干细胞与组织工程

5）骨骼肌干细胞

肌肉的生长、更新和修复是由肌纤维周围的卫星细胞
介导的——即骨骼肌干细胞

骨骼肌干细胞不仅可分化为肌肉，而且可分化为血液 细胞成分，具有分化的可塑性
角膜干细胞
5）成体干细胞研究中的问题

异质性（heterogeneity）

可塑性可能是由于混杂的几种和不同类干细胞分化的 结果 干细胞的异质性在遗传学上是指由于不同遗传机制而 产生的相同或类似的表现型 异质性在某种程度上是干细胞固有的特性.


神经干细胞
骨髓干细胞
肝干细胞
成体干细胞研究中的问题 成体干细胞在再生医学中的应用
①成体干细胞的可塑性

来源于一个组织的成体干细胞除了能分化为该组织的细胞 外，在特定的条件下还具有被诱导分化成为另一种组织的 功能性细胞，即一种组织的成体干细胞仍然具有跨越组织 或胚层、分化为其他类型细胞的多潜能，这种成体干细胞 具有跨越组织或胚层分化的特性称为成体干细胞的可塑性 (Plasticity)或横向分化（transdifferentiation）

常用的饲养层细胞有3种：
一种已成系的小鼠胎儿成纤维细胞（STO） 原代小鼠胎儿成纤维细胞（PMEF） 同源小鼠胎儿成纤维细胞（HEF）

作用：促进全能性（或多能性）细胞的增殖和抑制其分化
2）分化抑制因子

ES细胞的分化抑制是多种因子共同作用的结果，其中
起主导作用的是白血病抑制因子（LIF/DIA）
1）应用前景

⑦研究外源基因在动物发育中的作用 ⑧研究细胞分化的机制：研究饲养层抑制 ES 细胞分化的 生理机制；研究ES细胞的定向分化。

⑨在脑修复中的作用
2）面临的难题

快速增殖与未分化的矛盾 具有形成畸胎瘤的可能性


器官克隆与移植需技术上的突破
伦理学
11.2 成体干细胞

研究历史
②成体干细胞的概念

成体干细胞是一种处于尚未终末分化的、处于干细胞/祖 细胞或前体细胞状态的成体细胞，它来源于成年和未成年 个体的组织干细胞。

正常生理条件下，它倾向于更新、并分化为所在特定组织
的若干种细胞；但在特殊的外界条件下诱导下，一种组织 的成体干细胞能超越该特定组织，分化成其他组织的功能
性细胞，补充参与其他损伤组织的修复等。

LIF是一种天然的细胞因子，因其能诱导小鼠白血病 细胞分化而得名，具有广泛的生物学特性。

LIF在体外具有诱导一种髓样白血病细胞M1细胞向正
常分化和抑制胚胎干细胞自主分化能力，并且能够促 进8细胞以后的桑葚胚至着床前胚胎的发育，提高囊 胚的存活率，促进滋养层细胞增殖和内细胞团生长。
3）条件培养基

ES的培养
④ES细胞的鉴定

形态鉴定

核型分析
鉴定建立的ES细胞系是否具有二倍体正常的核型.
分化潜能检测
体外分化实验
体内分化实验 嵌合体实验 克隆动物实验 OCT基因表达 特异性染色 AKP染色; 免疫荧光标记
4、ES细胞的应用前景及面临的难题

1）应用前景
③成体干细胞的特点


数量少，难以识别、分离纯化；
体外培养时不能长时间增殖；


具有可塑性（神经干细胞—造血干细胞）；
在完全分化前经历一个中间类型即祖细胞阶段。
4）肝干细胞

1958年Wilson等认为肝组织中存在着干细胞，因为肝组 织均有营养损伤和部分切除时再生能力。 肝卵圆细胞能在体外大量增值，细胞移植后可分化为肝细 胞和胆管上皮细胞，表明肝卵圆细胞是肝干细胞。 肝干细胞的可塑性 肝干细胞移植到胰腺和十二指肠时，可分化胰腺细胞和肠 上皮细胞，表明肝干细胞在适当的微环境中，能被诱导分 化为内胚层的其他组织细胞。
官；将人的基因导入猪等动物ES细胞，生产含人
基因猪。
1）应用前景

④家畜性别控制 ⑤作为胚胎发育的模型，研究胚胎发育的基因调控 ⑥研究真核细胞基因表达与调控：利用转基因技术研究动 物内分泌功能的关系；利用基因定位技术可以研究肿瘤的 形成过程；利用基因定位技术研究激素与调控生物发育基 因的关系。


5）成体干细胞研究中的问题

干细胞所处环境

干细胞所处的环境对于干细胞的分化命运有 着重要影响.

干细胞所处的环境之间精巧而默契的协调作
用可能是干细胞"可塑性"的重要原因
5）成体干细胞研究中的问题

可塑性的调控

对于干细胞"可塑性"现象的解释有4种:
①机体有多种来源和不同分化方向的成体干细胞群体,能分布定 向的向各自来源的细胞分化 ②机体存在多潜能成体干细胞,微环境导致不同分化方向 ③特定组织来源的成体干细胞除分化为特定组织细胞外,可重新 编程,分化为其他细胞. ④某种成体干细胞与特定组织来源的干细胞发生融合,产生"杂 交细胞",获得向后者分化潜能.
③ ES细胞的分离培养

百度文库
常规培养液为含有白血病细胞抑制因子（LIF）、胎牛血 清、L－谷氨酸、非必需氨基酸（NEAA）、丙酮酸盐、β －巯基乙醇、谷氨酰胺、高浓度葡萄糖的DMEM培养基， 以及EGF，IGF和胰岛素等生长因子。 β－巯基乙醇是一种还原剂，可使血清的含硫化合物还原 成谷胱苷肽，以消除细胞培养中产生的过氧化物的毒害作 用，同时其还可以促进DNA合成，具有诱导细胞增殖和 促进胚胎贴壁的作用。

作用： 具有消除饲养层细胞干扰、免受致癌剂丝裂霉素C影响、 操作简便等优点，可以进一步分析ES细胞分化的启动和关 闭机制。

常用的条件培养基：Buffalo大鼠肝细胞（BRL），大鼠心
肌细胞，人膀胱癌细胞株5637（HBC）

原理： 通过培养细胞分泌到培养基中的生长因子，刺激全能性 （或多能性）细胞增殖和抑制分化。

①生产克隆动物：大幅度提高良种家畜和繁殖 效率；抢救濒危动物，保存稀有动物遗传资源； 创造新物种；为实验生物学提供新材料。 ②生产转基因动物：促进动物生长，提高畜产

品产量；生产药用蛋白；动物抗病育种。
1）应用前景

③生产用于人类器官移植的动物器官，建立人类 遗传病研究动物模型：克服异体免疫排斥反应； 定向诱导人类ES细胞分化，形成供移植的人体器
第11章 干细胞与组织工程

11.1 胚胎干细胞 11.2 成体干细胞 11.3 组织工程 11.4 细胞治疗
11.1 胚胎干细胞

干细胞 胚胎干细胞的生物学特性


胚胎干细胞系的建立
ES细胞的应用前景及面临的难题
1） 饲养层

饲养层是用特定细胞，如成纤维细胞、输卵管上皮细胞、 子宫上皮细胞等，经丝裂霉素C阻断有丝分裂处理后制成 的细胞单层。