细胞和基因治疗培训ppt课件

细胞和基因治疗细胞和基因治疗细胞和基因治疗11.细胞治疗的方法n n利用激活的淋巴细胞治疗：LAKLAK、TILTIL、ALTALT n n利用骨髓细胞增殖 n n利用培养细胞制作人工组织 n n利用胚胎细胞治疗 n n利用细胞包裹法治疗细胞和基因治疗21.细胞治疗的方法利用激活的淋巴细胞治疗：LAK、TIL、骨髓细胞增殖n n体外培养骨髓体外培养骨髓细细胞。胞。n n此法均等地增殖各种此法均等地增殖各种细细胞的数目，胞的数目，扩扩增用于移增用于移植的骨髓量植的骨髓量,有可能使骨髓移植量减少到数克，有可能使骨髓移植量减少到数克，而不是目前所需要的而不是目前所需要的0.5L-1L0.5L-1L。n n可增加自身骨髓移植成功的机会，可增加自身骨髓移植成功的机会，缓缓和移植他和移植他人骨髓所引起的人骨髓所引起的GVHDGVHD。n n其可能的其可能的应应用包括用包括为进为进行行化学化学疗疗法或放射治法或放射治疗疗两种治两种治疗疗都能都能杀杀死骨髓死骨髓细细胞胞)的患者或其血液的患者或其血液组织组织具有暴露于具有暴露于环环境中危害性化学品的危境中危害性化学品的危险险者者储储存骨髓。存骨髓。细胞和基因治疗3骨髓细胞增殖体外培养骨髓细胞。细胞和基因治疗3人造组织n n目的目的；用于用于烫伤烫伤病人的永久性皮肤移植物及用培病人的永久性皮肤移植物及用培养养组织组织制制备备血管和器官血管和器官 n n两种基本的移植物两种基本的移植物类类型：型：(1)(1)自体移植物，患者的自体移植物，患者的小部分皮肤在体外培养，形成小部分皮肤在体外培养，形成较较大的皮片；大的皮片；(2)(2)同同种异体移植物，皮肤种异体移植物，皮肤细细胞胞(通常是成通常是成纤维细纤维细胞胞)除除去免疫反去免疫反应应性淋巴性淋巴细细胞后，用作后移植物，治胞后，用作后移植物，治疗疗不同的病人。不同的病人。n n目前目前临临床床应应用的自体培养法从切取皮肤用的自体培养法从切取皮肤标标本到移本到移植新皮肤，需要植新皮肤，需要3w3w，而同种异体移植物在，而同种异体移植物在烫伤烫伤治治疗疗中心有中心有现货现货供供应应，尚需，尚需证实证实同种异体移植物同种异体移植物对对人体的人体的实实用性和无免疫原性。用性和无免疫原性。细胞和基因治疗4人造组织目的；用于烫伤病人的永久性皮肤移植物及用培养组织制备胚胎细胞移植n n方法是从胎儿方法是从胎儿获获取前胰取前胰岛细岛细胞或前神胞或前神经组织经组织，把，把它它们们植入成人体内，供植入成人体内，供应应某些缺失的生化物某些缺失的生化物质质。例如：糖尿病，帕金森病患者所缺乏的一种神例如：糖尿病，帕金森病患者所缺乏的一种神经经递质递质。n n优优缺点？缺点？细胞和基因治疗5胚胎细胞移植细胞和基因治疗5细胞包裹法胞包裹法n n包裹法取自包裹法取自成年成年细细胞胞，需要防止成年，需要防止成年细细胞的免疫胞的免疫原性（它最原性（它最终终会引起排斥反会引起排斥反应应）。）。其方法是用聚其方法是用聚合物基合物基质质或膜或膜包封包封移植移植细细胞，把它与接受者的免胞，把它与接受者的免疫系疫系统统分隔开采。分隔开采。n n有有证证据表明，只要清除或据表明，只要清除或杀杀死胰死胰岛岛中存在的大中存在的大约约十种不同十种不同类类型的巨噬型的巨噬细细胞，就能把一个胞，就能把一个动动物的完物的完整的成年胰整的成年胰岛岛成功地移植到另一个成功地移植到另一个动动物体内。物体内。细胞和基因治疗6细胞包裹法包裹法取自成年细胞，需要防止成年细胞的免疫原性（它基因治疗基因治疗一、基因治疗的概念及遵循原则二、基因治疗的程序三、基因治疗的策略四、基因治疗的临床应用五、基因治疗的问题与前景细胞和基因治疗7 基因治疗一、基因治疗的概念及遵循原则细胞和基因治疗7基因治疗的历史基因治疗的历史n n1973年，最早在美国进行，科学家将一种乳头瘤病毒携带一种酶基因注入到患者体内，但没有成功。n n 1990年9月14日，一个患SCID的女孩的淋巴细胞接受了含有腺苷酸脱氨酶基因，治疗取得成功。细胞和基因治疗8基因治疗的历史1973年，最早在美国进行，科学家将一种乳头瘤基因治疗遗传性疾病细胞和基因治疗9基因治疗遗传性疾病细胞和基因治疗9基因治疗临床实验的四个阶段n n1）体外实验和转基因动物实验 n n2）临床一期：极少量的临床实验 n n3）临床二期：少量的临床实验 n n4）临床三期：临床实验，通过对更多的患者进行实验，充分分析该疗法的疗效和安全性，为大规模推广准备充足的数据。细胞和基因治疗10基因治疗临床实验的四个阶段1）体外实验和转基因动物实验 细胞基因治疗的概念定义：向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片断，以纠正或补偿基因的缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗的目的。出于伦理、安全性和技术性的考虑，现在多是针对体细胞的治疗。基因治疗常采取：(1)基因置换(genereplacement)(2)基因修正(genecorrection)(3)基因修饰(geneaugmentation)(4)基因失活(geneinactivation)细胞和基因治疗11基因治疗的概念定义：向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RN基因置换基因置换(genereplacement)：是指将致病基因整个地被有功能的正常基因所置换，使致病基因永久地得到更正。但操作难度大，有伦理学问题。细胞和基因治疗12基因置换基因置换(gene replacement)：是指将基因修正基因修正(genecorrection)是指将致病基因的突变碱基序列得以纠正，而正常序列部分予以保留，使突变的致病基因恢复正常功能。即使致病基因的突变序列纠正为正常序列（用碱基点突变技术）。细胞和基因治疗13基因修正基因修正(gene correction)是指将致病 定点突变基因打靶（基因打靶（gene targeting）又称同源重）又称同源重组技技术。利用外源基因序列与靶利用外源基因序列与靶细胞内染色体上胞内染色体上同源基因序列同源基因序列间的重的重组，将外源基因定点整，将外源基因定点整合到靶合到靶细胞基因胞基因组上的某一确定位点上的某一确定位点,来定来定点改点改变物种的基因物种的基因组顺序和序和结构，从而在突构，从而在突变的个体内来研究基因和基因的个体内来研究基因和基因组的功能。的功能。细胞和基因治疗14 基因敲除基因敲除knock-out:使基因使基因组中某个中某个/某几某几个基因或基因的个基因或基因的顺时元件元件产生缺陷，从而在生缺陷，从而在突突变体内体内丧失正常的功能，来探失正常的功能，来探测这些基因些基因或元件原来在体内的功能。或元件原来在体内的功能。基因敲入基因敲入knock-in：在个体的基因：在个体的基因组中定点中定点加入了某个加入了某个/某几个基因或基因的某几个基因或基因的顺时元件，元件，使之表达或使之表达或发挥作用，从而研究作用，从而研究该基因或基因或顺时元件在体内的功能，或用元件在体内的功能，或用该基因揭示相基因揭示相邻基因的表达基因的表达规律等。律等。细胞和基因治疗15基因敲除knock-out:使基因组中某个/某几个基因或基基因修饰基因修饰(geneaugmentation)则是指将目的基因导入缺陷细胞或其它细胞，目的基因的表达产物可修饰和改变缺陷细胞的功能或使原有的功能得到加强。细胞和基因治疗16基因修饰基因修饰(gene augmentation)则是指基因失活基因失活(geneinactivation)：应用反义技术(antisensetechnology)特异封闭某些基因的表达，以达到抑制或阻止某些有害基因的表达。SiRNA的基因干扰可造成靶基因（异常基因）的失活（或沉默）。细胞和基因治疗17基因失活基因失活(gene inactivation)：应用基因治疗遵循的原则1治疗的疾病应是指目前治疗方法难以阻止疾病发展的严重疾病。2遗传性疾病应是属于染色体“隐性”遗传的疾病，即指来自双亲的二条染色体上同一基因位点都发生改变的疾病，只要通过导入同一正常基因即可纠正缺陷。3能治疗疾病的正常基因已经被克隆，并能表达有功能的产物。4基因治疗用的基因在体内表达无需精确调控，表达产物过多不会产生危害。5注入体内带有外源基因的治疗细胞，应能自然消减去除。细胞和基因治疗18基因治疗遵循的原则细胞和基因治疗18二、基因治疗的程序(一一)目的基因的准备目的基因的准备(二二)受体细胞受体细胞(靶细胞靶细胞)的选择和培养的选择和培养。(三三)载体的选择载体的选择(四四)目的基因导入靶细胞的基因转移方目的基因导入靶细胞的基因转移方法法细胞和基因治疗19二、基因治疗的程序(一)目的基因的准备 细胞和基因治疗19目的基因导入靶细胞目的基因导入靶细胞的基因转移方法的基因转移方法1基因转移的物理法2基因转移的化学法3基因转移的融合法4基因转移的颗粒轰击技术5基因转移的病毒载体法细胞和基因治疗20目的基因导入靶细胞的基因转移方法1基因转移的物理法细胞和1基因转移的物理法细胞和基因治疗211基因转移的物理法细胞和基因治疗212基因转移的化学法(1)DNA磷酸钙共沉淀法细胞和基因治疗222基因转移的化学法(1)DNA磷酸钙共沉淀法细胞和基因治TransfectionofDNAbycalciumphosphatecoprecipitation基因加氯化钙再加入Hepes形成DNA-磷酸钙沉淀颗粒，被细胞吞入。细胞和基因治疗23Transfection of DNA by calciu2DEAE葡聚糖法基因加DEAE-dextron，形成复合物，被细胞吞入或先用DEAE处理细胞再加DNA，而后被吞入。细胞和基因治疗242 DEAE葡聚糖法基因加DEAE-dextron，形成3染色体介导法收集分裂中期染色体，用磷酸钙共沉淀法导入。细胞和基因治疗253 染色体介导法收集分裂中期染色体，用磷酸钙共沉淀法导入。4聚阳离子DMSO转染技术先用DMSO处理细胞（改变通透性），再加入聚阳离子处理的DNA（增加细胞表面吸附能力）细胞和基因治疗264 聚阳离子DMSO转染技术先用DMSO处理细胞（改变通3基因转移的融合法1细胞融合法PEG/仙台病毒使供/受细胞融合。细胞和基因治疗273基因转移的融合法1 细胞融合法 PEG/仙台病毒使供/2脂质体介导法脂质体包被基因DNA后，加入PEG预处理的受体细胞，使细胞融合。细胞和基因治疗282 脂质体介导法 脂质体包被基因DNA后，加入PEG预处理的3原生质体融合法将目的基因质粒重组菌制成感受态，在溶菌酶作用下，释放原生质体，再加入原先用PEG处理的受体细胞，发生原生质体与受体细胞融合。细胞和基因治疗293 原生质体融合法 将目的基因质粒重组菌制成感受态，在溶菌酶4微细胞核介导法供体细胞先用秋水仙素处理，再用细胞松弛素处理（脱核），制成微核细胞，再加PEG处理的受体细胞，再进行细胞融合。细胞和基因治疗304 微细胞核介导法 供体细胞先用秋水仙素处理，再用细胞松弛素目的基因的准备目的基因的准备其表达产物已证明有活性，功能确切，在启动子下游可表达，有标记基因筛选，监控重组体。细胞和基因治疗31目的基因的准备其表达产物已证明有活性，功能确切，在启动子下游受体细胞的选择和培养受体细胞的选择和培养易取材，易培养，基因易导入，对载体敏感，可培养传代，寿命相对较长。能达足够量，如疾病细胞，造血细胞、基质细胞、上皮、成纤维、内皮细胞等。细胞和基因治疗32受体细胞的选择和培养易取材，易培养，基因易导入，对载体敏感，载体的选择载体的选择1.质粒载体既具有动物（人）细胞表达元件，又具有细菌质粒相关元件。2.病毒载体：1.重组病毒载体：基因重组病毒可直接感染细胞导入基因2.重组质粒型病毒载体：在细菌中扩增质粒，体外包装形成假病毒，感染靶细胞，将基因导入。细胞和基因治疗33载体的选择质粒载体既具有动物（人）细胞表达元件，又具有细菌质4基因转移的颗粒轰击技术基因基因枪法最早是由美国康法最早是由美国康奈奈尔大学的大学的Sanford最先最先提出的。提出的。1992年，世界年，世界首例首例转基因小鼠就是通基因小鼠就是通过该法法获得的。得的。在电场作用下，基因DNA的金属颗粒发生高速运动，使DNA导入细胞中。它与颗粒大小、电场的电压有关。细胞和基因治疗344基因转移的颗粒轰击技术基因枪法最早是由美国康奈尔大学的S5.基因转移的病毒载体法不同组织细胞和目的基因选用不同的病毒载体不同的病毒载体选用不同扩增方式、敏感细胞或包装细胞不同的病毒载体有不同的扩增、包装、感染、整合/游离的表达方式，如表13-1细胞和基因治疗355.基因转移的病毒载体法不同组织细胞和目的基因选用不同的病毒特定组织细胞可考虑的主要基因转移方法和途径游离淋巴细胞(exvivo)逆转录病毒载体，基因枪，电穿孔肺组织腺病毒载体，气溶胶骨骼肌内组织裸DNA直接注射，基因枪脑组织单纯疮疹病毒载体动脉管壁组织逆转录病毒转染内皮细胞(exVIVO)通过脂质体或气囊导管回输肝组织逆转录病毒，直接注射(腹膜内注射，感染宫内动物)或部分肝切除后门静脉内(或肝实质内)注射DNA复合物ASGP受体结合，基因枪。乳腺组织逆转录病毒载体（乳头管注射）皮肤组织基因枪，电穿孔细胞和基因治疗36特定组织细胞可考虑的主要基因转移方法和途径游离淋巴细胞(ex四、基因治疗的临床应用（一）遗传性疾病的基因治疗（一）遗传性疾病的基因治疗（二）（二）肿瘤的基因治疗肿瘤的基因治疗（三）（三）抗病毒的基因治疗抗病毒的基因治疗细胞和基因治疗37四、基因治疗的临床应用（一）遗传性疾病的基因治疗细胞和基因治细胞和基因治疗38细胞和基因治疗38（二）肿瘤的基因治疗（二）肿瘤的基因治疗1目的基因的选择和治疗策略2基因治疗方法3细胞因子的基因治疗4提高机体抗肿瘤免疫力的基因治疗细胞和基因治疗39（二）肿瘤的基因治疗1目的基因的选择和治疗策略 细胞和基因三、基因治疗的策略细胞和基因治疗40三、基因治疗的策略细胞和基因治疗401目的基因的选择和治疗策略肿瘤的基因治疗是以正常或野生型基因取代不正常基因或阻止异常基因的表达，以达到抑制或阻止、甚至逆转肿瘤细胞恶性表现之目的。常选用的目的基因有：增强机体细胞免疫功能，促进杀肿瘤和抑制肿瘤细胞生长的免疫调节和抗肿瘤作用的细胞因子基因如IL-2、IFN和集落刺激因子（CSF）及MHC的HLA-B7，HLA-DR基因。抑癌基因，如P53，WT-1和Rb三种基因，原癌基因的反义DNA及RNA和SiRNA基因治疗的策略。细胞和基因治疗411目的基因的选择和治疗策略肿瘤的基因治疗是以正常或野生型基2基因治疗方法（1）抑癌基因转移的基因治疗（2）反义寡核苷酸的原癌基因失活疗法（3）药物自杀基因在肿瘤基因治疗中的应用（4）癌抗原基因转移的肿瘤基因治疗如打破原先的肿瘤免疫的耐受，建立肿瘤特异免疫（5）多重耐药性基因转移的肿瘤基因治疗细胞和基因治疗422基因治疗方法（1）抑癌基因转移的基因治疗细胞和基因治疗4（1）抑癌基因转移的基因治疗基因导入肿瘤或其他细胞后其表达产物可抑制肿瘤及肿瘤细胞的恶性增生、血管形成等，甚至使恶性肿瘤细胞发生逆转，成为正常细胞。目前研究和应用较多的抑癌基因包括P53、WT-1、Rb、Ango和Endo等基因。细胞和基因治疗43（1）抑癌基因转移的基因治疗基因导入肿瘤或其他细胞后其表达产（2）反义寡核苷酸的原癌基因失活疗法为了抑制肿瘤细胞中癌基因的过高表达，可根据已知癌基因的核苷酸序列合成反义寡核苷酸，来抑制癌基因的表达（因反义寡核苷酸能与癌基因核酸中的正链的特定顺序互补与结合形成双链体）。反义寡核苷酸有以下几种：（1）反义RNA（2）具核酶（ribozyme）活性的反义RNA（3）脱氧寡聚核苷酸（oligodeoxyribonucleotides,ODN）（4）肽核酸（peitidenucleicacids,PNAS）细胞和基因治疗44（2）反义寡核苷酸的原癌基因失活疗法为了抑制肿瘤细胞中癌基细胞和基因治疗培训ppt课件45反义RNA技术反义RNA又是一种与mRNA互补的RNA分子，它是双链DNA中无义链转录的RNA，因此肿瘤癌基因活化表达的mRNA的起始翻译部位就会被相应的反义RNA互补结合形成RNA/RNA双链体，进而阻止核糖体与mRNA结合，或阻止核糖体沿mRNA上移，以抑制mRNA的翻译，起到了抑制癌基因过高表达癌蛋白的效果。反义RNA技术是抑制基因表达的一种干涉性基因治疗，以阻止或抑制原癌基因的过度表达及抑制癌基因突变体mRNA的成熟，属基因失活疗法。细胞和基因治疗46反义RNA技术 反义RNA又是一种与mRNA互补的RNA分子具核酶活性的反义RNA新技术、新思路，有较好的应用前景在反义RNA研究的基础上，现又设计出具核酶（ribogyme）活性的反义RNA，它既能与mRNA互补结合阻止mRNA的翻译，同时反义RNA上带有锤头状结构基因能对靶序列（mRNA）进行特异性切割，建立了核酶基因治疗新技术，这种核酶反义RNA可反复使用以降解mRNA，其抑癌效应明显高于反义RNA。细胞和基因治疗47具核酶活性的反义RNA 新技术、新思路，有较好的应用前景细胞反基因技术（antigene）定义:是以脱氧寡聚核苷酸与双链DNA分子序列特异性结合形成三链DNA,从而在转录水平上调控基因表达的一种基因治疗策略。在转录和翻译水平阻断某些异常的基因的表达，以阻断癌细胞内的异常信号传导，使癌细胞进入正常分化轨道或引起细胞凋亡。把三链DNA称为“能够攻击病毒和癌细胞而不损害健康组织的新型基因药物。反基因技术的关键？细胞和基因治疗48反基因技术（antigene）定义:是以脱氧寡聚核苷酸与双链肽核酸（peptidenucleicacids,PNAS）目前可通过计算机分析DNA结构，以多肽骨架结构取代ODN中的糖-磷酸骨架，并成功地合成了该分子，它保留了ODN与DNA的高度亲和力，因此能与靶基因形成三螺旋结构，尽管此项技术目前只是处于实验研究阶段，还有一些技术性问题尚待解决，但应用潜力极大。细胞和基因治疗49肽核酸（peptide nucleic acids,PNA（3）药物自杀基因在肿瘤基因治疗中的应用药物自杀基因的作用机理药物自杀基因的种类药物自杀基因作用的底物-GCV/ACV药物自杀基因靶向转移的特异性药物自杀基因的临床应用前景细胞和基因治疗50（3）药物自杀基因在肿瘤基因治疗中的应用药物自杀基因的作用药物自杀基因的作用机理自杀基因即通过转基因操作将某种代谢酶基因导入肿瘤细胞,表达的酶可以将无毒的化合物(前药物)转变成毒性药物,选择性的杀伤肿瘤细胞。HSV-tk基因和胞嘧啶脱氨酶基因(CD基因)等。另外，此类基因更可以通过“旁观者效应”杀伤未导入基因的邻近分裂细胞，扩大其杀伤效应。美国NIH已批准HSV-TK基因转染疗法试用于脑瘤等的临床治疗，唯一被正式批准的肿瘤基因治疗试验。细胞和基因治疗51药物自杀基因的作用机理 自杀基因即通过转基因操作将某种代谢3细胞因子的基因治疗将细胞因子基因导入细胞，使其在局部持续分泌一定量的细胞因子。通过细胞因子表达后，一方面促进肿瘤表达特异抗原并诱发宿主抗肿瘤CTL反应;另一方面增强CTL和其他抗癌效应细胞作用。目前采用的细胞因子基因有干扰素、白细胞介素，肿瘤坏死因子，集落刺激因子等相关基因，导入免疫细胞，肿瘤和非肿瘤细胞中来实施人体的基因治疗。细胞和基因治疗523细胞因子的基因治疗将细胞因子基因导入细胞，使其在局部持续4提高机体抗肿瘤免疫力的基因治疗细胞因子的基因治疗，是提高机体抗肿瘤免疫力的较好的基因治疗方案，但肿瘤细胞有的不表达肿瘤特异性抗原，因而不能被免疫T细胞识别，有的虽能表达特异性抗原，但缺少MHC抗原表达，又使T细胞难以进行限制性识别，因而T细胞不能被激活，使肿瘤细胞避免了机体的免疫监视。把病毒基因或抗原基因转移到肿瘤细胞中以增强肿瘤细胞的异质性，这种转基因的肿瘤细胞等于是引起肿瘤免疫应答的“瘤苗”，有利于T细胞产生共刺激信号，行使对肿瘤细胞的免疫应答，增强机体抗肿瘤免疫力。细胞和基因治疗534提高机体抗肿瘤免疫力的基因治疗细胞因子的基因治疗，是提（三）抗病毒的基因治疗（三）抗病毒的基因治疗主要集中在治疗艾滋病方面，抗病毒的基因治疗策略与抗肿瘤基因治疗大致相同，主要是采用基因修饰和基因失活的治疗策略，具体方案为：阻止病毒复制策略、使感染HIV细胞死亡的方法、降解策略。细胞和基因治疗54（三）抗病毒的基因治疗主要集中在治疗艾滋病方面，抗病毒的基因Regulation of Gene Activity in Eukaryotes 细胞和基因治疗55Regulation of Gene Activity inDNARNAproteinBiologicalactivityGenecopynumberPromoteractivitymRNAstabilityRibosomebindingsiteCodonusageProteinstabilityManyhost-dependentfactors细胞和基因治疗56DNARNAproteinBiological activiPosttranslational Modifications and the Regulation of Protein Stability Posttranslational Modificationsproteinacetylationmethylationglycosylation phosphorylation细胞和基因治疗57Posttranslational Modification五、基因治疗的问题与前景五、基因治疗的问题与前景前景广阔，但问题许多。1.伦理学问题2.安全性问题3.技术性问题4.商品化问题5.疗效问题细胞和基因治疗58五、基因治疗的问题与前景 前景广阔，但问题许多。细胞和基因治基因治疗的伦理问题n n1）安全性原则：要提高临床试验的严密性和合理性，以达到安全为前提 n n2）科学性原则：必须按照一系列科学的程序进行试验，不能受经济利益驱使。n n3）最后选择原则：某种疾病在所有疗效都无效的前提下，才可以使用基因治疗。n n4）治病救人原则：基因治疗只能用于治病救人，而不能用于非治疗性的目的。细胞和基因治疗59基因治疗的伦理问题1）安全性原则：要提高临床试验的严密性和合 联合国教科文组织通过的国际人类基因数据宣言提出：在人类基因数据的采集工作中要遵循自愿原则，被采集基因数据者必须事先得到充分的信息并能自由决定是否同意；在处理人类基因数据时要尊重人的隐私权，不能向第三方透露个人信息；在保存人类基因工程数据时，要恰当保护人权和基本自由；在应用人类基因数据时，要保证恰当的用途，并做到利益共享。细胞和基因治疗60 联合国教科文组织通过的国际人类基因数据宣言提出：