胚胎干细胞的研究及其应用胚胎干细胞的研究及其应用 细胞是机体组成的基本单位细胞是机体组成的基本单位细胞细胞细胞细胞细胞群细胞群细胞群细胞群组织组织组织组织机体机体机体机体n一方面，通过细胞分裂，细胞一方面，通过细胞分裂，细胞数量数量越来越多；越来越多；n另一方面，细胞在另一方面，细胞在形态形态、结构结构和和功能功能上发生特上发生特异性的变化异性的变化。个体发育过程中细胞变化：个体发育过程中细胞变化：基因选择性表达的结果细胞分化的原因：细胞分化的原因：（基因（基因没有没有改变）改变）骨髓干细胞分化示意图骨髓干细胞分化示意图粒细胞粒细胞骨髓造血干细胞骨髓造血干细胞髓系干细胞髓系干细胞淋巴干细胞淋巴干细胞红细胞红细胞血小板血小板淋巴细胞淋巴细胞单核细胞单核细胞细胞分化细胞特化一、什么是干细胞？一、什么是干细胞？干细胞（干细胞（Stem cellStem cell）即）即起源细胞起源细胞。在。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分细胞的分化过程中，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。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，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。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因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。化潜能的细胞。v1.1.形态特征形态特征v 形态特征形态特征圆形或椭圆形，核质比大；圆形或椭圆形，核质比大；v2.2.增殖特征增殖特征v 增殖的缓慢性增殖的缓慢性 v 增殖的自稳性（区别与肿瘤细胞的本质特征）增殖的自稳性（区别与肿瘤细胞的本质特征）细胞在分细胞在分裂时可形成一个分化的子细胞以及一个和原母细裂时可形成一个分化的子细胞以及一个和原母细胞性质一样的具有干细胞性质的细胞。这样可以使得干细胞在分胞性质一样的具有干细胞性质的细胞。这样可以使得干细胞在分裂时保持适中具有一个细胞保持原始的干细胞性质。裂时保持适中具有一个细胞保持原始的干细胞性质。 干细胞的主要特征：干细胞的主要特征：v全能干细胞全能干细胞v多能干细胞多能干细胞v单能干细胞单能干细胞按分化潜能按分化潜能按发育状态按发育状态胚胎干细胞胚胎干细胞成体干细胞成体干细胞干细胞的分类干细胞的分类全能干细胞：全能干细胞： （TotipotentTotipotent stem cellstem cell）具有形成具有形成完整个体完整个体的分化潜的分化潜能。如能。如胚胎干细胞胚胎干细胞（ESES细胞细胞）多能干细胞：多能干细胞：（pluripotentpluripotent stem cellstem cell）具有分化出具有分化出多种细胞多种细胞组织的组织的潜能。如潜能。如造血干细胞造血干细胞、神经、神经干细胞。干细胞。专能干细胞：专能干细胞：（multipotentmultipotent stem cellstem cell）只能向只能向一种一种或或两种两种密切相关密切相关的细胞类型分化。如上皮组的细胞类型分化。如上皮组织织基底层基底层的干细胞，肌肉中的干细胞，肌肉中的的成肌成肌细胞。细胞。人类干细胞的来源v成人细胞或脐血成人细胞或脐血( (骨髓和血骨髓和血)/)/胎儿组织胎儿组织( (专能专能/ /多能多能) )。v人工流产后的人类胎儿生殖组织人工流产后的人类胎儿生殖组织( (全能全能) )。v通过体外授精产生的人类胚胎，治疗不育症的夫妇不再通过体外授精产生的人类胚胎，治疗不育症的夫妇不再 需要需要( (全能全能) )。v用捐赠者的配子通过体外授精创造的人类胚胎用捐赠者的配子通过体外授精创造的人类胚胎( (全能全能) )。女。女 性供卵要非常慎重。性供卵要非常慎重。v通过体细胞核转移技术通过体细胞核转移技术( (克隆技术克隆技术) )产生的人类产生的人类 胚胎胚胎( (全能全能) )。v以上都必须获得当事人的知情同意。以上都必须获得当事人的知情同意。成体干细胞 成年动物的许多组织和器官，比成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有如表皮和造血系统，具有修复修复和和再生再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的或者产生新的干细胞干细胞，或者按一定的，或者按一定的程序分化程序分化( (微环境中的间质细胞微环境中的间质细胞) )，形，形成新的功能细胞，从而使成新的功能细胞，从而使组织组织和和器官器官保持生长和衰退的保持生长和衰退的动态平衡动态平衡。 v造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于主要存在于骨髓骨髓、外周血外周血、脐带血脐带血中。中。v造血干细胞的移植是造血干细胞的移植是治疗血液系统治疗血液系统疾病、疾病、先天先天性性遗传疾病以及遗传疾病以及多发性转移性多发性转移性肿瘤疾病的最有肿瘤疾病的最有效方法。效方法。v与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，研究发与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，研究发现现脐血干细胞脐血干细胞移植对移植对HLAHLA配型配型( (HLAHLA叫叫“骨髓配型骨髓配型”) )要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染，且其要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染，且其优点在于没有来源的限制。优点在于没有来源的限制。造血干细胞造血干细胞骨髓骨髓; ;外周血外周血; ;脐带血脐带血; ;胎儿造血系胎儿造血系统；统； 胚胎干细胞和胚胎生殖细胞。胚胎干细胞和胚胎生殖细胞。造血干细胞的来源造血干细胞的来源三三. .胚胎干细胞胚胎干细胞1.1.概念概念: :简称简称ESES或或EKEK细胞细胞, ,是由早期胚胎或是由早期胚胎或原始性腺原始性腺中中分离出来的一类细胞分离出来的一类细胞. .2.2.特点特点: :1)1)形态形态: :体积小体积小, ,细胞核大细胞核大, ,核仁明显核仁明显. .2)2)功能功能: :具有发育的全能性具有发育的全能性. .可分化为成年动物体内任可分化为成年动物体内任何一种组织细胞何一种组织细胞. .体外培养可增殖不分化体外培养可增殖不分化. .3)3)在体外培养的条件下，在体外培养的条件下，ESES细胞可以增殖而不发生分细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。胚胎干细胞胚胎干细胞vESES细细胞胞是是一一种种高高度度未未分分化化细细胞胞。它它具具有有发发育育的的全全能能性性，能能分分化化出出成成体体动动物物的的所所有有组组织织和和器器官官，包包括括生生殖殖细细胞胞。研研究究和和利利用用ESES细细胞胞是是当当前前生生物物工工程程领领域域的的核核心心问问题题之之一一。在在未未来来几几年年，ESES细细胞胞移移植植和和其其它它先先进进生生物物技技术术的的联联合合应应用用很很可可能能在在移移植植医医学学领领域域引引发革命性进步。发革命性进步。胚胎干细胞胚胎干细胞形态特征形态特征v体积小、核大，有一个或多个核仁；体积小、核大，有一个或多个核仁；v胚胎干细胞克隆紧密堆积，无明显的界胚胎干细胞克隆紧密堆积，无明显的界限，形似鸟巢限，形似鸟巢胚胎干细胞的胚胎干细胞的形态和生化特征形态和生化特征胚胎干细胞系的建立过程胚胎干细胞系的建立过程胚胎干细胞的诱导分化：胚胎干细胞的诱导分化： 胎牛血清，骨髓基质细胞共培养胎牛血清，骨髓基质细胞共培养胚胎干细胞胚胎干细胞造血细胞造血细胞 RARA胚胎干细胞胚胎干细胞神经细胞神经细胞 DMSODMSO胚胎干细胞胚胎干细胞肌肉细胞肌肉细胞 TGF-B1, VEGF, TGF-B1, VEGF, bFGFbFGF胚胎干细胞胚胎干细胞血管和内皮细胞血管和内皮细胞 RA+RA+胰岛素胰岛素+T3+T3胚胎干细胞胚胎干细胞脂肪细胞脂肪细胞 BMP-2, BMP-4BMP-2, BMP-4胚胎干细胞胚胎干细胞软骨细胞软骨细胞 地塞米松，磷酸甘油地塞米松，磷酸甘油胚胎干细胞胚胎干细胞骨细胞骨细胞 基因转染基因转染胚胎干细胞胚胎干细胞胰岛素分泌细胞胰岛素分泌细胞来源于干细胞的组织可能用于治疗的疾病来源于干细胞的组织可能用于治疗的疾病细胞类型细胞类型治疗的疾病治疗的疾病神经细胞神经细胞中风、帕金森氏病、老年痴呆症、中风、帕金森氏病、老年痴呆症、脊髓损伤、多发性硬化病脊髓损伤、多发性硬化病心肌细胞心肌细胞 心脏病发作、充血性心脏病心脏病发作、充血性心脏病产生胰岛素的细胞产生胰岛素的细胞 糖尿病糖尿病软骨细胞软骨细胞 骨性关节炎骨性关节炎血细胞血细胞 癌症、免疫缺乏症、遗传学血液癌症、免疫缺乏症、遗传学血液 病、白血病病、白血病肝细胞肝细胞 肝炎、肝硬化肝炎、肝硬化皮肤细胞皮肤细胞 烧伤烧伤骨细胞骨细胞 骨质疏松症骨质疏松症视网视网( (眼眼) )细胞细胞 黄斑症黄斑症骨骼肌细胞骨骼肌细胞 肌肉萎缩症肌肉萎缩症治疗性克隆（体细胞核移植）技术治疗性克隆（体细胞核移植）技术胚胎干细胞研究面临的问题及解决办法胚胎干细胞研究面临的问题及解决办法 l用于干细胞研究的胚胎来源困难用于干细胞研究的胚胎来源困难; ; l如何保持胚胎干细胞的全能性，并控制向特别类型如何保持胚胎干细胞的全能性，并控制向特别类型细胞转化？细胞转化？ l如何分离、纯化干细胞？如何分离、纯化干细胞？ l分化后的细胞是否有致瘤性？分化后的细胞是否有致瘤性？ l干细胞在体外发育成完整的器官尚难以做到干细胞在体外发育成完整的器官尚难以做到; ; l分化细胞移植仍有可能发生免疫排斥分化细胞移植仍有可能发生免疫排斥; ; l伦理问题伦理问题 解决胚胎来源有限的途径：解决胚胎来源有限的途径：解决胚胎来源有限的途径：解决胚胎来源有限的途径： 未成熟卵的体外成熟未成熟卵的体外成熟未成熟卵的体外成熟未成熟卵的体外成熟v19981998年美国有两个小组分别培养出了人多能年美国有两个小组分别培养出了人多能( ( pluripotentpluripotent ) )干细胞：干细胞：vJames James A. A. ThomsonThomson在在 WisconsinWisconsin大大学学领领导导一一个个研研究究小小组组从从人人胚胚胎胎组组织织中中培培养养出出了了干干细细胞胞株株。他他们们使使用用的的方方法法是是：人人卵卵体体外外受受精精后后，将将胚胚胎胎培培育育到到囊囊胚胚阶阶段段，提提取取 inner inner cell cell massmass细细胞胞，建建立立细细胞胞株株。经经测测试试这这些些细细胞胞株株的的细细胞胞表表面面 marker marker 和和酶酶活活性性，证证实实它它们们就就是是胚胚胎胎干干细细胞胞。用用这这种种方方法法，每每个个胚胚胎胎可可取得取得15152020个细胞用于培养。个细胞用于培养。vJohn John D. D. GearhartGearhart在在 Johns Johns HopkinsHopkins大大学学领领导导另另一一个个研研究究小小组组也也从从人人胚胚胎胎组组织织中中建建立立了了干干细细胞胞株株。他他们们的的方方法法是是：从从受受精精后后5 59 9周周人人工工流流产产的的胚胚胎胎中中提提取取生生殖殖母母细细胞胞( ( primordial primordial germ germ cell cell ) )。由由此此培培养养的的细细胞胞株株，证证实实具具有有巨巨能干细胞的特征。能干细胞的特征。 怎样得到怎样得到 pluripotentpluripotent stem cell? stem cell?生命伦理学原则的应用：生命伦理学原则的应用：人类胚胎干细胞研究问题人类胚胎干细胞研究问题支持和反对治疗性克隆的论证支持和反对治疗性克隆的论证人类胚胎的道德地位人类胚胎的道德地位“韩国克隆之父黄禹锡韩国克隆之父黄禹锡”胚胎是胚胎是“人人”吗？吗？v胚胎是人胚胎是人( (person)person)？胚胎是生命？什么是人？具有特胚胎是生命？什么是人？具有特定人类基因组、具有意识能力或潜在的意识能力、处定人类基因组、具有意识能力或潜在的意识能力、处于社会关系中的实体于社会关系中的实体( (出生为准出生为准) )。胚胎是人类生物学。胚胎是人类生物学生命生命( (human biological life)human biological life)，但尚未成为人、人类但尚未成为人、人类人格生命人格生命( (human personal life)human personal life)。v胚胎具有一定价值胚胎具有一定价值，应得到一定的尊重应得到一定的尊重( (due respect, due respect, 如尸体如尸体) )。没有充分的理由不能操纵和毁掉。有效治疗。没有充分的理由不能操纵和毁掉。有效治疗疾病是一个充分理由。处置它要有一定程序和要求疾病是一个充分理由。处置它要有一定程序和要求( (due procedure)due procedure)。但不具有与人一样的价值，毁掉胚但不具有与人一样的价值，毁掉胚胎不是胎不是“杀人杀人”。然而毁掉要按一定程序去做。然而毁掉要按一定程序去做。应有的尊重和应有的处理程序应有的尊重和应有的处理程序v应有的尊重指适当的尊重：在完全尊重（人）与不必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、尊重（如一块孤立的石头）之间：非人动物、胎儿、胚胎、尸体等。胚胎、尸体等。v人类胚胎用作研究必须是体外的，不能超过人类胚胎用作研究必须是体外的，不能超过1414天天；v不用人类胚胎，重要研究的目的就不可能达到；不用人类胚胎，重要研究的目的就不可能达到；v不是商品，不能买卖；不是商品，不能买卖；v科学家应采取必要的行动纪念那些胚胎的贡献；科学家应采取必要的行动纪念那些胚胎的贡献；v必要的程序是指专门的埋葬或活化，也应有简单庄严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。的仪式。观点观点理由理由1.1.不不符合符合伦理伦理道德道德(1)(1)把试管婴儿当作人体零配件工厂把试管婴儿当作人体零配件工厂, ,是对生命的是对生命的不尊敬不尊敬;(2);(2)早期的生命也有活下去的权利早期的生命也有活下去的权利, ,抛弃抛弃或杀死多余的胚胎或杀死多余的胚胎, ,无异于谋杀无异于谋杀”;(3);(3)有人会滥有人会滥用设计试管婴儿技术用设计试管婴儿技术, ,而设计婴儿性别而设计婴儿性别; ;2.2.符符合伦合伦理道理道德德(1)(1)设计试管婴儿是为了救人设计试管婴儿是为了救人, ,是救治患者的最好是救治患者的最好, ,最快捷的办法之一最快捷的办法之一;(2);(2)提供骨髓中造血干细胞提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤并不会对试管婴儿造成损伤;(3);(3)脐带血乃试管婴脐带血乃试管婴儿的儿的”身外之物身外之物”. .3.3.中中国政国政府的府的观点观点中国卫生部在中国卫生部在体外受精体外受精-胚胎移植及其衍生胚胎移植及其衍生技术规范技术规范中规定中规定, ,”实施体外受精实施体外受精-胚胎移胚胎移植及其衍生技术必须获得卫生部批准证书植及其衍生技术必须获得卫生部批准证书”. .v3.3.主要用途主要用途v(1)(1)治疗人类的某些顽症治疗人类的某些顽症v(2)(2)培育出人造组织器官，用于器官移植培育出人造组织器官，用于器官移植v(3)(3)是研究体外细胞分化的理想材料是研究体外细胞分化的理想材料v【自我检测自我检测】v1、人体细胞中分化程度最低的是：（、人体细胞中分化程度最低的是：（ ）vA、胚胎干细胞、胚胎干细胞 B、造血干细胞、造血干细胞 C、胰腺细胞、胰腺细胞 D、肌、肌肉细胞肉细胞v2、按照细胞分化潜能由大到小排列顺序，正确的是：、按照细胞分化潜能由大到小排列顺序，正确的是：（ ）vA、全能干细胞、全能干细胞专能干细胞专能干细胞多能干细胞多能干细胞 B、多能、多能干细胞干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞专能干细胞专能干细胞vC、胚胎干细胞、胚胎干细胞骨髓造血干细胞骨髓造血干细胞髓系祖细胞髓系祖细胞 vD、胚胎干细胞、胚胎干细胞多能干细胞多能干细胞造血干细胞造血干细胞v3、胚胎干细胞是全能干细胞，可定向诱导分化为各种、胚胎干细胞是全能干细胞，可定向诱导分化为各种细胞、组织、器官甚至于个体。胚胎干细胞研究的目的细胞、组织、器官甚至于个体。胚胎干细胞研究的目的不包括：（不包括：（ ）vA、为烧伤病人植皮、为烧伤病人植皮 B、为肾病患者进行肾移植、为肾病患者进行肾移植 vC、为不孕者培育婴儿、为不孕者培育婴儿 D、研究细胞分化机制、研究细胞分化机制v4 4、下列对、下列对“人类胚胎干细胞人类胚胎干细胞”这一概念的理解正确这一概念的理解正确的是：（的是：（ ）vA A、人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的、人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团vB B、人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚内侧、人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚内侧的内细胞团的内细胞团vC C、人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞vD D、人类胚胎干细胞不仅指人类囊胚中未分化的细胞、人类胚胎干细胞不仅指人类囊胚中未分化的细胞、也指成人身上的成年干细胞也指成人身上的成年干细胞v5 5、下列关于胚胎干细胞的应用中最具争议的是（、下列关于胚胎干细胞的应用中最具争议的是（ ）vA A、利用干细胞治疗疾病、利用干细胞治疗疾病 B B、加速改良和生产优、加速改良和生产优良动物品种良动物品种 vC C、骨髓移植、骨髓移植 D D、人胚胎干细胞克隆、人胚胎干细胞克隆v6 6、胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出、胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化发育成各种不同的组织细胞，。下图所示为干细胞的发育成各种不同的组织细胞，。下图所示为干细胞的培养过程，请问图中哪一段的细胞是全能干细胞：培养过程，请问图中哪一段的细胞是全能干细胞： （ ） 人体人体 体细胞体细胞 细胞核细胞核 去核卵细胞去核卵细胞 各种血细胞各种血细胞 血液组织干细胞血液组织干细胞 内细胞群内细胞群 囊胚囊胚 神经细胞等神经细胞等 神经组织干细胞等神经组织干细胞等 A A、囊胚、囊胚 B B、内细胞群、内细胞群 C C、血液组织干细胞、血液组织干细胞 D D、各种血细胞、各种血细胞v7下列对于干细胞具有的能力的描述，正确下列对于干细胞具有的能力的描述，正确的是的是()v具有自我更新能力具有自我更新能力能进行新陈代谢能进行新陈代谢具有分化发育潜能具有分化发育潜能能进行细胞呼吸能进行细胞呼吸vABvCDDv8.胚胎干细胞功能特性不包括胚胎干细胞功能特性不包括()vA具有发育的全能性具有发育的全能性vB体外培养可以分化成各种组织、器官体外培养可以分化成各种组织、器官vC冷冻保存可以进行遗传改造冷冻保存可以进行遗传改造vD可以进行增殖可以进行增殖v解析：选解析：选B。胚胎干细胞的功能特性包括具有。胚胎干细胞的功能特性包括具有发育的全能性，能够发育成任何细胞或组织；发育的全能性，能够发育成任何细胞或组织；能够冷冻保存，进行遗传改造；在体外培养只能够冷冻保存，进行遗传改造；在体外培养只增殖不分化。增殖不分化。v9.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是正确的是()vA卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加增加vB胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割vC胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点合成旺盛等特点vD胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取胎中分离获取D