4.3动物细胞与组织培养-成体干细胞详解.ppt

成体干细胞部分 概念：成体干细胞概念：成体干细胞，成体干细胞包含哪些类别成体干细胞包含哪些类别？各有何特点各有何特点？成体干细胞在医学中的应用成体干细胞在医学中的应用 一、概 论 2020世纪初，世纪初，PappenheimPappenheim等首次提出了等首次提出了成体干细成体干细胞胞的概念。的概念。胚胎干细胞继续进行分化，形成具有特定功能胚胎干细胞继续进行分化，形成具有特定功能的干细胞，这些专门化的干细胞统称的干细胞，这些专门化的干细胞统称多能干细多能干细胞。胞。在胎儿、儿童和成人组织中存在的多能干细胞在胎儿、儿童和成人组织中存在的多能干细胞统称统称“成体干细胞（成体干细胞（Adult stem cellAdult stem cell）”。如血液干细胞可分化成白细胞、红细胞和血小如血液干细胞可分化成白细胞、红细胞和血小板板;皮肤干细胞可形成各种不同类型的皮肤细皮肤干细胞可形成各种不同类型的皮肤细胞。胞。成体干细胞成体干细胞是指一群分布在成体组织中尚未是指一群分布在成体组织中尚未分化的、具有自我更新、并负有构建和补充某种分化的、具有自我更新、并负有构建和补充某种组织的各种类型细胞潜能的干细胞组织的各种类型细胞潜能的干细胞 19971997年年WilmutWilmut用体外培养的、高度分化的母用体外培养的、高度分化的母羊乳腺细胞核移植入去核卵细胞，克隆出了新绵羊乳腺细胞核移植入去核卵细胞，克隆出了新绵羊羊“DollyDolly”克隆羊的诞生表明：高度分化的体细胞仍具克隆羊的诞生表明：高度分化的体细胞仍具有完整的遗传信息，能重新编排发育程序，指导有完整的遗传信息，能重新编排发育程序，指导胚胎发育成为一个完整的新个体。胚胎发育成为一个完整的新个体。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或横向分化 2001年斯坦福大学的年斯坦福大学的Blau博士等人对成体博士等人对成体干细胞提出了一个全新的概念：干细胞提出了一个全新的概念：成体干细成体干细胞是来自许多不同类型细胞（包括已分化胞是来自许多不同类型细胞（包括已分化细胞）的一种“状态”，细胞）的一种“状态”，这类细胞不仅存这类细胞不仅存在特定组织中，还可通过血液到达躯体的在特定组织中，还可通过血液到达躯体的各个部分，参与各种组织的再生和修复各个部分，参与各种组织的再生和修复 成体干细胞是一种处于尚未分化的、处于成体干细胞是一种处于尚未分化的、处于干细胞干细胞/祖细胞祖细胞/前体细胞状态的成体细胞，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。它来源于成年和未成年个体的组织干细胞。在正常生理条件下，它倾向于更新、并分在正常生理条件下，它倾向于更新、并分化为所在特定组织的若干种细胞。化为所在特定组织的若干种细胞。但在特殊条件诱导下，成体干细胞能超越但在特殊条件诱导下，成体干细胞能超越特定组织、分化呈其他组织的功能性细胞，特定组织、分化呈其他组织的功能性细胞，参与其他损伤组织的修复参与其他损伤组织的修复 最近几年的研究表明，这些干细胞的分化能力远最近几年的研究表明，这些干细胞的分化能力远 超过传统观点局限的范围。超过传统观点局限的范围。例如骨髓成体干细胞在合适的体内外环境中可长例如骨髓成体干细胞在合适的体内外环境中可长期生长，也可分化为成骨细胞期生长，也可分化为成骨细胞 、软骨细胞、脂肪细、软骨细胞、脂肪细胞胞 、平滑肌细胞、平滑肌细胞 、成纤维细胞、骨髓基质细胞及、成纤维细胞、骨髓基质细胞及多种血管内皮细胞。还可形成一种肝脏前体细胞多种血管内皮细胞。还可形成一种肝脏前体细胞肝卵园细胞，神经、胶质细胞和心肌细胞。肝卵园细胞，神经、胶质细胞和心肌细胞。高度纯化的造血干细胞可分化形成肝细胞、内皮高度纯化的造血干细胞可分化形成肝细胞、内皮细胞和心肌细胞；骨骼肌细胞能分化出造血细胞；细胞和心肌细胞；骨骼肌细胞能分化出造血细胞；中枢神经系统干细胞可形成血液细胞、肌肉和许多中枢神经系统干细胞可形成血液细胞、肌肉和许多其它体细胞。其它体细胞。成体干细胞这种跨系统分化特性称为成体干细胞这种跨系统分化特性称为“可塑性可塑性（Plasticity）”。二、成体干细胞的可塑性 1、骨髓干细胞、骨髓干细胞 各种血细胞各种血细胞 内皮细胞内皮细胞 脂肪细胞脂肪细胞 成纤维细胞成纤维细胞 HSC和和MSC的分化全能具有很大的可塑性，可分化的分化全能具有很大的可塑性，可分化为甚至跨越胚层的各种类型细胞，如神经细胞、软为甚至跨越胚层的各种类型细胞，如神经细胞、软骨细胞，骨细胞，干细胞、肌肉细胞等不同类型的骨细胞，骨细胞，干细胞、肌肉细胞等不同类型的细胞细胞 间质干细胞（间质干细胞（MSC）造血干细胞（造血干细胞（HSC）骨髓干细胞骨髓干细胞 a.间质干细胞间质干细胞 间质干细胞在体外培养时，可分化为内间质干细胞在体外培养时，可分化为内皮细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、软骨细胞、皮细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、软骨细胞、骨细胞、肌肉等细胞的潜能骨细胞、肌肉等细胞的潜能 MSCMSC细胞在异常环境中，细胞分化的可细胞在异常环境中，细胞分化的可塑性增加塑性增加 b.造血干细胞造血干细胞 造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。HSCHSC表面存在一些标志，可用流式细胞仪和免表面存在一些标志，可用流式细胞仪和免疫磁性分选技术从骨髓细胞中分离和纯化出疫磁性分选技术从骨髓细胞中分离和纯化出HSCHSC。HSCHSC移植到不同的环境可分化为各种不同类型移植到不同的环境可分化为各种不同类型细胞。细胞。造血干细胞的移植造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。的最有效方法。神经干细胞神经干细胞是神经系统中一类能自我更新、是神经系统中一类能自我更新、并产生神经原和神经胶质细胞的前体细胞并产生神经原和神经胶质细胞的前体细胞 2、神经干细胞、神经干细胞 神经干细胞等只能向一种神经干细胞等只能向一种类型或密切相关的两种类类型或密切相关的两种类型的细胞分化。型的细胞分化。说明成体说明成体干细胞的分化潜能已经受干细胞的分化潜能已经受到一定限制。到一定限制。神经干细胞移植发现，神经干细胞分化为神经干细胞移植发现，神经干细胞分化为神经细胞的潜能具有发育的依赖性，说明神经神经细胞的潜能具有发育的依赖性，说明神经干细胞的分化潜能已受到一定的限制。但体外干细胞的分化潜能已受到一定的限制。但体外培养移植试验表明在一定的为环境下仍有可塑培养移植试验表明在一定的为环境下仍有可塑性。性。19991999年年BjounsonBjounson将神经干细胞分化成造血细将神经干细胞分化成造血细胞。开创了成体干细胞跨越组织和胚层分化研胞。开创了成体干细胞跨越组织和胚层分化研究的先例。究的先例。神经干细胞的可塑性神经干细胞的可塑性 神经干细胞的分布神经干细胞的分布 神经管形成以前神经管形成以前 ,在整个神经板检测到神经干细在整个神经板检测到神经干细胞的胞的选择性标记物神经巢蛋白选择性标记物神经巢蛋白 (nestin)nestin),是细胞的骨是细胞的骨架蛋白。架蛋白。神经干细胞主要存在于神经发生区：海马回和次神经干细胞主要存在于神经发生区：海马回和次脑室区脑室区,此外，成年嗅球、皮层、室管膜层或者室管膜此外，成年嗅球、皮层、室管膜层或者室管膜下层、纹状体、海马的齿状回颗粒细胞下层等脑组织下层、纹状体、海马的齿状回颗粒细胞下层等脑组织中分布着神经干细胞。研究发现脊髓、隔区也分离出中分布着神经干细胞。研究发现脊髓、隔区也分离出神经干细胞神经干细胞 脊髓损伤时脊髓损伤时,来自于神经干细胞的神经元新生受到来自于神经干细胞的神经元新生受到抑制抑制,而神经胶质细胞明显增多而神经胶质细胞明显增多,其机制可能与生成神其机制可能与生成神经元的微环境有关。经元的微环境有关。3、肝干细胞 19581958年年WilsonWilson等认为肝组织中存在着干细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胞，因为肝组织均有营养损伤和部分切除时再生能力。时再生能力。肝卵圆细胞能在体外大量增值，细胞移植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，后可分化为肝细胞和胆管上皮细胞，表明表明肝卵圆细胞是肝干细胞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，胰腺细胞和肠上皮细胞，表明肝干细胞在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适当的微环境中能被诱导分化为内胚层的其他组织细胞。其他组织细胞。丁酸钠或二甲亚砜丁酸钠或二甲亚砜可诱导肝干细胞分化为可诱导肝干细胞分化为肝细胞肝细胞 转化生长因子（转化生长因子（TGF-bata）或肝细胞生长或肝细胞生长因子（因子（HGF）可诱导肝干细胞分化为胆上可诱导肝干细胞分化为胆上皮细胞皮细胞 4、骨骼肌干细胞 肌肉的生长、更新和修复是由肌纤维周围的肌肉的生长、更新和修复是由肌纤维周围的卫星细胞卫星细胞介导的介导的即骨骼肌干细胞即骨骼肌干细胞 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。化为血液细胞成分。具有分化的可塑性具有分化的可塑性 四、成体干细胞的体外培养和特性 1 1、骨髓间质干细胞、骨髓间质干细胞 半世纪来造血干细胞移植治疗血液病、自半世纪来造血干细胞移植治疗血液病、自身免疫病和遗传疾病取得瞩目的进展。身免疫病和遗传疾病取得瞩目的进展。间质干细胞（间质干细胞（MSCMSC）能向软骨、骨、脂肪、能向软骨、骨、脂肪、造血基质和神经原样等细胞分化。造血基质和神经原样等细胞分化。使其首使其首选为组织工程中的种子细胞。选为组织工程中的种子细胞。MSCMSC主要来源于骨髓，还可来源于脂肪组织主要来源于骨髓，还可来源于脂肪组织吸取物（吸取物（PLAPLA）2、造血干细胞 造血干细胞来源于胚胎期的肝脏和骨髓。造血干细胞来源于胚胎期的肝脏和骨髓。全能造血干细胞可分化为多能淋巴干细胞全能造血干细胞可分化为多能淋巴干细胞和髓性造血干细胞和髓性造血干细胞 全能造血干细胞全能造血干细胞 造血祖细胞造血祖细胞 造血前体细胞造血前体细胞 判断造血干细胞通常用判断造血干细胞通常用体内间接法。体内间接法。脾脏中脾脏中造血灶造血灶称为称为集落形成单位集落形成单位（CFUCFU）造血干细胞的造血干细胞的表面抗原表面抗原CD34 CD34 为强阳性为强阳性 3、神经干细胞 神经干细胞体外培养和建系，必须满足神经干细胞体外培养和建系，必须满足两两个基本条件：个基本条件：1.1.具有永生化特性具有永生化特性 2.2.具有神经干细胞世系遗传明显特性，具有神经干细胞世系遗传明显特性，即神经干细胞表型。即神经干细胞表型。神经干细胞的特点神经干细胞的特点 神经干细胞可以分化神经干细胞可以分化 通过分裂产生相同的神经干细胞来维持自身的存通过分裂产生相同的神经干细胞来维持自身的存在在 ,同时同时 ,也能产生子细胞并进一步分化成各种成熟也能产生子细胞并进一步分化成各种成熟细胞细胞 神经干细胞通过两种方式生长神经干细胞通过两种方式生长 ,一种是对称分裂一种是对称分裂 ,形成两个相同的神经干细胞形成两个相同的神经干细胞 ;另一种是非对称分裂另一种是非对称分裂 ,由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀的分配由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀的分配 ,使得使得一一个子细胞不可逆的走向分化的终端而成为功能专一的个子细胞不可逆的走向分化的终端而成为功能专一的分化细胞分化细胞 ,另一个子细胞则保持亲代的特征另一个子细胞则保持亲代的特征 ,仍作为仍作为神经干细胞保留下来。神经干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。胞的数目和分裂次数控制。神经干细胞神经干细