干细胞的基础研究与临床应用干细胞的基础研究与临床应用北京英默生物科技有限公司北京英默生物科技有限公司2011.2.12.1 主要内容主要内容前景前景临床应用临床应用基础研究基础研究概述概述2干细胞定义：干细胞定义：干细胞（干细胞（stem cells, SCs）是一类具有自我更新和多向分）是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。化潜能的细胞。成体干细胞（成体干细胞（adult stem cells, ASCs）据发育阶段据发育阶段胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cells, ESCs）单能干细胞（单能干细胞（unipotent stem cells, USCs）据发育潜能据发育潜能全能干细胞（全能干细胞（totipotent stem cells, TSCs）多能干细胞（多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）320世纪初20世纪60年代1963197819811991199219982006 近30年来，干细胞的研究取得了突破性进展，主要包括以下两个方面:1、成功建立了可分化为人体任何组织类型成熟细胞的人类 胚胎干细胞系；2、发现成体各种组织中均有未分化成熟的干细胞分布，包 括骨髓、血液、脑、皮肤、肌肉、脐带、胎盘、脂肪等。干细胞研究历史：干细胞研究历史：4内源性因素：内源性因素：1、细胞内蛋白对细胞分裂的影响，如膜收缩蛋白；2、转录因子调控，如Oct-4。外源性因素：外源性因素：1、体内微环境中分泌的因子影响，如TGF家族；2、膜蛋白介导的细胞间相互作用的影响，如Notch信号；3、整合素与细胞外基质的影响，如 1 integrin。干细胞的发育受多种内在机制和微环境的影响：干细胞的发育受多种内在机制和微环境的影响：5ESCs：自1981年首次成功分离培养获得小鼠ESCs系，国内外研究 人员已在鼠、 兔、猪、牛、羊、猴和人都分离获得了ESCs 系，可作为体外研究细胞分化和发育调控机制的模型及基 因重组的载体2007 Nobel Prize 。且已证明，无论是在体外还是体内环境中，ESCs都能被诱 导分化为机体几乎所有的细胞类型，这将为移植医学带来一 场革命。 6 2009年1月，美国FDA批准美国杰龙生物医药公司开展利用 胚胎干细胞疗法治疗脊髓损伤的临床试验。 2010年11月，美国FDA批准美国先进细胞技术公司开展利用 胚胎干细胞疗法治疗黄斑变性的临床试验。ESCs研究的两个方向：1、培育成体生命最终成果便是“多利羊” ；2、获取治疗用干细胞对ESCs的生长环境加以调节,使其 在体外大量增殖，在数量上满足临床治疗的需要，即为 细胞重新编写发育程序。7诱导多能干细胞（诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）2006年，日本京都大学山中申弥教授等在Cell杂志上报道，利用病毒载体 转染四种转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc）将小鼠皮肤成纤维细胞 重编程，可发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗 传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面 都与ESCs相似。 2007年11月20日，美国威斯康星大学的研究小组和日本京都大学的研究 小组同一天分别在Science杂志和Cell杂志上发表将终末分化的皮肤细胞转 变成iPS细胞的研究成果。 紧接着美国另一研究小组将来自患病小鼠尾巴的皮肤细胞产生了iPS细胞。 2009年2月3日，日本东京大学的研究小组宣布，在世界上首次利用iPS方 法，将人类皮肤细胞“制成”血小板。 2010年，利用iPS方法的又培养出听神经组细胞和肝细胞。89羊膜干细胞（羊膜干细胞（amnion stem cells）：）： 是界于胚胎干细胞和成体干细胞之间的一种干细胞状态。2009年11月， 美国研究者发现羊膜干细胞能够形成三维聚合体细胞 胚样小体(embryoid bodies,EBs)，该阶段的细胞可直接发育成人 体所有类型的细胞，首次证明了羊膜干细胞的全能性。研究表明羊膜干细胞具有以下特性，被认为是一种非常有治疗应用 前景的干细胞：A、在体外培养中不需饲养层细胞及LIF等因子；B、能在多次传代后依然保持正常的核型和三胚层的分化能力；C、被注射到裸鼠皮下不会形成畸胎瘤；D、正常羊水中有大约1%的这种全能干细胞，方便分选及保存备用。10郭礼和教授领导的研究小组通过移植人类的羊膜细胞，使一只脊椎受损的猴子重新长出了神经纤维，恢复了运动功能。11神经干细胞（神经干细胞（neural stem cells, NSCs）：）：1、定义：NSCs是来源于中枢神经系统的多能干细胞，具有自我更新和多向 分化潜能，可以分化成中枢神经系统的各类细胞，包括神经元、星形胶 质细胞和少突胶质细胞（1992）。2、鉴定标志物：表达Nestin（Neuroepithdial stem protein）。3、体内分布：普遍存在于脑组织中，包括纹状体、海马、 嗅球、大脑皮 质、间脑、中脑、室管膜区、室管膜下区等。 4、基础研究：主要是针对对增殖、分化、迁移调控相关影响因素的研究 神经递质：Glu、5-HT、GABA、Gly、Ach、NO等 细胞外基质：细胞黏附因子、糖蛋白等 细胞生长因子：EGF、bFGF、NGF等 基因调控：notch、bhlh、同源盒基因等 信号转导途径：Notch、Janus、JAK-STAT等125、临床研究： 细胞移植治疗：目前无任何严重的不良副反应。 基因载体治疗：将编码特定神经递质或蛋白质因子的基因转导入NSCs载体。6、用于移植治疗的可能机制：A、具有多向分化潜能而起到细胞替代作用；B、可分泌多种神经营养因子和细胞因子，改善内环境；C、具趋化归巢能力，可聚集于损伤部位进行修复；D、可增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路 。7、常用的移植方法： 腰椎穿刺蛛网膜下腔注射 通过手术或立体定位法植入 8、目前有报道的可用NSCs移植进行治疗的疾病有： 中风（脑梗塞、脑出血）、脑外伤后遗症、脊髓损伤、共济失调、脑瘫、 脑萎缩、PD、MS、ALS、MSA、面瘫、视神经萎缩 。13间充质干细胞（间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）:1、来源：最初来源于骨髓，现已从脂肪、肝脏、肌肉、羊水、胎盘、脐带血、 脐带、牙髓等多种组织分离得到了MSCs 。2、生物学特性：A、具有自我更新能力、多向分化及跨胚层分化潜能；B、有造血支持的作用；C、可抑制免疫反应；3、鉴定：缺乏特异的标记物，以下三点为国际细胞治疗协会（ISCT）规定鉴 定人MSCs的最低标准。（1）在体外标准培养条件下贴壁生长；（2）CD105+、CD73+ 、CD90+，CD34-、CD45-、CD11a-、CD19-、HLA-DR- ；（3）在体外可诱导分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。144、用于移植治疗的可能机制：A、可分化为功能细胞，促进缺损组织更新；B、可分泌多种细胞因子和营养因子，通过旁分泌作用改善受体微环境； C、能通过细胞与细胞的直接接触及分泌可溶性因子的方式抑制免疫反 应，增强受体宿主的免疫耐受能力；D、通过抑制促炎性因子、促进抑炎性因子的分泌和表达，来调节炎症 反应，发挥抗炎作用；E、通过调节天生和获得性免疫系统中的T细胞、B细胞、DC细胞、NK 细胞等，来发挥免疫抑制作用。F、多种趋化因子及其受体、整合素、选择素、粘附分子共同参与所抑制 MSCs向受损和炎症部位的趋化归巢。155、动物模型移植治疗： 研究表明，对神经损伤（脑损伤、脊髓损伤）、肝损伤、GvHD、心肌 梗死、重症肌无力、肾损伤、骨创伤、皮肤损伤等50多种疾病的动物模 型进行MSCs移植治疗，均有一定的疗效。6、临床应用： 临床上对GvHD、恶性血液病、实体肿瘤、免疫异常性疾病、遗传病、 重症肌无力、脑中风、心肌梗死、肾功能不全、急慢性肝损伤、股骨头 坏死、脊髓损伤、运动神经元病等60多种疾病进行MSCs移植治疗，均 在不同程度上显示了有治疗作用。 截至2010年4月，全球被批准进行利用MSCs治疗的临床试验已有80项。 且MSCs已被FDA批准用于治疗GvHD。16脐带来源脐带来源MSCsMSCs的优势：的优势：1、来源更容易，废物利用，不涉及伦理道德问题；2、采集方便，易于保存和运输；3、供者无痛苦，对母婴均无损害；4、脐带中MSCs较骨髓中含量更为丰富；5、细胞更原始，分化潜能更大，扩增效应更强；6、组织相容性抗原表达低或不表达，更适宜于异体间的移植治疗。17脐带脐带MSCs因数量丰富、增殖力强、安全可靠、调节免疫、因数量丰富、增殖力强、安全可靠、调节免疫、 适用面广，将有可能成为最具临床应用前景的多能干细胞。适用面广，将有可能成为最具临床应用前景的多能干细胞。脐带间充质干细胞库：脐带间充质干细胞库： 细胞产品国家工程研究中心间充质干细胞库（细胞产品国家工程研究中心间充质干细胞库（2007全球首家）全球首家） 天津昂赛细胞基因工程有限公司天津昂赛细胞基因工程有限公司 山东省人类脐带间充质干细胞库（山东省人类脐带间充质干细胞库（2009）军事医学科学院军事医学科学院 吴祖泽院士吴祖泽院士 深圳市北科生物科技有限公司下属有深圳市间充质干细胞库。深圳市北科生物科技有限公司下属有深圳市间充质干细胞库。 黑龙江省干细胞库在开展脐带黑龙江省干细胞库在开展脐带MSCs的储存项目。的储存项目。18干细胞应用前景：干细胞应用前景：现有的基础研究和临床应用结果证明，干细胞在治疗中确实 发挥了作用，应用前景非常乐观。国内外知名干细胞研究机构有： 国外国外 国内国内加州再生医学研究所 科技部国家干细胞工程技术研究中心哈佛干细胞研究所 细胞产品国家工程研究中心京都大学iPS细胞研究与应用中心 人类胚胎干细胞国家工程研究中心澳大利亚干细胞中心 华南干细胞与再生医学研究所罗斯林研究所 四大细胞库（北京、华东、南方、伦敦环球大学干细胞与再生医学中心 中国科学院）苏格兰爱丁堡大学再生医学中心19在真正进行干细胞治疗的临床推广前，还需要更多的、更长期的研究 证据，以确保治疗的有效性和安全性，如：A、目前治疗的患者数量还比较少，治疗后的疗效观察时间还很短；B、干细胞增殖、分化的条件和调控机制还不明确；C、干细胞分离纯化、扩增、鉴定、诱导分化的技术还需进一步完善；D、干细胞对肿瘤的影响还存在很大争论；E、需建立临床应用的标准化程序方案（明确细胞来源、数量和质量、 临床适应症、治疗途径、临床疗效和安全性评价标准等）。伊恩伊恩维尔穆特（维尔穆特（Ian Wilmut，胚胎学家，苏格兰爱丁堡大学，胚胎学家，苏格兰爱丁堡大学再生医学中心主任）：数百万患者将受益于基因工程及干细再生医学中心主任）：数百万患者将受益于基因工程及干细胞科学的研究进展。胞科学的研究进展。 2021