一个胚胎干细胞,第四节干细胞工程,一、什么是干细胞？,干细胞（Stem cell）即起源细胞。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞。因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。,全能细胞,囊胚,囊胚内层细胞团,多能干细胞,原始胚胎细胞,人体发生过程：受精 卵裂 受精后72h 受精后5-7天 精子+卵子 合子 卵裂球 桑椹胚 囊胚滋养层胎盘及胎儿附属结构 囊胚 内胚层消化道、呼吸道上皮和腺体；肝；胆；胰。内细胞群 中胚层结缔组织；血液；肌肉；骨骼；泌尿生殖系统外胚层体表结构；神经系统,它们是未分化的，但具有分化成各种特定细胞的能力； 它们可无限地分裂产生大量后裔; 其子细胞有两种命运，保持为干细胞或分化为特定细胞。,干细胞的主要特征：,全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞,按分化潜能,按发育状态,胚胎干细胞 成体干细胞,干细胞的分类,胚胎干细胞,ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。 研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。,成体干细胞,成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。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。,二 胚胎干细胞,衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞； 永生化(immortal)； 能维持稳定的正常的二倍体染色体结构； 有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化； 能参与胎儿所有组织的发育过程；,1 胚胎干细胞的性质,2.人类干细胞的来源,成人细胞或脐血/胎儿组织(专能/多能)。 人工流产后的人类胎儿生殖组织(全能)。 用捐赠者的配子通过体外授精创造的人类胚胎(全能)。 通过体细胞核转移技术(克隆技术)产生的人类胚胎(全能)。 以上都必须获得当事人的知情同意。,3 胚胎干细胞系的建立过程,胚胎干细胞的培养,4 培养条件： 特殊的培养液：胎牛血清的浓度和质量很重要，还要加非必须氨基酸；-巯基乙醇。以人或胚鼠的成纤维细胞为饲养细胞。 (3) 必须加入LIF(白血病抑制因子)，抑制细胞分化。,干细胞的分化,干细胞培养过程,5 干细胞诱导分化的常用方法 （1）加入诱导细胞分化的因子或化学物质， 如DMSO和RA等 （2）将ES细胞与特定的细胞共培养 （3）将某种分化诱导因子的基因转入ES细 胞内,胚胎干细胞的诱导分化：胎牛血清，骨髓基质细胞共培养 胚胎干细胞造血细胞RA 胚胎干细胞神经细胞DMSO 胚胎干细胞肌肉细胞TGF-B1, bFGF 胚胎干细胞血管和内皮细胞RA+胰岛素+T3 胚胎干细胞脂肪细胞BMP-2, BMP-4 胚胎干细胞软骨细胞地塞米松，磷酸甘油 胚胎干细胞骨细胞基因转染 胚胎干细胞胰岛素分泌细胞,6 胚胎干细胞的鉴别胚胎干细胞具有以下特点： (1) 细胞内碱性磷酸酶活性高 (2) 端粒酶活性高 (3)细胞膜表面有特殊的标记：SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81 (4)能分化成三个胚层的细胞， (5)将胚胎干细胞植入免疫缺陷小鼠皮下可产生畸胎瘤 (6) 可诱导分化为各种成体干细胞,7 胚胎干细胞的特性,鉴定干细胞的常用方法： （1）细胞形态与结构 （2）细胞功能 （3）细胞表面的特殊标志 （4）细胞内特异基因的表达,Culturing Hematopoietic Stem Cell,8 来源于干细胞的组织可能用于治疗的疾病,细胞类型 治疗的疾病神经细胞 中风、帕金森氏病、老年痴呆症、脊髓损伤、多发性硬化病 心肌细胞 心脏病发作、充血性心脏病 产生胰岛素的细胞 糖尿病 软骨细胞 骨性关节炎 血细胞 癌症、免疫缺乏症、遗传学血液病、白血病 肝细胞 肝炎、肝硬化 皮肤细胞 烧伤 骨细胞 骨质疏松症 视网(眼)细胞 黄斑症 骨骼肌细胞 肌肉萎缩症,帕金森氏病,帕金森氏病又称震颤麻痹，是中老年人最常见的中枢神经系统变性疾病。 震颤是指头及四肢颤动、振摇，麻痹是指肢体某一部分或全部肢体不能自主运动。,法首創幹細胞移植治療燒傷,法國格瑞諾布軍醫研究中心成功利用幹細胞移植，治癒一名因放射線照射，皮膚遭嚴重破壞的病人。根據世界報報導，格瑞諾布軍醫研究中心在一個半月前，治療一名遭放射線燒壞右手皮膚的傷患，這名傷患受傷程度可導致截肢。,為避免截肢，醫師自傷患身上取出脊髓，分離出其中幹細胞，在實驗室中轉化為皮膚細胞並進行增生，然後移植到傷患手上。 傷患恢復情形良好，手部知覺已完全恢復，也不再疼痛。,谁从干细胞研究中受益？ 下面的疾病一半以上没有有效的治疗办法 疾病 发病率 肌肉萎缩症 0.3/1000 帕金森氏病 1/500 老年痴呆病 65岁以上1/20 糖尿病 3/100 心脏病 55岁以上1/3 肝病 1/12 癌症 74岁以上1/4 骨质疏松症 60岁以上1/3,成体干细胞研究是干细胞研究中最激动人心的部分。 它可以有效地防止组织排斥，可以避免伦理学、法律系方面的争论。 成体干细胞是否具有胚胎干细胞那样的分化潜力？ 大量的动物实验证明了成体干细胞具有很强的分化能力。,9 成年个体的干细胞研究,从成年小白鼠未发育的脑干细胞转变为肌肉细胞 Angelo Vescovi 和 Giulio Cossu, 在 the Institute for Stem Cell Research in Milan 2000-9-20 他们也用成年人志愿者的神经干细胞实现了同样的工作,自身干细胞治疗肝病,2005年10月8日出版的新科学家杂志报道，英国科学家利用肝病患者自身骨髓干细胞对其进行治疗，取得了明显效果。 伦敦大学帝国理工学院的一个小组首先向肝病患者注射粒细胞集落刺激因子（GCSF），诱使其骨髓产生更多的干细胞。 随后，再对患者骨髓细胞进行筛选，挑选出具有表面蛋白质CD34的细胞，该蛋白质是干细胞的标志。,最后，将这些干细胞浓缩并注射到患者的门静脉和肝动脉中，这两条血管直接向肝脏输送血液. 但这些细胞很快便进入了患者肝脏的受损部位，并对其进行了修复。 在连续治疗两个月后，5名患者中的3名肝功能和身体素质都有了明显的改善.,10 胚胎是“人”吗？,胚胎是人(person)？胚胎是生命？ 胚胎是人类生物学生命(human biological life)，但尚未成为人类人格生命(human personal life)。 胚胎具有一定价值，应得到一定的尊重(due respect, 如尸体), 没有充分的理由不能操纵和毁掉。 毁掉胚胎要一定程序去做。,胚胎,对胚胎应有的尊重和应有的处理程序,应有的尊重指适当的尊重：在完全尊重（人）与不必尊重（如一块孤立的石头）之间：非人动物、胎儿、胚胎、尸体等。 人类胚胎用作研究必须是体外的，不能超过14天； 不用人类胚胎，重要研究的目的就不可能达到； 不是商品，不能买卖； 科学家应采取必要的行动纪念那些胚胎的贡献； 必要的程序是指专门的埋葬或活化，也应有简单庄严的仪式。,动物与人的嵌合问题,人的配子与动物的配子制造嵌合体。后果会如何？出现一个“人头马”怎么办？ 广州某大学教授用一名7岁的男孩的皮肤体细胞核植入去核兔卵母细胞内，克隆出100多个胚胎。 目的是什么？因为人卵难得？为什么不用流产胎儿卵或女尸的卵？这种嵌合体不是人类胚胎，获得的干细胞不是人类干细胞.,三 造血干细胞应用,造血干细胞是体内各种血细胞(白细胞红细胞血小板)的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。 造血干细胞移植是骨髓移植、外周血造血干细胞移植和脐带血移植的通称。 造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病最有效方法。,骨髓含有大量的造血干细胞, 造血干细胞来源于红骨髓。 骨髓移植是指將健康的骨髓输入受体，取代原本有病变骨髓，使其发挥正常的骨髓功能。 骨髓移植是治疗血液疾病的最早的方法，1968年第一次骨髓移植成功。 如有适当的供髓者，骨髓移植已有百分之八十至九十的长期存活率。,1 骨髓移植:,骨髓移植缺点：,全身麻醉抽骨髓 抽取量：約抽1020毫升/公斤的骨髓。,骨 髓 采 集,骨 髓 采 集,临床造血干细胞移植的过程,全身钴60照的放射剂量监测,全身钴60照射（ TBI）,应用荧光显微镜进行白血病免疫分型,骨髓细胞学分析,无菌层流病房,2 外周血造血干细胞移植:,造血干细胞细胞由骨髓大量生成，其中少量的干细胞被释放到血液中，这就是外周血干细胞(PBSC）. 优点: 1.采集安全简便, 避免骨髓穿刺痛苦。 2.造血及免疫功能恢复快 3.受肿瘤细胞污染机会减少。,外周血造血于细胞移植在临床应用时存在的问题：,外周血的造血干细胞量极少，不能满足移植的需要， 收集的外周血干细胞可能混杂有肿瘤细胞； 移植物中存在大量T细胞，可能诱发严重移植物抗宿主病 (GVHD) ；,常用的是造血干细胞分离机，机型是FewnalCS3000(或CS3000Plus)。 一般情况下行大静脉穿刺即可。采集成人时的血流速度为5060m1min，每次分离46循环(约34h)，分离血液的总容积9L，依据情况连续或隔日采集。 造血干细胞移植大约需采集捐献者克的造血干细胞, 因此要对捐献者使用造血生长因子(HGF) ，加速骨髓造血干细胞的生成并释放到外周血中，可使外周血造血干细胞增加倍倍 .,