干细胞
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Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006 126:663.
2007年,人类iPS细胞诱导成功
Yamanaka研究组 Oct4,Sox2, c-Myc, Klf4
奥巴马为干细胞研究解禁 potential to help victims of debilitating illnesses and catastrophic injuries. "When government fails to make these investments, opportunities are missed."
• 美国FDA批准Geron:
胚胎干细胞 运动神经元 治疗瘫痪病人
免疫排斥:受者对供者 组织器官产生的排斥反应
• 使用iPS技术
iPS细胞
运动神经元
个性化治疗方案 无免疫排斥
iPS应用的隐患
② ①
导入四种基因
筛选, 扩增
①感染病毒,基 因插入等带来安 全隐患:致癌
体细胞
培养
更安全的方法, 蛋白质/小分子制 iPS细胞 备iPS
ES细胞具有细胞系的特征
在饲养层上能维持未分化状 态并实现自我更新。可无限 增殖,也可冷冻保存。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞
RA
胚胎干细胞---------------神经细胞
DMSO
胚胎干细胞---------------肌肉细胞
按发育阶段:
•胚胎干细胞
(embrionic stem cells, ES)
来源于受精5~7天的胚泡
胚胎干细胞
ES embryonic stem cells 受精后5-7天 全能性
胚胎生殖干细胞 EG embryonic germ cells 受精后4-9周 多能性
•成体干细胞
(adult stem cells, AS)
我是因为等不及胚 胎干细胞研究出成 果而死的,你呢?
我就是那 个胚胎。
让我们为那些研究干细 胞的罪人祈祷!
上帝啊,请帮助他 们找到治疗我爸老 年痴呆症的方法 找到治疗我妈帕 金森症的方法 治疗我的癌症
胚胎来源有限 和免疫排斥 成为限制条件
有其它办法吗?
多利羊和克隆
基因母亲 代孕母亲
1996 英国
借卵母亲
体细胞核移植技术(克隆)
卵细胞 除去核
胚胎干细胞
体内发育 把核注入无核 的卵细胞 体细胞
发育成动物
单细胞胚胎
特点:遗传物质(DNA)全部来自体细胞 用该方法,已成功克隆出: 小鼠,大鼠,绵羊,山羊,猫,狗,猪,牛,兔,马,猴。。。 用于人? 人的胚胎干细胞(治疗性克隆)?
胚胎干细胞的新来源
来源于机体成熟组织器官中的未分化细胞 多能/单能
胚胎干细胞
从胚胎着床前胚胎的内细胞团经体外分化抑制培养分离的一种全 能性细胞,可以分化成任何一种组织类型的细胞。
如何获得胚胎干细胞?
胚胎
1998年 James Thomson 发明
显微镜下观察
胚胎干细胞的特点
功能特征 全能性:分化为成年动物体 内任何一种细胞类型的能力
什么是干细胞?
干细胞(Stem cell)即起源细胞,
是一类具有自我更新和分化潜能的细
胞。 在细胞的分化过程中,细胞往往
由于高度分化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。
干细胞的主要特征 分化特征:全能性或多潜能性
全能干细胞
利用人体表皮制造“类胚胎干细胞”取得成功
两个科学家小组分别利用人类表皮细胞制得了类胚胎干细胞
iPS VS ES
iPS细胞多大程度上等同于ES细胞:
• • • • 表达相同的多能性marker 全基因组比对:几乎相同 全能性:都可以培育出小鼠个体(中国首次报道) 少量不同:定向分化能力有强弱
iPS细胞与胚胎干细胞相似的严格证明
TGF-B1, VEGF, 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
(Totipotent stem cell) 具有形成完整个体的分化潜能,如受精卵
多能干细胞
(pluripotent stem cell)
具有分化出多种细胞组织的潜能,如造血干 细胞、神经干细胞。 只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化, 如神经元干细胞只能分化成神经元。
单能干细胞
(multipotent stem cell)
我国科学家首次证明iPS细胞全能性
对鼠的iPS进行实验验证
2009 中科院动物所周琪证明: iPS细胞和胚胎干细胞相似 iPS具有胚胎干细胞的功能 小小
iPS细胞的应用
研究发育的机制 Drug Screening 药物筛选/毒性测试
Disease Modeling 疾病模型 例如:长QT 综合症
iPS
Cell Based Therapy Personalized Medicine
心肌细胞
神经元 胰岛 细胞
肝脏 细胞
治疗帕金森病等 治疗糖尿病
治疗心脏相 关疾病
治疗肝脏相关疾病
iPS细胞的应用
健康细胞 治疗
健康的iPS细胞
治疗
修正 缺陷
有缺陷的细胞
有缺陷的iPS细胞
研究疾病
免疫排斥:Personalized Medicine
新闻回顾
奥巴马政府大力支持干细胞研究
• 2009年3月奥巴马解除小布什对干细胞研究的禁令
• 2011年美国联邦政府拨款11亿美元用于干细胞相 关的研究(根据NIH数据)
新闻回顾
韩国首尔大学科学家黄禹锡(Woo Suk Hwang)
新闻回顾
干细胞领域的新篇章-iPS细胞
iPS (induced pluripotent stem cells) : 诱导多能性干细胞是一种特殊的干细胞
② 手术取体细胞 iPS带有记忆性
改善方法从简单获得 的体细胞诱导iPS 选择合适的体细胞诱 导分化 功能性细胞
iPS VS ES
获取 iPS细胞:
来源广泛 需要卵细胞 获取胚胎 干细胞:
特性、 功能 一样
破坏胚胎 伦理争议
造血干细胞
(Hematopoietic stem cell, HSC)
造血系统中的未分化细 胞,能够自我更新并分 化生成各种血细胞。
人兽混合胚胎研究进展
2003年中国科学家盛慧珍首次发表相关 科学论文得到人兔混合胚胎
盛慧珍得到的人兔混合胚胎
发育中的人兔混合胚胎
从人兔混合胚胎 得到的胚胎干细胞
其它人兽混合胚胎
• • • • • 2003 美国 扎沃斯 2004 美国 杰弗里· 普拉特 2004 美国 伊斯梅尔· 赞贾尼 2005 中国 黄淑帧和曾凡一 2008 英国 特拉维夫 。。。。。。 人/牛混合胚胎 人/猪混合胚胎 人/绵羊混合胚胎 人/山羊混合胚胎(发表) 人/牛混合胚胎
中胚层(2周)
HSC
胚肝(4周) 造血器官(5个月)
HSC移植分类
根据HSC来源分类: 骨髓移植(BMT) 脐带血干细胞移植(CBCST) 外周血干细胞移植(PBSCT) 来源受限 移植物排斥 采集安全简便 造血及免疫功能恢复快
骨髓移植治疗白血病的原理就是骨髓组织中含有造血干细胞,造血干细胞具有向 各种血液细胞分化的潜能,用正常的骨髓替代异常的骨髓后,可以重建病人的造 血免疫系统,治愈恶性血液病。
第二种,“嵌合体”,将一种动物的胚胎干细胞注入另一种正 在发育的动物胚胎中,令其发育为两种动物细胞混杂的胚胎, 其最终目的是为人体器官修复提供备件,还没有给这类实验 “开绿灯”。
第三种,这次批准的实验类型,运用体细胞核转移技术,将一 种动物的细胞核注入去核的牛或兔、羊的卵母细胞,以培养极 早期胚胎(囊胚),并从中提取胚胎干细胞。
iPS细胞
• 诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells);iPS cells; • 2006 日本 Yamanaka S 发明 • iPS细胞与胚胎干细胞极其类似,在众多方 面可取代胚胎干细胞。
iPS的研究进展
2006年, 小鼠iPS细胞诱导成功
Yamanaka研究组采用体外基因转染技术, 从24个因子中筛选出, 通 过逆转录病毒将Oct4,Sox2, c-Myc, Klf4等4个转录因子导入胚胎小鼠 成纤维细胞或成年小鼠尾部皮肤成纤维细胞, 在小鼠ES细胞的培养 条件下获得了多潜能干细胞系。
• 美国FDA批准 Advanced Cell Technology:
胚胎干细胞 视网膜细胞 治疗视力障碍病人
• 法国批准 George Pompidou医院:
胚胎干细胞 心肌细胞 治疗心脏病
为何有争议?
Absolutely NO!
Stupid policy!
VS
小布什为干细胞研究颁布禁令
human dignity and our moral values; compel American taxpayers
基因转染
胚胎干细胞---------------胰岛素分泌细胞
胚胎干细胞的用途
研究发育分 化的机制 药物筛选/毒性测试
胚胎干细胞
心肌细胞
神经元
胰岛 细胞
肝脏 细胞 治疗心脏相 关疾病
治疗帕金森病等 治疗糖尿病
治疗肝脏相关疾病
正在开展的ES临床试验
• 美国FDA批准 Geron:
GRNOPC1
胚胎干细胞 运动神经元 治疗瘫痪病人
干细胞工程
江 维
新闻回顾
人兽混合胚胎
英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎 法案 图为投票现场 英国首相戈登·布朗亲临现场投票
20 May 2008
英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说: “(英国)每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗, 有35万阿尔茨海默症(老年痴呆症)患者, 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ———这些人都能从新法案中获益。”
20 May 2008
英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说: “(英国)每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗, 有35万阿尔茨海默症(老年痴呆症)患者, 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ——— 这些人都能从新法案中获益。”
异种混合胚胎的实验实际上有三个等级: 第一种,某种动物的精子与另一种动物的卵子结合为受精卵, 这类研究在伦理上是最不允许的,而且存在多种技术障碍。
Takahashi K
Yamanaka S
“生物学第一架飞机”
新闻回顾
近几年评出的十大科技进展
三次包括iPS细胞; iPS细胞在榜单上的位置分别如下: • 2007 第二 • 2008 第一 • 2010 第九 凸显了iPS细胞的重大意义、热门、发展迅速
• 干细胞究竟是什么? • 干细胞为什么如此重要? • 胚胎干细胞 • 造血干细胞 • 人兽混合胚胎和iPS有何用途?
Induction ofpluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007; 131: 861.
Thomson研究组 Oct4,Sox2,Nanog,Lin28
Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science 2007; 318: 1917.
伦理危机
半兽人? 新物种?
德国等国家严厉禁止人兽混合胚胎研究;
英国等允许的国家制定严格的规范,如发育超过14天的胚胎必须销毁;
人兽混合胚胎研究的没落
• 伦理阻力:担心出现新物种、转基因婴儿等; • 技术局限性 • 新技术(iPS)的出现
有没有相对简单,又可 摆脱材料来源和伦理 学诸多限制,重编程 的效率和程度都十分 可观的新方法呢?
The Nobel Prize, 1990
人的卵细胞 除去核
体内发育 把核注入无核 的卵细胞 人的体细胞
胚胎干细胞
单细胞胚胎
同样:破换人胚胎,违反伦理,缺人卵细胞 X
动物的卵细胞除去核
体内发育 把核注入无核 的卵细胞
胚胎干细胞
单细胞胚胎
人兽混合胚胎
人的体细胞
新闻回顾
人兽混合胚胎
英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎法案 图为投票现场
英国首相戈登· 布朗亲临现场投票
2007年,人类iPS细胞诱导成功
Yamanaka研究组 Oct4,Sox2, c-Myc, Klf4
奥巴马为干细胞研究解禁 potential to help victims of debilitating illnesses and catastrophic injuries. "When government fails to make these investments, opportunities are missed."
• 美国FDA批准Geron:
胚胎干细胞 运动神经元 治疗瘫痪病人
免疫排斥:受者对供者 组织器官产生的排斥反应
• 使用iPS技术
iPS细胞
运动神经元
个性化治疗方案 无免疫排斥
iPS应用的隐患
② ①
导入四种基因
筛选, 扩增
①感染病毒,基 因插入等带来安 全隐患:致癌
体细胞
培养
更安全的方法, 蛋白质/小分子制 iPS细胞 备iPS
ES细胞具有细胞系的特征
在饲养层上能维持未分化状 态并实现自我更新。可无限 增殖,也可冷冻保存。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞
RA
胚胎干细胞---------------神经细胞
DMSO
胚胎干细胞---------------肌肉细胞
按发育阶段:
•胚胎干细胞
(embrionic stem cells, ES)
来源于受精5~7天的胚泡
胚胎干细胞
ES embryonic stem cells 受精后5-7天 全能性
胚胎生殖干细胞 EG embryonic germ cells 受精后4-9周 多能性
•成体干细胞
(adult stem cells, AS)
我是因为等不及胚 胎干细胞研究出成 果而死的,你呢?
我就是那 个胚胎。
让我们为那些研究干细 胞的罪人祈祷!
上帝啊,请帮助他 们找到治疗我爸老 年痴呆症的方法 找到治疗我妈帕 金森症的方法 治疗我的癌症
胚胎来源有限 和免疫排斥 成为限制条件
有其它办法吗?
多利羊和克隆
基因母亲 代孕母亲
1996 英国
借卵母亲
体细胞核移植技术(克隆)
卵细胞 除去核
胚胎干细胞
体内发育 把核注入无核 的卵细胞 体细胞
发育成动物
单细胞胚胎
特点:遗传物质(DNA)全部来自体细胞 用该方法,已成功克隆出: 小鼠,大鼠,绵羊,山羊,猫,狗,猪,牛,兔,马,猴。。。 用于人? 人的胚胎干细胞(治疗性克隆)?
胚胎干细胞的新来源
来源于机体成熟组织器官中的未分化细胞 多能/单能
胚胎干细胞
从胚胎着床前胚胎的内细胞团经体外分化抑制培养分离的一种全 能性细胞,可以分化成任何一种组织类型的细胞。
如何获得胚胎干细胞?
胚胎
1998年 James Thomson 发明
显微镜下观察
胚胎干细胞的特点
功能特征 全能性:分化为成年动物体 内任何一种细胞类型的能力
什么是干细胞?
干细胞(Stem cell)即起源细胞,
是一类具有自我更新和分化潜能的细
胞。 在细胞的分化过程中,细胞往往
由于高度分化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。
干细胞的主要特征 分化特征:全能性或多潜能性
全能干细胞
利用人体表皮制造“类胚胎干细胞”取得成功
两个科学家小组分别利用人类表皮细胞制得了类胚胎干细胞
iPS VS ES
iPS细胞多大程度上等同于ES细胞:
• • • • 表达相同的多能性marker 全基因组比对:几乎相同 全能性:都可以培育出小鼠个体(中国首次报道) 少量不同:定向分化能力有强弱
iPS细胞与胚胎干细胞相似的严格证明
TGF-B1, VEGF, 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
(Totipotent stem cell) 具有形成完整个体的分化潜能,如受精卵
多能干细胞
(pluripotent stem cell)
具有分化出多种细胞组织的潜能,如造血干 细胞、神经干细胞。 只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化, 如神经元干细胞只能分化成神经元。
单能干细胞
(multipotent stem cell)
我国科学家首次证明iPS细胞全能性
对鼠的iPS进行实验验证
2009 中科院动物所周琪证明: iPS细胞和胚胎干细胞相似 iPS具有胚胎干细胞的功能 小小
iPS细胞的应用
研究发育的机制 Drug Screening 药物筛选/毒性测试
Disease Modeling 疾病模型 例如:长QT 综合症
iPS
Cell Based Therapy Personalized Medicine
心肌细胞
神经元 胰岛 细胞
肝脏 细胞
治疗帕金森病等 治疗糖尿病
治疗心脏相 关疾病
治疗肝脏相关疾病
iPS细胞的应用
健康细胞 治疗
健康的iPS细胞
治疗
修正 缺陷
有缺陷的细胞
有缺陷的iPS细胞
研究疾病
免疫排斥:Personalized Medicine
新闻回顾
奥巴马政府大力支持干细胞研究
• 2009年3月奥巴马解除小布什对干细胞研究的禁令
• 2011年美国联邦政府拨款11亿美元用于干细胞相 关的研究(根据NIH数据)
新闻回顾
韩国首尔大学科学家黄禹锡(Woo Suk Hwang)
新闻回顾
干细胞领域的新篇章-iPS细胞
iPS (induced pluripotent stem cells) : 诱导多能性干细胞是一种特殊的干细胞
② 手术取体细胞 iPS带有记忆性
改善方法从简单获得 的体细胞诱导iPS 选择合适的体细胞诱 导分化 功能性细胞
iPS VS ES
获取 iPS细胞:
来源广泛 需要卵细胞 获取胚胎 干细胞:
特性、 功能 一样
破坏胚胎 伦理争议
造血干细胞
(Hematopoietic stem cell, HSC)
造血系统中的未分化细 胞,能够自我更新并分 化生成各种血细胞。
人兽混合胚胎研究进展
2003年中国科学家盛慧珍首次发表相关 科学论文得到人兔混合胚胎
盛慧珍得到的人兔混合胚胎
发育中的人兔混合胚胎
从人兔混合胚胎 得到的胚胎干细胞
其它人兽混合胚胎
• • • • • 2003 美国 扎沃斯 2004 美国 杰弗里· 普拉特 2004 美国 伊斯梅尔· 赞贾尼 2005 中国 黄淑帧和曾凡一 2008 英国 特拉维夫 。。。。。。 人/牛混合胚胎 人/猪混合胚胎 人/绵羊混合胚胎 人/山羊混合胚胎(发表) 人/牛混合胚胎
中胚层(2周)
HSC
胚肝(4周) 造血器官(5个月)
HSC移植分类
根据HSC来源分类: 骨髓移植(BMT) 脐带血干细胞移植(CBCST) 外周血干细胞移植(PBSCT) 来源受限 移植物排斥 采集安全简便 造血及免疫功能恢复快
骨髓移植治疗白血病的原理就是骨髓组织中含有造血干细胞,造血干细胞具有向 各种血液细胞分化的潜能,用正常的骨髓替代异常的骨髓后,可以重建病人的造 血免疫系统,治愈恶性血液病。
第二种,“嵌合体”,将一种动物的胚胎干细胞注入另一种正 在发育的动物胚胎中,令其发育为两种动物细胞混杂的胚胎, 其最终目的是为人体器官修复提供备件,还没有给这类实验 “开绿灯”。
第三种,这次批准的实验类型,运用体细胞核转移技术,将一 种动物的细胞核注入去核的牛或兔、羊的卵母细胞,以培养极 早期胚胎(囊胚),并从中提取胚胎干细胞。
iPS细胞
• 诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells);iPS cells; • 2006 日本 Yamanaka S 发明 • iPS细胞与胚胎干细胞极其类似,在众多方 面可取代胚胎干细胞。
iPS的研究进展
2006年, 小鼠iPS细胞诱导成功
Yamanaka研究组采用体外基因转染技术, 从24个因子中筛选出, 通 过逆转录病毒将Oct4,Sox2, c-Myc, Klf4等4个转录因子导入胚胎小鼠 成纤维细胞或成年小鼠尾部皮肤成纤维细胞, 在小鼠ES细胞的培养 条件下获得了多潜能干细胞系。
• 美国FDA批准 Advanced Cell Technology:
胚胎干细胞 视网膜细胞 治疗视力障碍病人
• 法国批准 George Pompidou医院:
胚胎干细胞 心肌细胞 治疗心脏病
为何有争议?
Absolutely NO!
Stupid policy!
VS
小布什为干细胞研究颁布禁令
human dignity and our moral values; compel American taxpayers
基因转染
胚胎干细胞---------------胰岛素分泌细胞
胚胎干细胞的用途
研究发育分 化的机制 药物筛选/毒性测试
胚胎干细胞
心肌细胞
神经元
胰岛 细胞
肝脏 细胞 治疗心脏相 关疾病
治疗帕金森病等 治疗糖尿病
治疗肝脏相关疾病
正在开展的ES临床试验
• 美国FDA批准 Geron:
GRNOPC1
胚胎干细胞 运动神经元 治疗瘫痪病人
干细胞工程
江 维
新闻回顾
人兽混合胚胎
英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎 法案 图为投票现场 英国首相戈登·布朗亲临现场投票
20 May 2008
英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说: “(英国)每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗, 有35万阿尔茨海默症(老年痴呆症)患者, 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ———这些人都能从新法案中获益。”
20 May 2008
英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说: “(英国)每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗, 有35万阿尔茨海默症(老年痴呆症)患者, 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ——— 这些人都能从新法案中获益。”
异种混合胚胎的实验实际上有三个等级: 第一种,某种动物的精子与另一种动物的卵子结合为受精卵, 这类研究在伦理上是最不允许的,而且存在多种技术障碍。
Takahashi K
Yamanaka S
“生物学第一架飞机”
新闻回顾
近几年评出的十大科技进展
三次包括iPS细胞; iPS细胞在榜单上的位置分别如下: • 2007 第二 • 2008 第一 • 2010 第九 凸显了iPS细胞的重大意义、热门、发展迅速
• 干细胞究竟是什么? • 干细胞为什么如此重要? • 胚胎干细胞 • 造血干细胞 • 人兽混合胚胎和iPS有何用途?
Induction ofpluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007; 131: 861.
Thomson研究组 Oct4,Sox2,Nanog,Lin28
Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science 2007; 318: 1917.
伦理危机
半兽人? 新物种?
德国等国家严厉禁止人兽混合胚胎研究;
英国等允许的国家制定严格的规范,如发育超过14天的胚胎必须销毁;
人兽混合胚胎研究的没落
• 伦理阻力:担心出现新物种、转基因婴儿等; • 技术局限性 • 新技术(iPS)的出现
有没有相对简单,又可 摆脱材料来源和伦理 学诸多限制,重编程 的效率和程度都十分 可观的新方法呢?
The Nobel Prize, 1990
人的卵细胞 除去核
体内发育 把核注入无核 的卵细胞 人的体细胞
胚胎干细胞
单细胞胚胎
同样:破换人胚胎,违反伦理,缺人卵细胞 X
动物的卵细胞除去核
体内发育 把核注入无核 的卵细胞
胚胎干细胞
单细胞胚胎
人兽混合胚胎
人的体细胞
新闻回顾
人兽混合胚胎
英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎法案 图为投票现场
英国首相戈登· 布朗亲临现场投票