1、漫談干細(xì)胞,細(xì)胞功能,細(xì)胞的成長與分裂, 30,000個基因,細(xì)胞是機體組成的基本單位,什么是干細(xì)胞？,干細(xì)胞是未成熟細(xì)胞，它未充分分化，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能; 在人的一生中，皮膚、小腸和血液等組織需要不斷地更新，這個任務(wù)是由干細(xì)胞完成的。,增殖,分化,干細(xì)胞的定義,干細(xì)胞（Stem cell）即起源細(xì)胞 在細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了彌補這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞。 干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。,干細(xì)胞的特點,干細(xì)胞有以下特點： （1）干細(xì)胞本身不是處于分化途徑的終端。 （2）

2、干細(xì)胞能無限的增殖分裂。 （3）干細(xì)胞可連續(xù)分裂幾代，也可在較長時間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)。 （4）干細(xì)胞通過兩種方式生長 ，一種是對稱分裂-形成兩個相同的干細(xì)胞，另一種是非對稱分裂-由于細(xì)胞質(zhì)中的調(diào)節(jié)分化蛋白不均勻地分配，使得一個子細(xì)胞不可逆的走向分化的終端成為功能專一的分化細(xì)胞；另一個保持親代的特征，仍作為干細(xì)胞保留下來。分化細(xì)胞的數(shù)目受分化前干細(xì)胞的數(shù)目和分裂次數(shù)控制?？梢哉f，干細(xì)胞是具多潛能和自我更新特點的增殖速度較緩慢的細(xì)胞。,干細(xì)胞的分類,全能干細(xì)胞(totipotent) 多能干細(xì)胞(pluripotent) 單能干細(xì)胞(multipotent),按分化潛能,按發(fā)育狀態(tài),胚胎干細(xì)胞 成體

3、干細(xì)胞,造血干細(xì)胞,胚胎干細(xì)胞,ES細(xì)胞是一種高度未分化細(xì)胞： 它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞； 研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一； 在未來幾年，ES細(xì)胞移植和其它先進生物技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性進步。,成體干細(xì)胞,成年動物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。 在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。,干細(xì)胞的用途,治療遺傳性疾病和惡性腫瘤； 以干細(xì)胞為種子培育成組織和器官， 用于

4、移植醫(yī)學(xué)； 抗衰老，延年益壽。,干細(xì)胞的應(yīng)用,器官修補更新 人造器官與組織的來源 新藥開發(fā) 基因功能研究 基因治療的工具 毒理、藥理研究 癌癥研究,干細(xì)胞工程,干細(xì)胞治療的進展,科學(xué)家們認(rèn)識到干細(xì)胞可能成為一種“拯救生命”的有效的疾病治療手段。 例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進行自體骨髓移植時所致的瘤細(xì)胞（尤其是白血病細(xì)胞）污染。 例如：成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中存在的干細(xì)胞，在某些因素誘導(dǎo)作用下，可增殖和定向分化，給神經(jīng)退行性疾病(如帕金森氏病)、骨髓損傷患者帶來新的希望。,造血干細(xì)胞,造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源，它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。 造血干

5、細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性轉(zhuǎn)移性腫瘤疾病的最有效方法。 與骨髓移植和外周血干細(xì)胞移植相比，臍血干細(xì)胞移植的長處在于無來源的限制，對HLA配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。,神經(jīng)干細(xì)胞,神經(jīng)干細(xì)胞的研究尚處初級階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)細(xì)胞，可治愈部分患者的癥狀。,干細(xì)胞的分離和獲取,1998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人的多能干細(xì)胞： James A. Thomson在 Wisconsin大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精

6、后，將胚胎培育到囊胚階段，提取 inner cell mass細(xì)胞，建立細(xì)胞株。經(jīng)測試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面 marker 和酶活性，證實它們就是全能干細(xì)胞。用這種方法，每個胚胎可取得1520干細(xì)胞用于培養(yǎng)。 John D. Gearhart在 Johns Hopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的另一個研究小組也從人胚胎組治中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是：從受精后59周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞( primordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實具有全能干細(xì)胞的特征。,干細(xì)胞來源,臍帶血干細(xì)胞: 臍帶血具有分化能力的細(xì)胞，能分化成身體各器官或特殊功能的細(xì)胞。 外周血干細(xì)胞: 補充骨髓造血

7、細(xì)胞，且干細(xì)胞只能自己使用。 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞： 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療和骨髓造血干細(xì)胞治療不同，前者的干細(xì)胞技術(shù)目前可籍體外誘導(dǎo)、分化成軟骨、骨骼、肌肉、心臟等細(xì)胞；而后者則是現(xiàn)在較熟知的骨髓移植，差別在于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞沒有造血功能，骨髓造血干細(xì)胞則無法分化出骨骼、軟骨等組織細(xì)胞。 胚胎干細(xì)胞： 從廢棄的胚胎組織中細(xì)胞培養(yǎng)，是最原始的狀態(tài)，易誘導(dǎo)、分化成其它細(xì)胞，具多重分化功能，如神經(jīng)、肌肉、肝組織、軟骨、骨骼、腎臟、心臟等細(xì)胞，都可分化出來。胚胎干細(xì)胞除有倫理爭議，包括已死的胚胎歸屬權(quán)問題，更有疾病傳染的不可控因素。,hematopoietic stem cells,克隆技術(shù)的發(fā)展,克隆來

8、源與英語“clone”或“cloning”的音譯，曾譯為無性生殖或無性繁殖，即由同一個祖先細(xì)胞分裂而形成的純細(xì)胞系，這個細(xì)胞系每個細(xì)胞的基因彼此是相同的。 克隆技術(shù)第一個發(fā)展時期微生物克隆。 克隆技術(shù)第二個發(fā)展時期生物技術(shù)克隆。 克隆技術(shù)第三個發(fā)展時期動物克隆。,Dolly：1996年7月5日世界上第一只克隆羊Dolly由英國愛丁堡大學(xué)的伊恩博士研制成功，2003年2月14日由于肺結(jié)核而被安樂死，它的標(biāo)本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。,克隆羊多利（Dolly）的誕生,英國Roslin研究所克隆羊多利(Dolly)的誕生揭示一個全新概念：由成年機體的一個體細(xì)胞核，可以復(fù)制

9、一個基因完全相同的新生命個體。 克隆鼠、克隆牛等實驗的成功進一步驗證了其科學(xué)性將體細(xì)胞核移植去核卵細(xì)胞形成的克隆細(xì)胞，其基因組DNA與細(xì)胞核供體一致，由克隆細(xì)胞復(fù)制出可供移植、無免疫排斥的各種組織細(xì)胞、器官，是21世紀(jì)生命科學(xué)的一個新里程碑。,Dolly 的啟示,成體干細(xì)胞 心肌細(xì)胞可以修復(fù)嗎? 實驗： CD133+是stem cell的一個表面標(biāo)志.從人類的肝臟 取CD133+細(xì)胞先培養(yǎng)(VEGF)，然后種植在老鼠耳 朵上。,用羊水干細(xì)胞培育出多種人體組織,2007年，美國科學(xué)家阿塔拉從女性子宮的羊水中提取出干細(xì)胞，并用這些干細(xì)胞培育出多種人體組織。提取羊水無損母親健康，該成果不僅避免了關(guān)于

10、胚胎干細(xì)胞的倫理爭論，而且為今后的醫(yī)學(xué)治療開辟了新途徑。 這項研究由美國維克森林大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家共同進行，研究成果發(fā)表在自然遺傳學(xué)期刊上。研究發(fā)現(xiàn)，從羊水中提取的干細(xì)胞含有大量與胚胎干細(xì)胞相同的成分，可以培育成各種人體組織，如大腦、肝臟和骨骼等。,安東尼阿塔拉,第一種方式：治療性復(fù)制 (therapeutic cloning)，也就是利用體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移 (SCNT)的技術(shù)，先將捐贈者的卵子DNA移除或破壞，再將病患本身的體細(xì)胞DNA微注射至卵子里，最后再從這些卵子分裂得到的囊呸里分離出為病患量身打造的胚胎干細(xì)胞。未來如何將這項技術(shù)應(yīng)用在人類的身上和提高體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移的成功率，將是最具挑戰(zhàn)性的

11、關(guān)鍵技術(shù)。 第二種方案：將體細(xì)胞 ”返老還童”變成胚胎干細(xì)胞。,為病患訂做胚胎干細(xì)胞,誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells),2006年，日本京都大學(xué)山中伸彌（Shinya Yamanaka)發(fā)現(xiàn)將四個基因送入已分化完全的小鼠纖維母細(xì)胞，即可以把纖維母細(xì)胞重新設(shè)定變回具全能性的類胚胎干細(xì)胞。 2007年，山中伸彌研究小組和美國波士頓的 Rudolf Jaenisch的研究團隊分別制造了第二代iPS細(xì)胞，不但具有和胚胎干細(xì)胞幾乎一樣的基因印痕模式，它們也可順利地和成鼠形成嵌合體并產(chǎn)生后代。這項結(jié)果顯示藉由老鼠體細(xì)胞 ”返老還童”的

12、第二代 iPS細(xì)胞已經(jīng)跟胚胎干細(xì)胞幾乎是具有一模一樣的特質(zhì)了! 2007年11、12月山中伸彌研究團隊再次成功地利用3-4個基因?qū)肴祟惼つw細(xì)胞病將其成功地轉(zhuǎn)變成 iPS細(xì)胞! 同時，美國威斯康新的James Thomson研究團隊利用4個基因?qū)⑷祟愺w細(xì)胞重新設(shè)定變回干細(xì)胞！ 4 2007年底，美國波士頓 George Daley實驗室利用山中伸彌建立的技術(shù)，從病人門診時取得的皮膚細(xì)胞量身訂作一個私人的干細(xì)胞庫，讓 iPS細(xì)胞用來治療人類退化性疾病已經(jīng)邁入真正的臨床新紀(jì)元了！,誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞實驗流程,中國科學(xué)家的貢獻- iPS細(xì)胞的全能性,2009年6月15日J(rèn)ournal of Mole

13、cular Cell Biology：上海生化與細(xì)胞所研究人員將豬的細(xì)胞誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變成了多能干細(xì)胞，為建立人類遺傳病模型、培育供人類器官移植的轉(zhuǎn)基因動物以及開發(fā)耐受豬流感等疾病的豬開創(chuàng)一條道路。2009年7月23日Nature：周琪、曾凡一研究小組自主構(gòu)建了37株iPS細(xì)胞系；然后把其中6株的iPS細(xì)胞分別注入1500多枚四倍體囊胚，進而植入一群代孕白鼠的子宮。27只黑鼠確實由iPS細(xì)胞發(fā)育而來。它們由此成為世界上第一批完全由iPS細(xì)胞孕育而成的活體小鼠，有力地證明了iPS細(xì)胞具有真正的“全能性”。27只黑鼠先后與普通白鼠成功配種，陸續(xù)生下數(shù)百只第二和第三代小鼠?！笆蟀职帧鄙駷椤笆鬆敔敗保^起了

14、“兒孫繞膝”的幸福生活。 2009年7月23日Cell Stem Cell：高紹榮組重編程了小鼠細(xì)胞，從而分離出了5個新的iPSC系。利用其中一個細(xì)胞系能夠培育出存活到出生的四倍體互補胚胎，而且一個胚胎還存活到了成年。,定制治療用iPS實驗流程,在世紀(jì)之交，人類基因組計劃引起全世界的關(guān)注，它被譽為是與阿波羅計劃、曼哈頓計劃并列人類歷史三大計劃，但就這一個全世界關(guān)注的科學(xué)成果，卻在1999年度美國科學(xué)雜志評選的1999年度世界十大科學(xué)突破中僅排位第二。而干細(xì)胞生物學(xué)被1999年美國科學(xué)推舉為二十一世紀(jì)最重要的十項科學(xué)領(lǐng)域之首，使 “人類基因組計劃” 位居其后。 2008年干細(xì)胞研究成果再度入選科

15、學(xué)、自然評選的當(dāng)年十大科技成就。 干細(xì)胞研究具有不可估量的醫(yī)學(xué)價值，干細(xì)胞具有非凡的再生能力，可以培養(yǎng)出各種特定的細(xì)胞組織。將促使科學(xué)家們重新認(rèn)識細(xì)胞生長、分化的基本生命原理。,干細(xì)胞研究,腫瘤：機體在各種致癌因素作用下，局部組織的 細(xì)胞異常增生形成的新生物 腫瘤來源于腫瘤干細(xì)胞 腫瘤由腫瘤干細(xì)胞驅(qū)動形成,腫瘤干細(xì)胞假說,干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的相似性,自我更新； 產(chǎn)生分化程度不同、表型特征不同、增殖潛能不 同的細(xì)胞，以及構(gòu)成組織； 激活抗凋亡途徑； 遷移和轉(zhuǎn)移。,存在于腫瘤組織中、數(shù)量稀少的、具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞群體 具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細(xì)胞和腫瘤不斷擴大的源泉,腫瘤干細(xì)胞,

16、系列稀釋的小鼠白血病細(xì)胞移植到同品系的動物體內(nèi)，移植細(xì)胞僅有1-4能形成脾臟克隆,從小鼠腹水中分離骨髓瘤細(xì)胞,體外集落培養(yǎng)僅1/10000-1/1000 癌細(xì)胞能形成集落,而且與在體內(nèi)利用脾臟培養(yǎng)的克隆形成率一致,從急性淋巴細(xì)胞白血病病人中分離出不同種類的白血病細(xì)胞，表面標(biāo)記為CD34CD38-的細(xì)胞移植到NOD/SCID小鼠后能夠形成克隆，而其他細(xì)胞都不具有致瘤性,正式提出Cancer Stem Cell的概念,從乳腺癌患者分離CD44CD22-/low的癌細(xì)胞200個，然后移植于小鼠身上形成乳腺癌；再從小鼠乳腺癌內(nèi)分離癌細(xì)胞200個，又可形成腫瘤,研究腫瘤干細(xì)胞的意義,了解無限增殖是正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞共同特性, 有助于闡明腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制。 了解腫瘤干細(xì)胞的特性及其在腫瘤中的分布、數(shù)量, 有利于對腫瘤的診斷和判斷預(yù)后、調(diào)節(jié)化放療劑量。,47,48,傳統(tǒng)治療的對象是腫瘤的整體。但大多數(shù)腫瘤細(xì)胞并無腫瘤源性, 其生長 依賴于少量干細(xì)胞樣的細(xì)胞。而目前的治療并未有效地攻擊這些細(xì)胞。 腫瘤組織中存在著腫瘤干細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞是腫瘤生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的根源； 腫瘤干