干细胞与再生医学

生化标志是鉴定干细胞的关键指标
干细胞的增殖特点
干细胞
（Stem cell）
• 干细胞增殖的缓慢性
往往需要特定信号启动分裂 干细胞分裂速度慢——减少突变、
纠正复制错误 通过“过渡放大细胞”进入分化程序
• 干细胞增殖系统的自稳定性
自我更新，维持自身数目恒定 种群不对称分裂 分裂调控十分精确
• 胚胎干细胞 • 精原干细胞 • 成体干细胞
• 造血干细胞 • 间充质干细胞 • 神经干细胞 • 表皮干细胞 • 肠干细胞 • 肝脏干细胞 • ……
干细胞定义
干细胞
（Stem cell）
和树干具有不同级别的 分支一样，干细胞也有分化 级别
• 全能干细胞
• 广能干细胞 • 多能干细胞 • 定向干细胞
胚胎干细胞分化 为类胰岛素细胞
硕硕士士研研究究生生细细胞胞生生物物学学课课程程
干细胞工程与再生医学
• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆
胚胎干细胞技术应用
z 细胞分化机制研究 z 细胞发育——发育的基因调控机制研究 z 生产嵌和体动物 z 生产转基因/基因打靶动物 z 医药研究的细胞实验模型 z 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 z 干细胞诱导发育——器官再生
生化标志是鉴定干细胞的关键指标
干细胞特征
干细胞
（Stem cell）
Beta III tubulin
• 胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 • 表皮干细胞：角蛋白14/5 • 神经干细胞：巢素蛋白…… • 造血干细胞：CD34…… • 间充质干细胞：SH2、SH3…… • 肝干细胞：? • 肠干细胞：?
• 具有特异的生化标志
生化标志是鉴定干细胞的关键指标
干细胞特征
干细胞
（Stem cell）
ES mouse SSEA-1
• 胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 • 表皮干细胞：角蛋白14/5 • 神经干细胞：巢素蛋白…… • 造血干细胞：CD34…… • 间充质干细胞：SH2、SH3…… • 肝干细胞：? • 肠干细胞：?
医疗性克隆技术原理
细胞移植
ESC诱导分化
病人体细胞
自体ESC
细胞缺陷性疾病
克隆胚胎
谢谢！
硕硕士士研研究究生生细细胞胞生生物物学学课课程程
干细胞工程与再生医学
• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆
干细胞定义
干细胞
（Stem cell）
具有不断分裂增殖能 力，能复制自身并分化产 生一种以上“专业”细胞的 较原始细胞。
——功能细胞的“种子”
干细胞定义
干细胞
（Stem cell）
胚胎干细胞技术应用 ——糖尿病细胞治疗
胚泡
内细胞群
胚胎干细胞分化诱导
细胞移植
糖尿病模型鼠
分泌胰岛素细胞
医疗性克隆技术原理
运用克隆动物原理及 类似技术对人的体细胞进 行克隆并利用所获克隆胚 制备胚胎干细胞，对患者 的细胞缺陷性疾病进行细 胞替代治疗。
克隆动物Animal Cloning
受体动物卵 显微操作
1981 Evans、Martin 分别独立地从正常小鼠囊胚中分离了ES细胞； 1984 Bradley 通过显微注射引入囊胚的ES细胞可以分化为成体的各种
组织并整合入生殖系; 1998 Thomson、Gearhart 分别从ICM和性腺嵴分离出人ESC.
胚胎干细胞工程原理
Trypsin
囊胚
孵化囊胚
干细胞的自稳性是区别于肿瘤的本质特征
干细胞的分化特点
干细胞
（Stem cell）
• 不同程度分化潜能
全能性 广能性和多能性 定向、专能性
• 转分化与去分化
转分化：转变为它类 干细胞 去分化：转变为前辈 干细胞
转/去分化迄今只在实验观察中发现
干细胞的发育环境
干细胞巢
（Stem cell niche）
小鼠胚胎干细胞制备
细胞与发育工程中心实验室
内细胞群
转移囊胚 滋养层
饲养层细胞
转移到饲养层上贴壁的小鼠囊胚
陈勇、江一平 2002
小鼠胚胎干细胞制备
单个胚胎干细胞扩增形成细胞克隆
Insulin/Nestin
Insulin/Nestin
培养的胚胎干细胞分化成心肌细胞
胚胎干细胞技术应用 ——糖尿病细胞治疗
干细胞特征
干细胞
（Stem cell）
• 圆/椭圆形，核质比值大
• 细胞器较少，不发达
• 通常分布于组织较“隐蔽”部位
• 端粒酶活性高
An adult stem cell, collected from human bone marrow. It can replace blood cells killed by cancer or by cancer treatments like radiation and chemotherapy.
干细胞可以逐步分 化为功能细胞，使体内 的各种功能细胞群体得 于更新，维持正常生理 结构与机能。
目前发现干细胞在 体外也能被诱导形成功 能细胞。
细胞替代—再生医学！
干细胞定义
细胞膜 细胞质 细胞核
哺乳动物细胞模式
体细胞
生殖细胞 22+Y/X
干细胞 44+XY/XX
22+X
干细胞定义
干细胞
（Stem cell）
Beta III tubulin
NGF culture
• 分泌因子
转化生长因子（TGFNβ） Wnt家族信号分子
• 受体介导的细胞相互作用
MSC向神经元转化
• 细胞外基质
整合素——引导干细胞准确定位
干细胞生物学的重点：
调控干细胞增殖/分化的关键因子
硕硕士士研研究究生生细细胞胞生生物物学学课课程程
13天小鼠胚胎 成纤维细胞株
丝裂霉素C
内细胞群 ESC
显微操作 胚胎干细胞增殖
STO成纤维细胞株
制备饲养层
干细胞诱导分化
晚期囊胚
囊胚孵化
囊胚脱出后的透明带
囊胚扩张
孵化完成的囊胚
体外培养不同阶段的小鼠早期胚
陈勇、江一平 2002
饲养层细胞
滋养层细胞
Байду номын сангаас囊胚内细胞群
饲养层细胞
贴壁的小鼠囊胚进一步生长
陈勇、江一平 2002
无核卵母细胞
供体动物体细胞
体外培养 G0期细胞 显微注射
克隆动物
胚胎移植 胚胎孵化
电融合 克隆胚/重构胚
医疗性克隆技术原理
细胞缺陷性疾病
• 糖尿病 • 震颤麻痹 • 中风 • 老年性痴呆 • 心肌梗塞 • 脑、神经损伤 • 再生障碍性贫血 • 白血病 • 爱滋病 • 肿瘤 • 组织、器官移植 • ……
受精卵
2 细胞胚
4 细胞胚
胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES
内细胞群
滋养层
晚期囊胚
胚胎干细胞主要来源：内细胞群 (Inner Cell Mass, ICM)
8 细胞胚
早期囊胚
体外培养不同阶段的小鼠早期胚
晚期囊胚 陈勇、江一平 2002
胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES
干细胞工程与再生医学
• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆
早期胚的体内发育
干细胞工程原理
•• 细细胞胞饲饲养养层层制制备备 •• 干干细细胞胞分分离离 •• 干干细细胞胞培培养养建建株株 •• 干干细细胞胞诱诱导导分分化化 •• 分分化化细细胞胞应应用用
干细胞工程的集中体现 ——胚胎干细胞工程