干细胞 PPT课件

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Human pluripotent embryonic stem (ES) and embryonic germ (EG) cells
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ES cell =胚胎干细胞 EG cell = 胚胎生殖细胞 EC cell = 胚胎肿瘤细胞 SSEA = 阶段特异性胚胎抗原
TRA = 抑制肿瘤抗原-1 LIF = 白血病抑制因子 bFGF = 碱性成纤维细胞生长因子 EB = 胚体
有病毒感染的风险(来自饲养细胞和血清) ,需建立不依赖饲养细胞、不依赖血清生长 的胚胎细胞系
目前尚无人体治疗和临床研究的报道
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成体干细胞
分化潜能多样,主要为多能( multipotent) 干细胞 虽然数目有限,个体特异性的成体干细胞较 容易获得。需要外科方法的的介入来分离组 织 (入骨髓穿刺、鼻粘膜活检等)。细胞分 离的技术要求不高 该方面的问题较少,主要是提取成体干细胞 要获得捐助者的知情同意,分离的细胞是否 可以进行买卖等 在体外培养很难生长,在体外环境中不能自 我更新
细胞核转移技术制备猴胚胎干细胞成功
2007.10 Mario Capecchi, Martin Evans和Oliver Smithies分获诺 贝尔生理和医学奖,奖励他们在胚胎干细胞和小鼠基因“敲除”方面的 贡献
2007.11 日本科学家宣布成功把人体皮肤细胞(纤维原细胞)改 造成类似胚胎干细胞的多潜能干细胞—诱导性多潜能干细胞
BMP 骨形成蛋白 S1P 鞘氨醇-1-磷酸
外源性调控(干细胞微环境)PBDDGNFF
血小板来源的生长因子 脑源性神经营养因子
细胞因子
细胞间的相互作用
细胞外基质
环境的理化性质
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内容
第一节 干细胞生物学 第二节 干细胞工程原理与技术
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第二节 干细胞工程原理与技术
干细胞的来源 干细胞的分离和培养 干细胞定向诱导分化 干细胞检测方法
② 胚胎生殖细胞(Embryonic germ cells,EG):来自胎 儿性腺的原生殖细胞;
③ 胚胎肿瘤细胞(Embryonic Carcinoma Cells, EC):来 自畸胎瘤,但为非整倍体细胞。
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胚胎生殖细胞(Embryonic germ cells,EG) 指来自于5-10周龄的胚胎性腺区的早期生殖细胞。
发育生物学的新领域
第十九章 干细胞
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近年来在干细胞理论和技术研究方面取得 了长足的进展。 1999 年12 月,美国《科学》杂志把干细胞生物 学和以干细胞临床应用为内容的干细胞生物 工程评为20 世纪世界科学进展的最重要领域 。 已经成为继人类基因组大规模测序之后最具 活力、最有影响和最有应用前景的生命科学 研究领域之一。
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Blood Cell Differentiation from Hematopoietic Stem Cells (HSCs). 25
单能(Unipotent)干细胞—只能产生一种细胞类型 ;但是,具有自我更新属性,将其与非干细胞区分开 。如肝干细胞、胰腺干细胞、肠上皮干细胞、角膜缘 干细胞等。
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全能(Totipotent)干细胞—是指具有无限分化潜能 ,能分化成所有组织和器官的干细胞,包括胎盘。其 具有发育成完整个体的能力。
Totipotent cells have the potential to become
any type in the adult body any cell of the extraembryonic membranes (e.g., placenta).
2008.1 不需要破坏胚胎即可制备人类胚胎干细胞系(Advanced Cell Technology)
2008.1 美国科学家利用人的成纤维细胞核进行体细胞核转移技术获得了 人类的胚泡(囊胚)
2008.3 自体间充质干细胞成功治疗关节变性病
2008.10 德国科学家成功把人类睾丸细胞改造成多潜能干细胞,美国科
转移技术培育出几种人类胚胎干细胞系,后来被证实是伪造的 2006 英国科学家用脐带血干细胞分化出第一个人造肝细胞
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干细胞的起源和进展
2007.1 科学家发现在羊水中存在一种新型干细胞,它可以在研究与治疗 中替代胚胎干细胞
2007.6 3个研究小组同时报道发现小鼠正常的皮肤细胞可以重新 编程成为干细胞;同时科学家Shoukhrat Mitalipov首次报道通过体
;二是不对称分裂,一个子代细胞保持干细胞特性,另 一个成为祖细胞,最终分化成终末细胞。
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干细胞的生长分裂方式
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干细胞的分类
根据发生学来源分类
胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ESCs) 是指由胚胎内细胞团(inner cell mass,ICM)经体外抑 制培养,在传代过程中筛选出的具有多能性的细胞。
1997 白血病起源于造血干细胞的发现证实了肿瘤干细胞的存在
1998 Thomson等建立第一个人胚胎干细胞系 1996 克隆羊Dolly诞生
2000s 很多报道表明成体干细胞具有可塑性 2001 美国Advanced Cell Technology公司的科学家首次采用克隆技
术培育出人类早期胚胎(6个分裂球) 2004-2005 韩国研究者黄禹锡(Hwang Woo-suk)声称利用体细胞核
外胚层发育成神经系统、皮肤、指甲、鼻、口、肛门、眼球晶状体
和视网膜。
中胚层发育成身体的排泄系统,循环系统和运动系统。
内胚层发育成内消化道,呼吸道等。
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• 胚胎干细胞又称全能干细胞
• 它是从胚胎细胞团中分离出来、能在体 外培养的一种高度未分化细胞,是一种具 有全能性或多向性分化潜能的细胞。
受损的小鼠肝脏内,在 肝胆管周围存在FoxL1 表达阳性(水蓝色)的 肝干细胞,它们被肝纤 维细胞(品蓝)所包裹 ,构成了干细胞生存和 发挥功能的微环境。
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干细胞自我更新与分化的调控
内源性调控
Wnt 信号通路 TGF-β 转化生长因子-β bFGF 碱性成纤维细胞生长因子
细胞内多级水平的分子调控
成体干细胞(Adult stem cells) 是指存在于一种已经分化组织的未分化细胞,这种细胞 能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞 。例如:造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞 、肝干细胞、皮肤表皮干细胞、胰腺干细胞等。
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人类胚泡的形成
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人类组织分化
原肠胚期发育成3个胚层,外胚层、中胚层和内胚层:
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多潜能( Pluripotent)干细胞—是具有自我更新 能力和高度增殖以及多向分化潜能,并可以定向 诱导分化为三个胚层中所有种类的细胞,它可以 用来形成复杂的组织和器官。但与全能干细胞相 比,它失去了发育成完整个体的能力,发育潜能 受到一定限制。
自然状态下存在的三种多潜能干细胞:
① 胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES):来源于体 外受精的胚泡的内细胞团;
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干细胞工程
细胞治疗(cytotherapy)是应用具有特定功能的细胞群 或细胞克隆治疗肿瘤、感染、自身免疫性疾病、基因缺陷 等疾病的一种涉及生物免疫学和基因学的治疗手段。
第一代细胞治疗:全血输注; 第二代细胞治疗:骨髓和外周血干细胞移植; 第三代细胞治疗:在分离纯化少量干细胞基础上,通过细胞工程
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人工方法获得多潜能干细胞:
① 体细胞核移殖技术(Somatic cell nuclear transfer ,SCNT)
② 人工诱导的多潜能干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)
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多能(Multipotent)干细胞—是指能分化成与其来源 相近的特定组织或器官的干细胞(例如造血干细胞可 以分化为红血细胞、白血细胞和血小板,肝干细胞能 够分化为成熟的肝细胞、胆管上皮细胞,神经干细胞 能够分化为神经元、神经胶质细胞等)。
来自自体的干细胞治疗不会产生免疫反应
肿瘤形成率相对较低
遗传改造较难(由于细胞数量少,而且难于 培养),可采用细胞融合进行基因治疗。 异体移植需考虑配型
已用于临床治疗(如治疗白血病和淋巴瘤)16
根据分化潜能分类
1.全能干细胞(Totipotent stem cell) 2.多潜能干细胞(Pluripotent stem cell) 3.多能干细胞(Multipotent stem cells) 4.单能干细胞(Unipotent stem cell)
分化潜能
来源和分离方 法
多潜能(Pluripotent)干细胞–可诱导分化成 为三个胚层中所有种类的细胞
体外受精剩余的胚胎或用体外核转移技术 (SCNT)获得胚胎,但SCNT成功率极低,费 用昂贵。技术要求高
伦理
体外培养与保 存
免疫原性 肿瘤形成 细胞遗传修饰
疾病传播风险 治疗
主要的问题在于①分离胚胎干细胞会破坏胚 胎,②利用体外核转移技术对人类克隆存在 争论
在体外细胞培养时能够自我更新,可以在体 外进行长期培养,并可以冻融。但体外培养 需要维持其稳定性(不分化),长时间培养 可能出现遗传的不稳定性
个体特异性的 hESCs (体外核转移技术) 在 细胞治疗中免疫性低
肿瘤形成率高,干细胞治疗的遗传不稳定性
容易进行遗传改造,细胞可以进行体外挑选 ,但也可以产生不需要的突变
• 其特点是能大量繁殖并保持未分化状态;
• 在一定条件下能向内、中、外3 个胚层 组织和细胞分化;
• 易于进行基因改造操作,注入囊胚后能广 泛参与宿主胚胎各组织器官的生长发育, 形成嵌合体;
• 在体外培养扩增时,经遗传操作、选择和 冻存,均不失其全能性;在不同生长条件 下具有不同的功能状态。
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成体干细胞横向分化的普遍性
在发育后期,性腺区发育成睾丸或卵巢,原始生殖细 胞(primordial germ cell,PGC)产生精子或卵子。
胚胎肿瘤细胞(Embryonic Carcinoma Cells, EC) 是来源于恶性畸胎瘤的一种多潜能干细胞。畸胎瘤
是由机体内幼稚生殖细胞发生变异而形成的肿瘤。恶 性畸胎瘤内既含有各种各样分化成熟的组织,还含有 一些未分化的、能不断增殖的干细胞,因其形态和发 育潜能都类似胚胎细胞,而且是恶性的,故称其为胚 胎肿瘤细胞。
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内容
第一节 干细胞生物学 第二节 干细胞工程原理与技术
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第一节 干细胞生物学
干细胞的定义和生物学特点 干细胞的分类 干细胞自我更新与分化的调控
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干细胞的定义
干细胞(Stem Cells)是一群未分化的,具有 自我更新 (self-renewal) 能力和多向分化 潜能 (potency)的细胞。它既能产生表型与基因型 完全相同的子代细胞;也能产生组成机体各 组织和器官的高度分化的细胞。
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干细胞的起源和进展
1896 E.B Wilson首次用这个名词描述寄生虫生殖系的祖细胞 1963 Till和McCulloch发现小鼠骨髓中存在能够自我更新的细胞 1968 骨髓移植治疗重症联合免疫缺陷综合症(SCID)获得成功 1978 在人类的脐带血中发现存在造血干细胞
1981 Evans和Kaufman建立小鼠胚胎干细胞系
n 预测并阐明横向分化机制,就有可能利 用病人自身健康组织的干细胞诱导分化 成病损组织的功能来治疗疾病。
n 这样既可解决免疫排斥问题,又可避免 胚胎细胞来源不足和社会伦理问题。
n 目前研究的成体干细胞主要有造血干细 胞、角膜缘干细胞、神经干细胞、皮肤 干细胞、脂肪干细胞和胰腺干细胞等。
特征
胚胎干细胞(hESCs)
学家将人类发根的角化细胞转化为类胚胎干细胞
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……
干细胞的生物学特点
1. 属低分化细胞,缺乏分化标记; 2. 在机体的数目和位置相对恒定; 3. 具有自我更新能力; 4. 具有多向分化潜能,即具有分化发育的可塑性,其分化
受所处周围微环境(niche)的影响; 5. 能无限地分裂、增殖; 6. 分裂的慢周期性,绝大多数干细胞处于G0期; 7. 两种生长方式:一是对称分裂,形成两个相同的干细胞
技术,在体外扩增和定向诱导分化,或对其进行基因改造后,将 产生大量的目的细胞回输体内进行治疗。
干细胞工程—是利用干细胞的增殖特性,多向分化潜能及 其增殖分化的高度有序性,通过体外培养干细胞、诱导干 细胞定向分化,或用转基因技术处理干细胞以改变其特性 ,以达到利用干细胞为人类服务的目的。
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