发育生物学-干细胞

干细胞命运各不相同，但分化机制相似：调控基 因指导特异性基因的转录及特定蛋白质的合成，从而 细胞逐步发展为具有专门功能的特定细胞类型。
同样，干细胞也对邻近细胞的生长信号发生反应， 导致特定基因活化及相应蛋白质合成，参与细胞分化， 运动，或与其它细胞作用以形成组织。
胚胎干细胞
（Embryonic stem cell，ESC）
从早期胚胎的内细胞群（Inner cell mass，ICM）或原 始生殖细胞（primordial germ cells PGCs）分离出来的多 潜能细胞系。
它具有与早期囊胚ICM或PGCS相似的生物学特性，在体 外能够保持正常二倍体核型和未分化状态，并且有多方向分 化潜能，在适当条件下，ES细胞可被诱导分化为多种细胞、 组织，也可以与受体胚胎嵌合，形成嵌合体。
• 定向诱导分化成特定类型细胞，用于临床疾病的治 疗，并解决免疫排斥和潜在的致肿瘤的问题。
• 成体干细胞的横向分化的能力以及与胚胎干细胞的 比较，成体干细胞能否替代胚胎干细胞？
成体干细胞
（adult stem cell，ASC）
• 成体干细胞是存在于成体动物的许多组织和器官， 具有修复和再生的能力的细胞。
• 成体干细胞: 普遍存在于机体的大多数组织器 官中
• 胚胎干细胞，又称全能干细胞，存在于 未发育成熟的胚胎，高水平表达端粒酶， 可分化为除构成脐胎盘，脐带等之外的 任何一种特定类型细胞。即能长成动物 的任何组织和器官。
• 成体干细胞：特定组织中的非特异性细 胞，能无限制地分裂和自我更新。所产 生的子细胞有两种结果，一是保持亲代 特性，仍作为干细胞；二是不可逆地向 终末方向发展，成为一至几种类型的特 定细胞。
解决胚胎来源有限的途径： 未成熟卵的体外成熟
避免免疫排斥的方法
（1）Knock-out 胚胎干细胞的组织相容性抗原 （2）Knock-in 受者的组织相容性抗原 （3）与同一来源的造血干细胞一同移植 （4）受者的体细胞核移植
ES细胞研究的趋势
• 改善ES细胞的体外培养条件，建立更有效更简便的 获得ES细胞的方法。
2002年3月，美国麻省理工学院的科学家宣布，他 们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚 胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。
目前已有报导ES细胞能在适当条件下分化为心肌细 胞，胰岛细胞，血管内皮细胞，肝细胞等。
胚胎干细胞研究的意义
• 人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人 类带来医学革命。
干细胞 （stem cell）
是一类具有自我复制能力的多潜能细 胞，在一定条件下可以分化成多种功能细
胞。
高度的增殖潜能（自我更新能力或自我维Baidu Nhomakorabea能力） 高度的分化潜能（可分化为多种组织）
Stem cell and cloning
根据个体发育过程中出现的先后次序不同，分为
• 胚胎干细胞: 是一种高度未分化细胞，具有发 育的全能性
不成熟，人们对如何避免分化不完全的胚胎干细胞在 体内导致畸胎瘤的危险性仍不清楚
人ESC用于临床的疾病治疗短期内将难以实现
胚胎干细胞研究面临的问题及解决办法
用于干细胞研究的胚胎来源困难 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？ 如何分离、纯化干细胞？ 分化后的细胞是否有致瘤性？ 干细胞在体外发育成完整的器官尚难以做到。 分化细胞移植仍有可能发生免疫排斥 伦理问题
人干细胞培养过程
胚胎干细胞的优点 —— 全能性
• 内细胞群的细胞可以发育成除了胎盘 以外的完整个体，因而这些细胞被认 为具有全能性。
Human blastocyst before and during hatching Oct4 gene expression in epiblast
“zona”
1. 体外研究人胚胎的发生发育 2. 非正常发育（通过改变细胞系的靶基因） 3. 新人类基因的发现 4. 药物筛选和致畸实验 5. 作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源
利用胚胎干细胞进行克隆性治疗 在目前尚受到多方面的限制
• 胚胎干细胞的来源以及由此带来的伦理道德问题 • 异体细胞移植而带来的免疫排斥问题 • 胚胎干细胞诱导分化的条件及分化成熟的鉴定标准尚
干细胞
自体组织移植
器官移植 异体组织移植
人工代用品
免疫排斥反应 供体数量不足 道德伦理制约
组织工程
干细胞
受精卵发育按严格的模式和时间次序发展， 发育初级的细胞并非包含成形的形体，而是具 备发育为完整个体的潜力。
这种潜力，来自一组称为干细胞的分化能 力。在个体发育整个过程中，由于干细胞的存 在使细胞分化不断进行。
胚胎干细胞系的建立过程
分离囊胚的内细胞群 与成纤维细胞共培养，ES细胞非分化增殖
分离胚胎生殖腺脊细胞
------胚胎干细胞的鉴定------定向诱导分化-------成体干细胞-----功 能细胞
胚胎干细胞的研究进展
• 1981年，人类首次成功地分离得到小鼠ES细胞。 • Martin等（1981），Roberston等（1987）先后建立了小 鼠ES细胞系。 • Iannaccone等（1994）建立了大鼠的类ES细胞系。 • 近年来，研究人员相继对猪、牛、绵羊、山羊、水貂、兔等哺 乳动物ES细胞进行了深入研究。 • Prea等（1989）尝试性地从人畸胎瘤组织中分离ES细胞，最 终建立了能分化成所有三个胚层组织的细胞系。 • 1998年，美国威斯康星大学Thomson等率先成功分离、克隆 了人胚胎干细胞，并建立了细胞系，这一研究成果立刻在国际 上引起轰动，成为世界关注的焦点。
• 成体干细胞大多数时候处于静息状态。 • 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。
Holding pipet Injection pipet
Mouse embryonic stem cells (ES cells) from the inner cell mass, growing in a culture dish
Injection of ES cells into the blastocyst cavity