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
➢干细胞（stem cell）是具有自我更新和分化潜能的细胞， 可以分化产生一种以上的“专业”细胞。 ➢干细胞基本特性：self-renewal; differentiation ➢干细胞按来源的分类：
拟胚体实验
拟胚体是ESC悬浮培养后自发分化形成的球状细胞群， 能进一步分化为三胚层各类型的细胞。也常在这阶段 以不同的诱导物起始定向诱导分化
直系分化实验
通过控制ESC生长环境或遗传操纵特定基因表达，可 诱导其直接分化为特定种系细胞
胚胎嵌合实验
将ESC显微注射到囊胚腔中，使ESC能整合到宿主囊 胚的内细胞团，嵌合的胚胎移入母体后出生的后代各 器官都呈两类细胞的嵌合，表明ESC参与嵌合体各器 官的发育，甚至发生生殖系嵌合。
干细胞生物学的发展历史
•20世纪初认识到干细胞是组织细胞自我更新的起源 •1961年发现骨髓移植治疗白血病的秘密在于骨髓中存在造血 干细胞 •196ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年Pierce等发现取自小鼠畸胎瘤的细胞具有多能性 •1970年Evans从小鼠胚胎中分离并体外培养了胚胎干细胞 •1981年Evans首次成功建立了小鼠ES细胞系 •1998年Thomson成功建立了人ES细胞系，点燃了干细胞研究 的热情，也引起了广泛的伦理争议 •1998-99年多种干细胞的跨谱系分化或转分化的突破证明了干 细胞的可塑性 •2000年底英国通过了克隆人类早期胚胎用于分离ES细胞进行 医学研究的决议，并率先建立人类干细胞库；日本这年启动的 “千年世纪工程”中，干细胞作为四大重点之一
生化特征：
表达SSEA、OCT-4、AKP等， 端粒酶活性高
ES细胞的多能性
ESC具有分化为三胚层来源的各种类型细胞的潜能 自发分化：维持未分化状态的条件不存在时，自发分化 为各种类型细胞； 定向诱导分化：在不同的诱导条件下，可定向分化为特 定类型的细胞。
ES细胞的自我更新
能在体外无限增殖，且保持正常的核型和未分化状态
第七章. 干细胞与组织工程
Stem Cell & Tissue Engineering
有关干细胞领域的研究成果多次获得世界十大科技进展
2006年干细胞培育器官获重要进展 2007年人的诱导多能干细胞（iPS细胞）诞生 2008年美、英干细胞研究获一系列新进展 2009年无病毒转染获得iPS细胞 2012年癌症干细胞研究获新证据；日本科学家首次用 “人造”卵子产下小鼠；德国首次从皮肤细胞中培养 出成体干细胞 2013年人类克隆来源的胚胎干细胞
第一节. 胚胎干细胞
胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）是指主要 来自囊胚内细胞团的多能 性干细胞，具有分化为三 胚层所有细胞的能力。
一、ESC的生物学特性
形态特征：
细胞呈集落生长，集落边缘光滑 清晰，细胞间紧密堆积，无明显 细胞界限，细胞体积小，核质比 大，具有正常二倍体核型。
造血干细胞
骨髓间充质干细胞
存在于小肠上皮组织基底层的单能干细胞
干细胞研究的意义
✓临床疾病的细胞移植疗法 ✓结合组织工程技术构建人工器官用于器官移植 ✓为早期胚胎发育机制研究提供模型 ✓为研究发育相关基因的功能提供模型 ✓提供更便捷的转基因动物方案 ✓发现新基因和基因功能分析 ✓新药开发、药效与药物毒性评估的细胞模型
2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥-卡佩奇和奥利 弗-史密西斯、英国科学家马丁-埃文斯，以表彰他们在涉及胚胎干细胞 和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现，这些发现使“基因打 靶”技术成为可能。
Mario R. Capecchi Sir Martin J. Evans
Oliver Smithies
胚胎干细胞（含iPS） 成体干细胞（含肿瘤干细胞） ➢干细胞按分化潜能的分类： 全能干细胞（totipotent stem cell） 多能干细胞（pluripotent stem cell） 专能/定向干细胞（unipotent/committed stem cell）
干细胞的自我更新
➢干细胞的对称分裂 symmetry division ➢不对称分裂 asymmetry division