发育生物学――干细胞PPT课件

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）
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。
• 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。
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。
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
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
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。
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。
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持能力） 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
• 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。
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。
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
人干细胞培养过程
胚胎干细胞的优点 —— 全ຫໍສະໝຸດ Baidu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”
• 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。