发育生物学――干细胞课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Developmental Biology-Spring 2007,Slide,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,自体组织移植,异体组织移植,人工代用品,免疫排斥反应,供体数量不足,道德伦理制约,器官移植,组织工程,受精卵发育按严格的模式和时间次序发展，发育初级的细胞并非包含成形的形体，而是具备发育为完整个体的潜力。,这种潜力，来自一组称为,干细胞,的分化能力。在个体发育整个过程中，由于干细胞的存在使细胞分化不断进行。,干细胞,干细胞（,stem cell,）,是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下可以分化成多种功能细胞,。,高度的增殖潜能（自我更新能力或自我维持能力）,高度的分化潜能（可分化为多种组织）,Stem cell and cloning,根据个体发育过程中出现的先后次序不同，分为,胚胎干细胞,:,是一种高度未分化细胞，具有发育的全能性,成体干细胞,:,普遍存在于机体的大多数组织器官中,胚胎干细胞,，,又称全能干细胞，,存在于未发育成熟的胚胎,，高水平表达端粒酶，可分化为除构成脐胎盘，脐带等之外的任何一种特定类型细胞。,即能长成动物的任何组织和器官。,成体干细胞,：特定组织中的非特异性细胞，能无限制地分裂和自我更新。所产生的子细胞有两种结果，一是保持亲代特性，仍作为干细胞；二是不可逆地向终末方向发展，成为一至几种类型的特定细胞。,干细胞命运各不相同，但分化机制相似,：,调控基因,指导特异性基因的转录及特定蛋白质的合成，从而细胞逐步发展为具有专门功能的特定细胞类型。,同样，干细胞也对邻近细胞的生长信号发生反应，导致特定基因活化及相应蛋白质合成，参与细胞分化，运动，或与其它细胞作用以形成组织。,胚胎干细胞,（,Embryonic stem cell,，,ESC,）,从早期胚胎的,内细胞群,（,Inner cell mass,，,ICM,）或,原始生殖细胞,（,primordial germ cells PGCs,）分离出来的多潜能细胞系。,它具有与早期囊胚,ICM,或,PGCS,相似的生物学特性，在体外能够保持正常二倍体核型和未分化状态，并且有多方向分化潜能，在适当条件下，,ES,细胞可被诱导分化为多种细胞、组织，也可以与受体胚胎嵌合，形成嵌合体。,人,干细胞培养过程,内细胞群,的细胞可以发育成除了胎盘以外的完整个体，因而这些细胞被认为具有,全能性,。,胚胎干细胞的优点,全能性,Human blastocyst before and during hatching,Mouse embryonic stem cells(ES cells),from the inner cell mass,growing in a culture dish,Injection of,ES cells into the,blastocyst cavity,“,zona”,Holding pipet,Injection pipet,Oct4 gene expression in epiblast,胚胎干细胞系的建立过程,胚胎干细胞的研究进展,1981,年，人类首次成功地分离得到小鼠,ES,细胞。,Martin,等（,1981,），,Roberston,等（,1987,）先后建立了小鼠,ES,细胞系。,Iannaccone,等（,1994,）建立了大鼠的类,ES,细胞系。,近年来，研究人员相继对猪、牛、绵羊、山羊、水貂、兔等哺乳动物,ES,细胞进行了深入研究。,Prea,等（,1989,）尝试性地从人畸胎瘤组织中分离,ES,细胞，最终建立了能分化成所有三个胚层组织的细胞系。,1998,年，美国威斯康星大学,Thomson,等率先成功分离、克隆了人胚胎干细胞，并建立了细胞系，这一研究成果立刻在国际上引起轰动，成为世界关注的焦点。,2002,年,3,月，美国麻省理工学院的科学家宣布，他们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。,目前已有报导,ES,细胞能在适当条件下分化为心肌细胞，胰岛细胞，血管内皮细胞，肝细胞等。,胚胎干细胞研究的意义,人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命。,体外研究人胚胎的发生发育,非正常发育（通过改变细胞系的靶基因）,新人类基因的发现,药物筛选和致畸实验,作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源,利用胚胎干细胞进行克隆性治疗在目前尚受到多方面的限制,胚胎干细胞的来源以及由此带来的伦理道德问题,异体细胞移植而带来的,免疫排斥,问题,胚胎干细胞诱导分化的条件及分化成熟的鉴定标准尚不成熟，人们对如何避免分化不完全的胚胎干细胞在体内导致,畸胎瘤,的危险性仍不清楚,人,ESC,用于临床的疾病治疗短期内将难以实现,解决胚胎来源有限的途径：,未成熟卵的体外成熟,避免免疫排斥的方法,（,1,）,Knock-out,胚胎干细胞的组织相容性抗原,（,2,）,Knock-in,受者的组织相容性抗原,（,3,）与同一来源的造血干细胞一同移植,（,4,）受者的体细胞核移植,ES,细胞研究的趋势,改善,ES,细胞的体外培养条件，建立更有效更简便的获得,ES,细胞的方法。,定向诱导分化成特定类型细胞，用于临床疾病的治疗，并解决免疫排斥和潜在的致肿瘤的问题。,成体干细胞的横向分化的能力以及与胚胎干细胞的比较，成体干细胞能否替代胚胎干细胞？,成体干细胞是存在于成体动物的许多组织和器官，具有修复和再生的能力的细胞。,成体干细胞大多数时候处于静息状态。,在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。,成体干细胞,（,adult stem cell,，,ASC,）,成体干细胞的优点,成体干细胞则可从患者自身获得，不存在组织相容性的问题。,成体干细胞不会诱发畸胎瘤的发生。,成体干细胞也不存在伦理学争执。,成体干细胞的不足,尚未从人体的全部组织中分离出成体干细胞,.,成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低,在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植,成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力,由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的,DNA,异常等等。,干细胞,组织工程理想的种子细胞,造血干细胞,造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。,造血干细胞易于分离纯化，其体外扩增和诱导分化技术已较成熟；体外在多种细胞因子联合作用下，能够大量扩增并可以向红系、粒系、巨核系等各类细胞定向分化。,神经干细胞,神经干细胞是中枢神经系统中保持分裂和分化潜能的细胞。,神经干细胞可以进一步增殖、分化成中枢神经系统某些细胞类型。,当移植入中枢神经系统后不具有免疫排斥反应,神经干细胞是一种具有广泛,应用前景的干细胞：,1,）神经干细胞在脑中能根据其周围微环境的诱导而分裂，分化成为相应的细胞类型，其形态和功能与附近的宿主细胞非常类似。,2,）中枢神经系统的血脑屏障，使淋巴细胞很难进入，因此不同个体之间，甚至是不同物种之间的神经干细胞移植，都几乎没有排斥反应。,神经干细胞研究进展,神经干细胞研究起步较晚，分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究的争议尚未平息，神经干细胞的研究仍处于初级阶段。,骨髓间充质干细胞（,Mesenchymal stem cells,MSC,）,骨髓间充质干细胞，是骨髓中除造血细胞以外的中胚层来源的细胞，其细胞特性稳定，在连续传代培养和冻存后仍具有多向分化潜能。,在特定的诱导条件下，骨髓间充质干细胞可以分化为间充质组织中的各类细胞，包括：骨、软骨、脂肪、肌腱、韧带等细胞。,由皮肤细胞诱导分化为多能干细胞,!,皮肤细胞 转染,Oct3/4,、,Sox2,、,KIf4,、,c-myc,（,Cell)Oct4,、,Sox2,、,Nanog,、,lin28,（,Science),多能干细胞（,iPS),写在最后,成功的基础在于好的学习习惯,The foundation of success lies in good habits,42,谢谢聆听,学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折,Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal,