵌合体动物432ES研究面临的难题研究面临的难题（1）体外培养）体外培养ES 细胞应当是既能快速无限增殖，又呈未分细胞应当是既能快速无限增殖，又呈未分化状态。如何平衡这一对矛盾化状态。如何平衡这一对矛盾,必须筛选适宜的培养条件。必须筛选适宜的培养条件。目前在目前在ES细胞研究中存在着建系成功率也不高等问题细胞研究中存在着建系成功率也不高等问题,只在只在小鼠中建立了稳定的小鼠中建立了稳定的ES细胞系，家畜、人类细胞系建立的最细胞系，家畜、人类细胞系建立的最佳条件仍无定论。佳条件仍无定论。44（2）ES 细胞高度未分化细胞高度未分化,具有形成畸胎瘤的可能性具有形成畸胎瘤的可能性,因此在因此在使用使用ES 细胞进行治疗前必须首先体外诱导细胞进行治疗前必须首先体外诱导ES 细胞分化产生细胞分化产生某种特异的组织细胞或设计自杀基因某种特异的组织细胞或设计自杀基因,当移植的细胞向肿瘤当移植的细胞向肿瘤发展时发展时,自杀基因能启动自毁机制使其凋亡。但如何诱导自杀基因能启动自毁机制使其凋亡。但如何诱导ES细胞定向分化成单一类型的分化细胞细胞定向分化成单一类型的分化细胞,是至今仍未解决的难是至今仍未解决的难题。因此，必须寻找各种细胞定向诱导分化的条件和方法，题。因此，必须寻找各种细胞定向诱导分化的条件和方法，以及不同干细胞的表面标志和分选技术，从而得到所需要的以及不同干细胞的表面标志和分选技术，从而得到所需要的细胞或组织。细胞或组织。45（3）ES细胞真正用于器官克隆与移植仍需要技术上的突破，细胞真正用于器官克隆与移植仍需要技术上的突破，因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程,很多器官是两很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。即便是发育完整的来个不同胚层的组织相互作用而形成的。即便是发育完整的来自自然机体的器官自自然机体的器官,要离体培养并维持其正常的生理功能目要离体培养并维持其正常的生理功能目前还无法做到前还无法做到,器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。题。46（4）最大的障碍来自于伦理学问题，特别是）最大的障碍来自于伦理学问题，特别是ES细胞应用受到细胞应用受到伦理、法律、宗教以及社会因素的强烈反对，有些国家甚至伦理、法律、宗教以及社会因素的强烈反对，有些国家甚至明令禁止进行人类明令禁止进行人类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，但随着观念的改变，人于在伦理方面可能造成的负面影响，但随着观念的改变，人们会逐渐认识到们会逐渐认识到ES细胞对临床医学及生物学理论研究的重要细胞对临床医学及生物学理论研究的重要作用。作用。47四、成体干细胞四、成体干细胞48 目前研究的成体干细胞目前研究的成体干细胞 （Adult Stem CellsAdult Stem Cells）Bone Marrow Heamatopoietic Stem Cells(HSC)Peripheral Blood Stem Cells(PBSC)Fetal Liver Stem CellsUmbilical Cord Blood Stem CellsNeural Stem Cells “Studies suggest that stem cells in different adult tissues may be more similar than previously thought and perhaps in some cases have a developmental repertoire close to that of ES cells.”Science,Volume 288,Number 5471,Issue of 2 Jun 2000,pp.1660-166349 造血干细胞造血干细胞Hematopoietic Stem Cells，HSC，50造血干细胞作为干细胞研究造血干细胞作为干细胞研究与应用的突破口与应用的突破口1.1.造血细胞是细胞增殖分化的最佳模型。造血细胞是细胞增殖分化的最佳模型。2.2.造血干祖细胞及各系血细胞的表面标志较为清造血干祖细胞及各系血细胞的表面标志较为清 楚，细胞表型特征可进行定量分析，且可分选。楚，细胞表型特征可进行定量分析，且可分选。3.3.造血干细胞增殖及向各系分化的重要诱导因造血干细胞增殖及向各系分化的重要诱导因 子、受体、信号转导、微环境等因素较为清楚。子、受体、信号转导、微环境等因素较为清楚。4.4.造血细胞发挥功能可相对游离，不需造血细胞发挥功能可相对游离，不需“生物支架生物支架”、神经、血管、外科移植等复杂的神经、血管、外科移植等复杂的“下游下游”工艺，因工艺，因 此便于直接应用于临床。此便于直接应用于临床。51 Schematic view of adult haematopoiesis.HSC,haematopoietic stem cell;CLP,common lymphoid progenitor;CMP,common myeloid progenitor.The myeloid compartmentincludes the cell types indicated;however,the termmyeloid cells in common usage usually refers to monocytes and neutrophils.5253Isolation of Primary and Immortalized CD34 Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells from Various Sources Stem Cells,Vol.18,No.1,1-9,January 200054Previous work with mice and human had shown that adult bone marrow stem cells could form liver,as well as bone,cartilage,tendon,nerve and other tissues.1,Neil Theise et al.;Liver from Bone Marrow in Humans;Hepatology 32,11-16,July,2000.2,Malcolm Alison et al.;Cell Differentiation:Hepatocytes from Non-Hepatic Adult Stem Cells;Nature 406,257,July 20,2000.3,Susan Okie,Bone Marrow Stem Cells Offer Hope for Liver Therapies;Study of Transplants Shows a Transformation;Washington Post,June 27,2000.4,Dr.David Whitehouse,Stem cells promise liver repair;BBC,July 19,2000.5,Neil Theise et al.;Derivation of hepatocytes from bone marrow cells in mice after radiation-induced myeloablation;Hepatology 31,235-240,January,2000.6,Bryon Petersen et al.;Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells;Science 284,1168-1170;May 14,1999.55五、人类干细胞研究的应用五、人类干细胞研究的应用 1.ES1.ES系统已经成为基因功能研究的有效手段系统已经成为基因功能研究的有效手段2.ES2.ES细胞系建立后，可从最根本上揭示人及细胞系建立后，可从最根本上揭示人及 动物发育过程中的决定基因动物发育过程中的决定基因3.ES3.ES细胞可作为评价新药及化学产品的毒性细胞可作为评价新药及化学产品的毒性 及效能的检测系统及效能的检测系统4.ES4.ES细胞有可能成为今后细胞替代疗法和组细胞有可能成为今后细胞替代疗法和组 织器官移植的最佳来源织器官移植的最佳来源56The Business of Stem Cells Science,Volume 287,Number 5457 Issue of 25 Feb 2000,pp.1419-1421 Eliot MarshallBetting on Stem CellsCompany name Location Employees SpecialtyAastrom Biosciences Ann Arbor,MI 33 Hematopoietic stem cellsGeron Corp.Men lo Park,CA 100 Embryonic,fetal stem cellsLayton BioScience Atherton,CA 25 Fetal neural stem cellsNeuralSTEM Bethesda,MD 14 Fetal neural stem cellsBiopharmaceuticals Neuronyx Inc.Malvern,PA 10 Neural stem cellsNexell Irvine,CA 120 Hematopoietic stem cellsTherapeutics Inc.Osiris Therapeutics Baltimore,MD 75 Mesenchymal stem cellsReNeuron London 17 Neural stem cellsStem Cell Sciences Melbourne,Australia-Embryonic stem cellsStemCells Inc.Sunnyvale,CA 16 Adult neural stem cells57Successful Trial of Gene Therapy in France Uses“Adult”Stem Cells Science 288,669-672,April 28,2000.French researchers recently reported what appears to be the first successful trial of human gene therapy,boosting the immune systems of two infants with severe combined immunodeficiency by injecting them with their own stem cells containing a normal copy of the gene that they lacked.Researchers removed stem cells from the infants bone marrow,added a working copy of the gene to the cells DNA,and injected the repaired stem cells back into the infants(8 and 11 months old at the time of treatment)58Adult Stem Cells Reverse Diabetes in Mice Nature Medicine 6,278-282,March 2000Researchers at the University of Florida announced in March that they have reversed diabetes in mice using adult pancreatic stem cells.The pancreatic stem cells were harvested from adult donors and grown in culture,where they formed small functional organs known as islets of Langerhans(the insulin-secreting parts of the pancreas.)The cells were then injected under the skin of the diabetic mice,where they began secreting insulin.Within 7-10 days,the mice were able to regulate the levels of glucose in their blood.5960Bone Marrow Stem Cell Transplant Used to Treat Children with Cartilage Defect Nature Medicine 5,309-313,March 1999Bone marrow-derived stem cells have been used clinically to treat children with osteogenesis imperfecta,a condition that leads to multiple fractures,severe bony deformities,and considerably shortened stature.Three months after treatment,the three children showed changes indicating new dense bone formation.The report by researchers at St.Jude Childrens Hospital in Memphis indicates the promising possibility for treatment of this as well as similar stem cell disorders.61Neural Stem Cells Able to Repair Damage Throughout Brain Sciences USA 96,7029-7034,June 8,1999 In studies with mice,neural stem cells have been shown to globally replace damaged brain tissue.The study,performed by researchers at Harvard Medical School,involved transplanting neural stem cells from born mice into the brains of“shiverer”mice,a model for Parkinsons and similar central nervous system diseases.The neural stem cells were able to migrate throughout the brain to repair damaged tissue.Treated mice showed a decrease in tremors.62Corneal Stem Cells Help Restore Sight New England Journal of Medicine 340,1697-1703,June 3,1999Corneal stem cells have been used by doctors in Japanto restore useful vision to patients who were legally blind.Transplants of adult corneal stem cells were used for conditions in which normal cornea transplants were unsuitable.One year after treatment,over half of patients had marked improvements in vision.6364六、干细胞与组织工程六、干细胞与组织工程 组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研究正常或病理状况下哺乳动物组织的结构、功法来研究正常或病理状况下哺乳动物组织的结构、功能和生长的机制，研究开发能够修复、维持或改善损能和生长的机制，研究开发能够修复、维持或改善损伤组织的人工生物替代物的一门学科。伤组织的人工生物替代物的一门学科。65组织工程化皮肤组织工程化皮肤组织工程化骨骼组织工程化骨骼组织工程化血管组织工程化血管组织工程化管状器官组织工程化管状器官组织工程化腺体器官组织工程化腺体器官6667686970七、干细胞应用的法律、七、干细胞应用的法律、伦理道德问题伦理道德问题71WASHINGTON The US National Institutes of Health(NIH)could provide funding for research on human embryonic stem cells as early as the spring if new guidelines,published by the NIH last week after widespread public consultation,are formally approved.Nature 402,566(1999)TOKYO Japans cloning ban will still allow stem cell experiments Nature 404,321(2000)LONDON European panel rejects creation of human embryos for research Nature 408,277(2000)72Stem cell research quidlineDEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICESPublic Health ServiceNational Institutes of HealthNational Institutes of Health Guidelines for Research Using Human Pluripotent Stem Cells SUMMARY:The National Institutes of Health(NIH)is hereby publishing final National Institutes of Health Guidelines for Research Using Human Pluripotent Stem Cells.The Guidelines establish procedures to help ensure that NIH-funded research in this area is conducted in an ethical and legal manner.73