细胞工程第7章干细胞与组织工程
干细胞技术与组织工程
干细胞技术与组织工程干细胞技术与组织工程是当今医学领域备受瞩目的前沿技术，它们为治疗各种疾病和损伤提供了全新的思路和方法。
干细胞具有自我更新和多向分化的能力，可以分化为各种类型的细胞，因此被认为是修复和再生组织的理想来源。
组织工程则是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，为重建受损组织提供了新的途径。
本文将从干细胞技术和组织工程的基本概念、应用现状以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、干细胞技术干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，根据其分化能力和来源的不同，可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。
胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有最广泛的分化潜能，可以分化为人体的任何细胞类型；而成体干细胞存在于成体组织中，分化潜能较低，主要起到组织修复和再生的作用。
1.1 胚胎干细胞胚胎干细胞具有最广泛的分化潜能，可以分化为各种类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、肌肉细胞等。
它们通常来源于早期受精卵，通过体外培养可以获得大量的干细胞。
胚胎干细胞的应用主要集中在疾病治疗和再生医学领域，如心脏病、糖尿病、神经退行性疾病等。
1.2 成体干细胞成体干细胞存在于成体组织中，包括骨髓干细胞、脂肪干细胞、神经干细胞等。
它们具有一定的分化潜能，可以分化为相应组织的细胞类型，用于组织修复和再生。
成体干细胞的应用范围较广，包括骨髓移植、软骨修复、皮肤再生等领域。
二、组织工程组织工程是利用细胞、支架和生长因子等生物材料构建人工组织和器官，旨在重建受损组织和器官，为临床治疗提供新的选择。
通过组织工程技术，可以实现体外培育组织工程器官，或者在体内种植人工组织，为患者提供个体化的治疗方案。
2.1 细胞在组织工程中，细胞是构建组织和器官的基本单位，可以是干细胞、成体细胞或iPS细胞等。
不同类型的细胞具有不同的特性和应用范围，选择合适的细胞来源对于组织工程的成功至关重要。
2.2 支架支架是支撑细胞生长和定向分化的载体，可以是生物材料或人工材料制成。
第七章干细胞与组织工程
中的多能干细胞。
二、胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）
（一）定义：当受精卵分裂发 育成囊胚时，内层细胞团的细 胞即为胚胎干细胞。 ES细胞的研究可追溯到上世纪 五十年代，由于畸胎瘤干细胞 （EC细胞）的发现开始了ES 细胞的生物学研究历程。
胚胎干细胞和成体干细胞的比较
霍金批评欧美人士试图禁止人类胚胎 干细胞研究
中国人对胚胎干细胞研究的看法 比较一致
• 大多数中国人能够接受此项研究,主要是 受儒家思想的影响。儒家很早以前就已 经指出，人生出来的时候，人才开始。 按照大多数中国人的看法，胚胎还不是 人，不涉及人权问题。
伦理冲突
• ES研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦 理之争。主要围绕如何看待胚胎。ES主要 有三个来:
• （1）（自然和人工）流产的胚胎； • （2）辅助生殖剩余的胚胎； • （3）通过体细胞核转移术得到的胚胎。
• 不管哪一个来源，提取ES必定会损毁胚胎。 于是，胚胎是不是生命，是不是人，研究 ES是不是“毁灭生命”、“杀人”，很自 然地成为争论的焦点。
新进展
※ 1999年12月，美国《科学》杂志公布了当年世界科 学进展的评定结果，干细胞的研究成果列在举世瞩目耗 资巨大的人类基因组工程之前，名列十大科学进展首位。 ※ 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。
第七章用于组织工程的种子细胞(2010)
小鼠体细胞核移植技术的初步研究
引言
体细胞核转移是治疗性克隆的关键技术, 体细胞核转移是治疗性克隆的关键技术 , 建立和掌握成熟的体细胞核移植技术， 建立和掌握成熟的体细胞核移植技术 ， 对在 临床上成功地进行治疗性克隆的应用非常重 临床上成功地进行 治疗性克隆的应用非常重 要。
本研究以小鼠卵丘细胞为核供细胞， 本研究以小鼠卵丘细胞为核供细胞 ， 卵母细 胞为核受体组成重构胚 , 分别进行了卵丘细 胞的分离、 分裂中期卵母细胞的去核、 胞的分离 、 分裂中期卵母细胞的去核 、 供体 细胞核的注射、 细胞核的注射 、 重构胚的电融合以及卵母细 胞的活化等研究， 胞的活化等研究 ， 以 建立和掌握成熟的体细 胞核移植技术。 胞核移植技术。
干细胞的定义
简单的讲，干细胞是一类具有无限的或者永生 简单的讲， 的自我更新能力的细胞， 的自我更新能力的细胞，能够产生至少一种类 型的、高度分化的子代细胞。 型的、高度分化的子代细胞。 从功能上讲，干细胞是一类具有多向分化潜能、 从功能上讲，干细胞是一类具有多向分化潜能、 自我更新能力的细胞， 自我更新能力的细胞， 是处于细胞系起源顶端 的最原始的细胞， 的最原始的细胞，在体内能够分化产生某种特 定组织类型的细胞。 定组织类型的细胞。
2胞的共同特性， 骨髓细胞有着干细胞的共同特性，可通过体外贴壁 培养， 培养，或根据细胞表面的特异表达的分子来获得相 对较纯的间充质干细胞群，对其进行体外定向诱导， 对较纯的间充质干细胞群，对其进行体外定向诱导， 研究它的发育机制或用于临床。 研究它的发育机制或用于临床。 骨髓间充质干细胞取材方便且对机体无害， 骨髓间充质干细胞取材方便且对机体无害，简单的 骨髓穿刺即可获得， 骨髓穿刺即可获得，理论上可以分化为所有的间充 质组织类型： 软骨、肌肉、肌腱、真皮等。 质组织类型：骨、软骨、肌肉、肌腱、真皮等。骨 髓间充质干细胞由于以上特性而成为基因治疗的良 好载体。 好载体。
细胞工程思考题
２）ES细胞的分化抑制培养
在ES细胞的培养过程中，一方面要给以足够的营养物质以满足其增殖的需要，另一方面要抑制其分化，其中前者由基础培养基来解决，后者则由分化抑制物来完成。
分化抑制物的选择目前有三种分化抑制物比较常用：
饲养层（feeder layer）：常用的有STO（一种已成系的小鼠成纤维细胞）、小鼠原始胚胎成纤维细胞（PMEF)
Mammary gland bioreactor:乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表达的启动子元件构建转基因动物，指导外源基因在乳腺中的表达，并从转基因动物的乳汁中获取重组蛋白。
正负双向选择系统(positive-negative-selection, PNS)
同源重组时，只有载体的同源区以内部分发生重组，同源区以外部分将被切除。随机整合时，是在载体的两端将整个载体连入染色体内。置换型载体含有正负选择基因各一，正选择基因多为neo基因，位于同源区内，其在随机整合和同源重组中均可正常表达。负选择基因在靶基因同源区之外，位于载体的3’末端，常用HSV-tk基因，在同源重组时，tk基因将被切除而丢失，相反在随机整合时，所有的序列均保留（包括tk）。
2.简介转基因动物技术的应用
1)动物品种改良；
2)生物制药(乳腺生物反应器)；
3)建立人类疾病的动物模型；
4)生产可移植用的动物器官；
5)基因治疗(动物模型)；
6)基因打靶。
3.简介转基因哺乳动物的制备方法
显微注射法
逆转录病毒载体感染
精子载体介导法
胚胎干细胞介导法
细胞核移植技术
YAC介导的基因转移
4.请阐述胚胎干细胞途径的基因打靶的基本原理及实验流程
生物技术中的干细胞和组织工程学
生物技术中的干细胞和组织工程学生物技术是近年来发展迅速的一门领域，它涵盖了多个方面的研究。
其中，干细胞和组织工程学是生物技术中的两个重要分支。
干细胞是指能够分化成多种类型细胞的未成熟细胞，而组织工程学是一门利用生物技术制造人工组织和器官的学科。
干细胞和组织工程学的研究对医学科学有着重要意义，它们可以帮助医生治疗多种疾病，改善人类的生命质量。
一、干细胞干细胞是一种未成熟的细胞，它具有自我复制、分化成各种细胞类型的潜能。
在人体中，干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两种。
胚胎干细胞来源于人类早期胚胎的内层细胞团，它们具有高度自我更新和多潜能分化的能力，可以分化成人体内的所有类型细胞。
由于胚胎干细胞来源于人类早期胚胎，因此在使用胚胎干细胞进行研究和治疗时，会引起伦理道德问题和争议。
相对于胚胎干细胞，成体干细胞更易获得且不具有伦理争议。
成体干细胞存在于成年人和幼年人身体中的许多组织和器官中，如骨髓、脂肪、皮肤等。
成体干细胞可以分化成多种不同类型的细胞，包括心脏细胞、神经细胞、骨细胞等等，因此可以用于治疗多种疾病。
二、组织工程学除了干细胞，组织工程学也是生物技术中的一个重要分支。
它利用生物技术和工程学技术来制造人工组织和器官。
组织工程学可以使用多种类型的细胞、支架材料和生长因子来促进组织和器官的生长。
一旦人工组织和器官的开发成熟，医生就可以使用它们来治疗多种与人体组织和器官相关的疾病。
当前，组织工程学已经在许多领域得到了应用，比如皮肤移植、软骨修复等。
由于组织工程学可以使用成体干细胞和其他多种类型的细胞，因此还可以制造血管、肝脏、心脏等人工器官。
这些器官可以用于替代生物体内出现问题的器官，从而实现器官移植。
三、干细胞在组织工程学中的应用在组织工程学中，干细胞是一种非常重要的细胞类型。
干细胞可以分化成多种类型的细胞并成为组织和器官的主要组成部分。
例如，用干细胞制作的人工心脏可以促进心脏组织的再生，从而提高心脏功能。
细胞工程-第7章-干细胞与组织工程
（2）神经干细胞特点
• 自我更新：神经干细胞具有对称分裂及不对称
分裂两种分裂方式，从而保持干细胞库稳定。 • 多向分化潜能：神经干细胞可以向神经元、星形
胶质细胞和少突胶质细胞分化。 • 低免疫源性：神经干细胞是未分化的原始细胞，
不表达成熟的细胞抗原，不被免疫系统识别。 • 组织融合性好：可以与宿主的神经组织良好融合，
（6）OCT基因活性鉴定
• OCT基因:ES细胞中特异性表达，常作为标 志基因。利用OCT抗血清和间接免疫荧光 法可检测ES细胞。也可作为鉴定ES细胞分 化与否的依据。
• 此外，ES细胞发育全能性的标志：ES细胞 表面表达时相专一性胚胎抗原（Stage specific embryonicant，SSEA），
（5）组织工程应用
• ①组织工程化皮肤
• ②组织工程化骨骼
• ③组织工程化血管 • ④组织工程化管状器官（食道，气管，肠道，
尿道、肾脏）
• ⑤组织工程化腺体器官（肝脏，胰脏，甲状腺）
科学家首次利用人体干细胞培育出颚骨
（6）组织工程的意义
• 在体外构建有生物活性的种植体，植入体 内修复组织缺损，替代器官功能；
(3).造血干细胞移植的作用
• 造血干细胞移植是现代生命科学的重大突破。造 血干细胞移植可治疗恶性血液病，部分恶性肿瘤， 部分遗传性疾病等 75 种致死性疾病。包括急性 白血病、慢性白血病、骨髓增生异常综合征、造 血干细胞疾病、骨髓增殖性疾病、淋巴增殖性疾 病、巨噬细胞疾病、遗传性代谢性疾病、组织细 胞疾病、遗传性红细胞疾病、遗传性免疫系统疾 病、遗传性血小板疾病、浆细胞疾病、地中海贫 血、非血液系统恶性肿瘤、急性放射病等。
如何解决伦理矛盾
不破坏胚胎的情况下获取胚胎干细胞 成体干细胞横向分化 睾丸细胞：胚胎干细胞的新来源 iPS
细胞工程原理成体干细胞及组织工程学ppt课件
角蛋白19（cytokeratin 19, CK19）， 神经细胞粘附分子（neural cell adhesion
molecule，NCAM） 上皮细胞粘附分子（EpCAM） claudin-3（CLDN-3）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
首都医科大学附属神经外二科主任黄红云等自 2001年起在世界上率先开展流产胎（婴）儿嗅 鞘细胞（一种干细胞）移植治疗脊髓损伤。
已经治疗近400例，部分完全性脊髓损伤患者 恢复部分功能。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
干细胞横向分化 （transdifferentiation）
组织干细胞通过活化潜 在的其他分化程序，改 变了组织干细胞的特异 性种系分化进程 。
造血干细胞向非造血组 织细胞分化、神经干细 胞向血液系统细胞分化
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1996，我国徐荣祥在烧伤创面上找到皮肤器官原 位再生的原始细胞“角蛋白十九型皮肤干细胞”， 他们成功诱导上皮组织基底层的干细胞分化生成 皮肤细胞，使受伤的皮肤得以迅速康复，实现人 体器官原位再生，获得美国专利。
该技术显示我国干细胞研究已进入组织和器官的 原位干细胞修复和复制阶段，在国际上处于领先 地位。
胚胎干细胞与成体干细胞
胚胎干细胞——全能干细胞（totipotent stem cell）
干细胞与组织工程 ppt课件
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Neural Stem Cell Therapy for Clinical Application
神经干细胞治疗临床应用
帕金森病（Parkinson disease，PD）； 阿尔兹海默病（Alzheimer disease，AD）； 亨廷顿病（Huntington disease，HD）；
针对患者组织或器官缺损的情况，利用 干细胞工程技术，诱导细胞定向分化，为其 提供空间支持材料，在体内外培育出所需的 人体组织。
今后可能进一步培育出人造器官。
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Three Steps on the Research of Tissue Engineering
制备干细胞，诱导定向分化； 建立由细胞和可降解材料构成的三维空
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造血干细胞转腺苷脱氨酶基因（ada），6年后在外 周血淋巴细胞尚可检测到表达；
标记造血干细胞移植治疗急性白血病儿童，8年后 尚可在外周血中检测到标记的血细胞；
造血干细胞基因治疗的临床效果大多不理想；
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Neural Stem Cell (NSC)
神经干细胞（1）
1992年，Reynolds等首先从胎鼠和成鼠的 纹状体分离得到神经干细胞，形成球形细胞 团；可分化为神经系统的三种主要细胞：神 经元细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞；
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成人干细胞体外增殖太久可能癌变 之原因
其原因是这些开始生成端粒酶。端粒酶有阻 止端粒随细胞分裂而逐渐缩短的作用，从而 稳定染色体的末端，在保持细胞“永生”性 中起重要作用。永久打开充质干细胞的端粒 酶基因，最终将使其变成癌细胞。
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展望
随着干细胞工程研究的不断深入， 生命的奇迹必然在21世纪出现!
专题四干细胞与组织工程技术
组织工程皮肤的构建
组织工程皮肤应用于临床－存在的问题
• 目前已有许多组织工程皮肤应用于临床，但他们仍然没有 完整的皮肤功能，因为虽然在结构上具有了皮肤的屏障功 能，但没有达到真正的皮肤重建，尤其是缺乏皮肤附属器
• 另外其种子细胞是成熟或比较成熟的角质形成细胞，其扩 增次数、增殖能力有限
• 如何缩短培养周期、防止细胞老化是函待解决的问题。
二 组织工程研究新进展
在某些领域已进入临床前研究或产业化阶段,组织工程皮肤已被 美国食品及药物管理局( FDA) 批准上市。预计在不久的将来还会有 新的产品应用于临床治疗。
组织工程的核心是细胞、生物材料及组织工程化组织构建，因 此，组织工程研究的方向主要集中于三个方面：种子细胞研究、组织 工程用生物材料组织构建及构建环境优化研究。
（3）胚胎干细胞.
干细胞将作为组织工程的“上游”研究为组织工程的进一步 发展提供技术储备，近年研究进展尤为突出。
种子细胞的扩增及应力与生长的研究
构建组织工程产品需要大量细胞,如何从少量组织中获取大量 细胞已成为组织工 程研究中迫切需要解决的问题之一。各种生 长因子,各种动态培养系统,如微重力旋转生物反应器,环绕混合培 养系统,应力场培养装置等均已在组织工程研究中得到应用,但尚 需进一步完善以达到实用化目标。
应用组织工程技术构建组织工程化组织至今主要经历了三个发展阶段，代表了 组织工程阶段性的发展历程。 A在20世纪80年代末至90年中期的第一阶段，主要进行了组织工程化组织构建的 初步探索，证明应用组织工程技术能够形成具有一定结构与形态的组织。
B至90年代中期主要在免疫功能缺陷的裸鼠体内构建组织工程化组织，在此阶段 成功构建了骨、软骨、肌腱等组织。其中在裸鼠体内构建具有皮肤覆盖的人耳廓 形态软骨的成功，樗着组织工程技术可以形成具有复杂表面结构的软骨组织，向 人们展示了组织工程研究的广阔前景。
细胞工程第七章-精品文档25页
（2）多能干细胞（Multipotent stem cell）：能够形成两种 或两种以上类型细胞的干细胞。例如骨髓造血干细胞就 是典型的多能干细胞，可以分化成红细胞、巨噬细胞、 粒细胞、巨核细胞、淋巴细胞等多种类型细胞。
第七章 干细胞
一、干细胞的定义与应用 （一）定义
干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。
（二）特征
1、自我更新特征 自我更新是指干细胞具有分裂和自我复制能力。
（1）对称分裂（symmetric division）是指一个干 细胞分裂产生的两个子细胞全是干细胞。
（2）不对称分裂（asymmetric division）是指一个 干细胞分裂成一个干细胞和一个短暂增殖细胞， 称之为祖细胞（progenitor cell)。祖细胞不具备 自我复制的能力。
2、增殖特征 （1）增殖的缓慢性：一般情况下，干细胞处于休眠
或缓慢增殖状态。缓慢增殖可以减少基因发生突 变的可能性。
（2）增殖的自稳性：也称自我维持，是指干细胞 会自我更新维持自身数目的恒定，主要是通过不 对称分裂来实现。
3、分化特征 （1）单能干细胞（Monopotent stem cell)：只能分化为单一
任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由 胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。
《科学日报》2019年5月27日 报道，美国加州大学欧文分校 （UC Irvine）的科学家们用人 类胚胎干细胞培育出一种早期 阶段的视网膜，为开发可移植 性视网膜来治疗人类视网膜病 变迈出了第一步——Journal of Neuroscience Methods。
二、分类与特点
◆不同的干细胞具有不同的分化潜能。 ◆从所具有的分化功能上讲，干细胞可分为单能干
细胞工程动物要点总结
第十章动物染色体工程动物染色体倍性改造：染色体倍性改造工程是指有目的、有计划地增加或减少一组或几组同源或异源染色体，以创造动植物新品种的一项染色体工程技术，主要包括多倍体育种和单倍体育种。
染色体加倍技术：1、化学诱导方法：（1）秋水仙素：秋水仙素能抑制和破坏纺锤丝的形成。
因此，用秋水仙素处理正在分裂的细胞，可使染色体正常复制而细胞不发生分裂，从而形成同源多倍体的细胞。
（2）细胞松弛素B：通过抑制动物的肌动蛋白聚合成微丝，阻止细胞质的分裂。
（3）麻醉剂N2O等。
2、物理诱导法：（1）温度休克法：包括略低于致死温度的冷休克法(0～5℃)和略高于致死温度的热休克法(30℃左右)两种。
温度休克法廉价、易操作，是诱导动物细胞多倍体化的常用手段。
它受三个因素的制约：温度处理的开始时间,即受精后的时间(TA)处理持续时间(D)处理温度(T)。
（2）水静压法:采用较高的水静压(65 kg／cm。
)来抑制第二极体的放出或第一次卵裂产生多倍体。
（3）高盐高碱法.3、生物学方法生物学方法主要是通过杂交方法，尤其是种间或不同属、科间的远缘杂交，使染色体加倍，也称为染色体组的合并技术。
如狮子和老虎杂交，马和驴杂交。
多倍体的倍性鉴定:1、直接法：（1）染色体计数法：染色体计数是鉴定多倍性的一个准确的直接方法，但比较费时。
质量好的染色体标本可以从胚胎获得，因为胚胎细胞分裂指数高。
（2）DNA含量测定：流式细胞仪(flow cytomety)可以简单、快速及准确测定单细胞DNA含量，从而确定细胞的倍性。
2、间接法：（1)细胞体积测量：按照一般规律，细胞大小与染色体数目成比例增加，而且为维持恒定的核质比例，随着细胞核的增大，细胞大小也按比例增加。
但多倍体的器官或身体并不一定都比二倍体大。
红细胞体积测量简便易行。
（3）蛋白质电泳（3）生化分析：二倍体和三倍体的血液成分和细胞组成比例不一样。
动物多倍体育种的意义：（1）诱导的多倍体动物多数都具有良好的生长率（2）低等动物(如鱼类等)的种间杂交优势也非常明显。
大学课程干细胞与组织工程课件
癌症干细胞驱动肿 瘤的发生，并逃避 放化疗引起复发
Defining the mode of tumour growth by clonal analysis. Nature, 2012 A restricted cell population propagates glioblastoma growth after chemotherapy. Nature, 2012 Lineage Tracing Reveals Lgr5+ Stem Cell Activity in Mouse Intestinal Adenomas. Science, 2012
四倍体补偿实验
2-细胞期诱导2个卵裂球融合形成四倍体，继续发育形 成的四倍体囊胚没有ICM，只有滋养层。将ESC显微 注射到这种空囊胚中，移植后出生的后代完全来自 ESC。被称为验证ESC多能性的金标。
ESC多能性的体现（验证方法）
✓形成畸胎瘤（ teratoma） ✓形成类胚体（embryoid body） ✓直系分化（direct differentiation） ✓形成嵌合体（chimera） ✓四倍体补偿（tetraploid complementation）
畸胎瘤实验
ESC注射到裸鼠皮下，形成畸胎瘤，其中三胚层来源 的各类组织杂乱聚集。体内鉴定ESC多能性的指标
ES细胞分化的调控
内源性调控：
✓细胞内结构蛋白对分裂的调控 ✓转录因子的调控（如OCT4， NANOG，SOX2等）
外源性调控：
✓间质细胞分泌的因子（如TGFβ家 族，Wnt/β-catenin信号通路） ✓膜蛋白介导的细胞间相互作用 （Notch信号通路） ✓整合素（integrin）与ECM
Offspring from Oocytes Derived from in Vitro Primordial Germ Cell–Like Cells in Mice. Science, 2012
生命科学中的干细胞和组织工程技术
生命科学中的干细胞和组织工程技术随着生命科学的发展，干细胞和组织工程技术成为了当前研究的热点。
干细胞是一种具有自我更新和分化能力的细胞，其能够分化成各种类型的细胞，包括心肌细胞、神经细胞、肝细胞等。
组织工程技术则是利用干细胞和其它种类的细胞来再造、修复和替代人体组织和器官的技术。
这些技术的发展将为医疗界提供新的治疗方式，并为人类带来更加健康的生活。
干细胞是生命科学中的重要研究对象，能够分化成多种不同类型的细胞。
目前，干细胞已经被广泛应用于医学领域，特别是用于细胞治疗和组织再生等方面。
比如，通过干细胞治疗可以预防或治疗一些疾病，如白血病、帕金森综合症等。
此外，干细胞还被应用于生产新型的药物，这些药物可以治疗一些难治疾病，为医学发展提供了新的机会。
组织工程技术则是一种依赖于干细胞和其它种类的细胞来建造和修复人体组织和器官的技术。
这种技术可以改善已有组织的功能，同时也可以用于替代那些因疾病或损伤而无法工作的组织和器官。
比如，科学家们已经成功地使用干细胞建造出植入体内的组织和器官，包括心脏、肝脏、肾脏、眼角膜等。
这些组织和器官的成功修复和再生为人们提供了无限的奇迹。
通过组织工程技术，科学家们还可以在实验室里生产出各种人体细胞，如红血球、血小板、神经细胞、肝细胞等，这些细胞的产生可以用于治疗各种疾病。
这种技术的发展也将有助于细胞治疗的进步，为医学发展带来了更大的机会和可能。
虽然干细胞和组织工程技术在医学领域中发挥着越来越重要的作用，但是在应用过程中也存在一些潜在的风险。
比如，一些对干细胞和组织工程技术的反对者认为，这种技术的应用过程中涉及到人类胚胎，会损害人的尊严和生命。
同时，也存在一些道德和伦理上的问题，如干细胞的来源、治疗的公平性等。
尽管存在着风险和问题，但是生命科学中的干细胞和组织工程技术仍然是一个前景广阔的领域，在医学领域中大有用武之地。
未来，科学家们将继续研究和应用这些技术，为社会带来更多的医学奇迹。
生命科学中的干细胞与组织工程技术
生命科学中的干细胞与组织工程技术人类身体是由成千上万的细胞组成的。
干细胞是一种特殊的细胞，具有自我复制和多向分化的能力。
从干细胞中，我们可以培养出各种类型的成体细胞，如心脏细胞、肝脏细胞、神经细胞等等。
这种科技的应用领域被称为组织工程技术。
干细胞的研究已经引起了广泛的关注和讨论。
一方面，干细胞的研究具有重要的理论价值。
通过研究干细胞，我们可以更好地理解生命科学中的基本过程，如细胞分化、再生和发育等。
另一方面，干细胞的研究也有着广阔的应用前景。
干细胞可以用于治疗各种疾病，如癌症、心脏病、神经退行性疾病等。
同时，干细胞还可以用于体外试验和药物筛选等。
组织工程技术是利用干细胞培养出特定类型的细胞，并将其植入到患者的组织中，以修复受损的组织或器官。
这种技术已经在许多领域取得了突破性的进展。
例如，在心脏病领域，科学家成功地利用干细胞培养出心脏细胞，然后将其植入到受损的心脏中，以增强心脏的功能。
在神经退行性疾病领域，干细胞被用来培养出神经细胞，并且已成功地应用于几种疾病的治疗中。
干细胞和组织工程技术还带来了一些伦理和法律上的争议。
一些人认为研究和应用干细胞会涉及到胚胎的使用，这引发了一些道德和伦理问题。
另外，由于干细胞研究的敏感性，一些国家对其进行了法律限制。
因此，在推广和应用组织工程技术时，需要考虑到这些问题并寻找合理的解决办法。
干细胞与组织工程技术在未来有着广阔的前景。
随着技术的不断进步，我们将能够更好地利用干细胞来治疗各种疾病。
这将大大改善人类的健康状况，提高生活质量。
同时，干细胞的研究也将为生命科学的发展提供更多的机会和挑战。
总之，生命科学中的干细胞与组织工程技术具有重要的理论和应用价值。
通过干细胞的研究，我们可以更好地理解生命的本质，并且将其应用于治疗疾病和修复受损组织。
然而，受伦理和法律的制约，这项技术的推广和应用仍然面临一些困难。
未来，随着技术的进步和伦理观念的变化，干细胞与组织工程技术将有望在医学领域取得更大的突破。
细胞工程与组织工程
细胞工程应用与前景
细胞工程在医学领 域的应用：如细胞 治疗、基因治疗等
细胞工程在生物技 术领域的应用：如 生物制药、生物肥 料等
细胞工程在环保领 域的应用：如污染 治理、生态修复等
细胞工程的未来发 展趋势：如个性化 医疗、再生医学等
03 组织工程
组织工程基本原理
组织工程的定义：利用细胞、生物材料和生物技术，在体外或体内构建具有特定功能 的组织或器官。
组织工程的基本步骤：细胞培养、细胞移植、组织构建和组织修复。
组织工程的应用：皮肤、骨、软骨、肌腱、血管、神经等组织的修复和再生。
组织工程的挑战：细胞来源、生物材料、生物反应器、免疫排斥等问题。
组织工程材料与支架
组织工程材料的种 类：天然材料、合 成材料、复合材料 等
支架的作用：支撑 细胞、引导组织生 长、维持组织结构 等
细胞工程在疾病模型中的应用：利用细胞培养和基因编辑技术，构建疾病模型
组织工程在疾病模型中的应用：利用生物材料和3D打印技术，构建组织器官模型
交叉领域的合作：细胞工程和组织工程相结合，构建更复杂的疾病模型，提高研究效率和准 确性
细胞与组织工程在生物医学工程中的应用
细胞工程：通过 基因编辑、细胞 培养等技术，实 现细胞功能的改 造和优化
细胞转化与基因编辑
细胞转化：将一种细胞转化为另一种细胞的过程 基因编辑：对细胞内的基因进行修改和编辑的技术 细胞转化的应用：生产生物药物、生物肥料等 基因编辑的应用：治疗遗传疾病、提高农作物产量等
细胞治疗与再生医学
细胞治疗的概念：利用细胞来治疗疾病 细胞治疗的类型：干细胞治疗、免疫细胞治疗等 细胞治疗的应用：治疗癌症、糖尿病、帕金森病等疾病 再生医学的概念：利用生物学和工程学原理来修复或替换受损的组织或器官 再生医学的应用：组织工程、器官移植、生物打印等
细胞生物学-21干细胞与组织工程
干细胞生物学
Somatic Stem Cells or Tissue Stem Cells An undifferentiated cell that occurs in a differentitated tissue or organ, renews itself, and yields specialized cell types. Origin: fetus or adult (adult stem cell); Potential: multipotent; Proliferation: limited.
干细胞生物学
Route Stem Cell The stem cell landscape depicted here illustrates the emerging characteristics of adult stem cells that include plasticity in cell fate, diversity of origin, and a multiplicity of tissue potentials. Stem cells (blue) are able to enter diverse tissue compartments from the blood stream (the stem cell highway) via ''on ramps'' and generate appropriate cell types in response to homing signals or growth factors depicted on ''billboards.'' In theory, all choices are reversible. (Artwork by N. Gewertz and B. Colyear.)
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诱导性多能干细胞iPS cells
• iPS cells是被重新编程从而进入一个类似胚胎干细 胞状态的体细胞。
• “ｉPS细胞”具有和胚胎干细胞类似的功能，却 绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸 多障碍，因此在医疗领域的应用前景非常广阔。
世界第一只体细胞克隆动物多利羊的培育者、英国 苏格兰爱丁堡大学教授伊恩·威尔莫特宣布放弃人 类胚胎干细胞克隆研究，转而进行“ｉＰＳ细胞” 研究，他认为这.造血干细胞移植的作用
• 造血干细胞移植是现代生命科学的重大突破。造 血干细胞移植可治疗恶性血液病，部分恶性肿瘤， 部分遗传性疾病等 75 种致死性疾病。包括急性 白血病、慢性白血病、骨髓增生异常综合征、造 血干细胞疾病、骨髓增殖性疾病、淋巴增殖性疾 病、巨噬细胞疾病、遗传性代谢性疾病、组织细 胞疾病、遗传性红细胞疾病、遗传性免疫系统疾 病、遗传性血小板疾病、浆细胞疾病、地中海贫 血、非血液系统恶性肿瘤、急性放射病等。
ips细胞的诞生仿佛给沉寂一时的国际干细胞研究打 入了一剂强心剂。
Junying YU,… James A. Thomson. Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells. Science, 2007, 318(5858): 1917-1920
治疗性克隆
嵌合体动物chimera animal
• 将A动物的胚胎干细胞嵌入B动物的胚胎中 创立嵌合体动物，获得移植用机体器官 。
• 嵌合体意义：可解决哺乳动物远缘杂交的 困难，应用于动物育种。
• 嵌合体动物对发育生物学和遗传学等的研 究有重要作用。
2. ES细胞研究面临的难题
（1）.增殖与分化的矛盾 （2）.潜在致癌机制 （3）.器官形成困难重重 （4）.伦理冲突
4、胚胎干细胞的保持
• 1．常规保持：即通过不断更换培养液， 以传代培养方式维持ES的快速繁殖和抑制 分化状态。 2．冷冻保持：通过超低温冷冻保存， 使细胞的代谢活动完全停止，而长期保存
总结：胚胎干细胞的建系过程
• 分离囊胚的内细胞群或分离胚胎生殖脊细胞→ • 与饲养层细胞共培养，细胞非分化增殖→ • 胚胎干细胞的鉴定与保存→ • 定向诱导分化→ • 前体细胞→ • 功能细胞
• 2.成体干细胞存在于机体的各种组织器官中。 成年个体组织中的成体干细胞在正常情况 下大多处于休眠状态，在病理状态或在外 因诱导下可以表现出不同程度的再生和更 新能力。
成体干细胞横向分化
3.成体干细胞的优点分析
• 获取相对容易 • 源于患者自身的成体干细胞在应用时不存
在组织相容性的问题，避免了移植排斥反 应和使用免疫抑制剂 • 理论上，成体干细胞致瘤风险很低，而且 所受伦理学争议较少 • 成体干细胞还具有多向分化潜能
干细胞诱导分化的常用方法
（1）加入诱导细胞分化的因子或化学物质， 如VGEF、bFGF 、DMSO和RA等
（2）将ES细胞与特定的细胞共培养 （3）将某种分化诱导因子的基因转入ES细胞内
7.1.6 ES细胞的应用前景 及面临的难题
• 1、 ES细胞的应用前景 研究哺乳动物个体发生发育规律 研究细胞分化 研究基因功能 生产转基因动物 疾病治疗与治疗性克隆 研究细胞癌变机理及新药物的筛选 制备嵌合体动物
（6）OCT基因活性鉴定
• OCT基因:ES细胞中特异性表达，常作为标 志基因。利用OCT抗血清和间接免疫荧光 法可检测ES细胞。也可作为鉴定ES细胞分 化与否的依据。
• 此外，ES细胞发育全能性的标志：ES细胞 表面表达时相专一性胚胎抗原（Stage specific embryonicant，SSEA），
胚胎干细胞的重点研究方向
1 自我更新的机理，定向分化的机理 2 胚胎干细胞建系（尤为人胚胎干细胞） 3 治疗性克隆 4 胚胎干细胞定向发育成三维器官 5 胚胎干细胞移植的安全性问题
7.2 成体干细胞
• 1.成体干细胞是指存在于已经分化组织中的 未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且 能够特化形成该类型组织的细胞。
（1）. ES细胞存在增殖与分化的矛盾
• 筛选适宜的培养基，平衡体外培养下ES细 胞的快速增殖和分化之间的矛盾，筛选ES 细胞系的最佳创建条件。
（2）.ES细胞的潜在致癌机制
• ES细胞高度未分化，具有形成脐胎瘤的可 能，因此必须设计自杀基因，使得ES细胞 在治疗过程中万一向肿瘤方向分化时，启 动自杀程序，使ES细胞凋亡。
4.造血干细胞
• (1). 造血干细胞（hematopoietic stem cell ，HSC）是指骨髓中的干细胞，具有 自我更新能力并能分化为各种血细胞前体 细胞，最终生成各种血细胞成分，包括红 细胞、白细胞和血小板，它们也可以分化 成各种其他细胞。
• (2).造血干细胞有两个重要特征：其一，高 度的自我更新或自我复制能力；其二，可 分化成所有类型的血细胞。
如何解决伦理矛盾
不破坏胚胎的情况下获取胚胎干细胞 成体干细胞横向分化 睾丸细胞：胚胎干细胞的新来源 iPS
体细胞诱导多能干细胞
2007年11月20日，美国威斯康星大学詹姆斯·汤姆森 的研究小组在《科学》杂志发表体细胞转变成“诱导 性多能干细胞”（iPS细胞）的成果，而日本京都大 学教授山中伸弥领导的研究小组也于同日在《细胞》 杂志发表类似的研究结果。
(4).造血干细胞移植类型
• 造血干细胞移植包括骨髓移植（BMT）， 胎肝造血细胞移植，外周血干细胞（PBSC） 移植及脐带血造血细胞移植。
（3）ES细胞用于器官克隆与移植存在的困难 • A. 多胚层器官的形成过程复杂； • B. 离体器官的体外保存与功能维持困难。
人胚胎干细胞研究伦理指导原则
• 第四条禁止进行生殖性克隆人的任何研究。 • 第六条进行人胚胎干细胞研究，必须遵守以下行
为规范： （三）不得将人的生殖细胞与其他物 种的生殖细胞结合。 • 第七条禁止买卖人类配子、受精卵、胚胎或胎儿 组织。