2022年医学专题—第09章-干细胞术(1).ppt

第九章第九章 干细胞技术干细胞技术(jsh)1967年年，多多纳纳尔尔托托马马斯斯报报道道，如如果果将将正正常常人人的的骨骨髓髓移移植植到到病病人人体体内内，可可以以治治疗疗(zhlio)造造血血功功能能障障碍碍。1970年年，小小鼠鼠胚胚胎胎干干细细胞胞在在体体外外培培养养获获得得成成功功。1999年年，Margarel Goodell发发现现，小小鼠鼠肌肌肉肉组组织织干干细细胞胞可可以以“横横向向分分化化”成成血血液液细细胞胞，人人成成体体干干细细胞胞同同样样具具有有“横横向向分分化化”的的功功能。能。第一页，共二十三页。第一节第一节 干细胞概述干细胞概述(i sh)n 干细胞干细胞（stem cells）是一类）是一类未分化的或原始的、具有未分化的或原始的、具有自我自我(zw)更新能力更新能力（self-renewing）的多潜能细胞，在一定条）的多潜能细胞，在一定条件下，可以分化成机体内的多功能细胞，形成任何类型的组织和器件下，可以分化成机体内的多功能细胞，形成任何类型的组织和器官，以实现机体内部构建和自我康复能力。官，以实现机体内部构建和自我康复能力。干细胞的发育受多种内干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。在机制和微环境因素的影响。n 目前，人类目前，人类胚胎干细胞胚胎干细胞可成功地在体外培养，可成功地在体外培养，成体干细成体干细胞胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的应用奠定可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的应用奠定了基础。了基础。第二页，共二十三页。n 一、干细胞的分类与来源一、干细胞的分类与来源n （一）干细胞的分类（一）干细胞的分类n 1按照生存阶段分类按照生存阶段分类 干细胞可分为胚胎干细胞（干细胞可分为胚胎干细胞（ESC）和成体干细胞（和成体干细胞（ASC）。）。n 胚胎干细胞包括胚胎干细胞和胚胎生殖细胞（胚胎干细胞包括胚胎干细胞和胚胎生殖细胞（EGC）。）。n 成体干细胞包括骨髓成体干细胞包括骨髓(su)间充质干细胞（间充质干细胞（MSC）、血液干细胞）、血液干细胞（HSC）、表皮干细胞和神经干细胞（）、表皮干细胞和神经干细胞（NSC）等。）等。n 2按分化潜能分类按分化潜能分类 n 干细胞可分为全能干细胞、胚胎干细胞、多能干细胞和单能干细干细胞可分为全能干细胞、胚胎干细胞、多能干细胞和单能干细胞胞第三页，共二十三页。n （1）全能干细胞：）全能干细胞：具有具有形成完整个体形成完整个体的分化潜能。如的分化潜能。如胚胎干胚胎干细胞细胞，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可以无限增殖以无限增殖(zngzh)并分化成为全身并分化成为全身200多种细胞类型，进一步形成多种细胞类型，进一步形成机体的所有组织、器官，最终发育成一个完整的个体。机体的所有组织、器官，最终发育成一个完整的个体。受精卵受精卵就就是一个最初始的全能干细胞。是一个最初始的全能干细胞。n （2）多能干细胞：）多能干细胞：具有具有分化出多种细胞组织分化出多种细胞组织的潜能，但却失去的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。骨髓多能造骨髓多能造血干细胞血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。出造血系统以外的其它细胞。n （3）单能干细胞：）单能干细胞：也称专能、偏能或定向干细胞，只能也称专能、偏能或定向干细胞，只能向向一种类型一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层的上皮组织基底层的干细胞干细胞，肌肉中的成肌细胞或卫星细胞。，肌肉中的成肌细胞或卫星细胞。第四页，共二十三页。n （二）干细胞的来源（二）干细胞的来源n 1胚胎干细胞胚胎干细胞 可来源于畸胎瘤细胞、桑椹球细胞、囊胚可来源于畸胎瘤细胞、桑椹球细胞、囊胚内细胞团、拟胚体细胞、生殖原基细胞等。内细胞团、拟胚体细胞、生殖原基细胞等。n ESC是在人胚胎发育早期是在人胚胎发育早期囊胚（受精后囊胚（受精后57d）中未分化的）中未分化的细胞。细胞。囊胚含有约囊胚含有约140个细胞，个细胞，外表外表是一层扁平细胞，称是一层扁平细胞，称滋养层滋养层，可，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心中心的腔称的腔称囊胚腔囊胚腔，腔内一侧的，腔内一侧的细胞群，称细胞群，称内细胞群，这些未分化的细胞可进一步分裂、分化，发育内细胞群，这些未分化的细胞可进一步分裂、分化，发育成个体。成个体。将内细胞团分离出来进行培养，在一定条件下，这些细胞可将内细胞团分离出来进行培养，在一定条件下，这些细胞可在体外在体外“无限期无限期”地增殖传代地增殖传代(chun di)，同时还保持其全能性，因此，同时还保持其全能性，因此被称为被称为ESC。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。为体内所有组织的能力。第五页，共二十三页。n 2成体干细胞成体干细胞 成年动物的许多组织和器官，比如成年动物的许多组织和器官，比如表表皮和造血皮和造血系统，具有修复和再生的能力。在特定条件下，系统，具有修复和再生的能力。在特定条件下，成体干细成体干细胞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，从而细胞，从而(cng r)使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。n 成体干细胞可以由下列几个方面得到：成体干细胞可以由下列几个方面得到：n 胚胎细胞胚胎细胞由由ESC定向分化或移植分化而成。定向分化或移植分化而成。n 胚胎组织胚胎组织由分离胚胎组织、细胞分离或培养而成。由分离胚胎组织、细胞分离或培养而成。n 成体组织成体组织由脐血、骨髓、外周血、骨髓间质和脂肪细胞由脐血、骨髓、外周血、骨髓间质和脂肪细胞等得到。等得到。第六页，共二十三页。n 二、干细胞的应用研究二、干细胞的应用研究n 1胚胎干细胞育出心脏组织胚胎干细胞育出心脏组织 以色列以色列科学家从胚胎干细胞科学家从胚胎干细胞培养出的人类心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织培养出的人类心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织的电特性和机械性。实验证明，以细胞移植治疗心脏病是可能的电特性和机械性。实验证明，以细胞移植治疗心脏病是可能的。德国医生使用病人自身的干细胞治疗心肌梗塞取得了可喜的。德国医生使用病人自身的干细胞治疗心肌梗塞取得了可喜的成果的成果(chnggu)。n 2骨髓干细胞育出肾脏组织骨髓干细胞育出肾脏组织 英国科学家英国科学家用骨髓干细胞培育用骨髓干细胞培育出了肾脏组织，这在器官移植手术中是一个重大突破，医生可通出了肾脏组织，这在器官移植手术中是一个重大突破，医生可通过修补受损肾脏达到治疗的目的。同时，也证明了成人骨髓干细过修补受损肾脏达到治疗的目的。同时，也证明了成人骨髓干细胞可以发育成成熟的肾脏细胞。胞可以发育成成熟的肾脏细胞。第七页，共二十三页。3脐血干细胞脐血干细胞 由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞，由干脐带血和胎盘含有大量的干细胞，因而受到越来越多的重视和利用。因而受到越来越多的重视和利用。1979年，医学界首次发现年，医学界首次发现脐带血中含有恢复白血病患者造血功能的细胞。自脐带血中含有恢复白血病患者造血功能的细胞。自1998年年以来，从胎盘和脐带血中提取出来的血液以来，从胎盘和脐带血中提取出来的血液(xuy)，已挽救了数，已挽救了数百人的生命。百人的生命。4皮肤干细胞皮肤干细胞 我国研究人员发现，人体烧伤皮肤原我国研究人员发现，人体烧伤皮肤原位处存在着皮肤干细胞，利用它在一定药剂调控下，能使烧位处存在着皮肤干细胞，利用它在一定药剂调控下，能使烧伤的皮肤原位再生，修复如初。这是我国在皮肤干细胞研究伤的皮肤原位再生，修复如初。这是我国在皮肤干细胞研究及其临床应用上的重大突破。及其临床应用上的重大突破。第八页，共二十三页。n 5胰岛干细胞胰岛干细胞 美国美国Ramiya等从尚未发病的糖尿病小鼠等从尚未发病的糖尿病小鼠胰岛导管中分离出胰岛干细胞，在体外诱导分化成产生胰岛胰岛导管中分离出胰岛干细胞，在体外诱导分化成产生胰岛素的素的细胞。实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，细胞。实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠死于糖尿病，为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。而对照组小鼠死于糖尿病，为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。n 6神经干细胞神经干细胞 由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究尚存在争议，神经干细胞的研究较难取材，加之胚胎细胞研究尚存在争议，神经干细胞的研究仍处于初级阶段。脑和脊髓由于血脑屏障的存在，使之在干细仍处于初级阶段。脑和脊髓由于血脑屏障的存在，使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应，如给帕金森胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应，如给帕金森综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞，可综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞，可缓解部分缓解部分(b fen)患者症状。患者症状。第九页，共二十三页。三、干细胞应用平台技术三、干细胞应用平台技术n 1技术原理技术原理 细胞分化过程中，往往由于高度分化而完细胞分化过程中，往往由于高度分化而完全失去再分裂的能力，最终衰老全失去再分裂的能力，最终衰老(shuilo)死亡。机体在发展适死亡。机体在发展适应过程中为了祢补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞，应过程中为了祢补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞，称为干细胞。一旦生理需要，这些干细胞可按照发育途径通过称为干细胞。一旦生理需要，这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞，即干细胞充当了分化细胞分裂而产生分化细胞，即干细胞充当了分化细胞“预备队预备队”的的角色。在动物体内，多数组织含有干细胞，甚至在进化的早期，角色。在动物体内，多数组织含有干细胞，甚至在进化的早期，最初级的后生动物最初级的后生动物海绵也含有称之为海绵也含有称之为“始祖母细胞始祖母细胞”的干的干细胞。细胞。第十页，共二十三页。（1）干细胞的特点：）干细胞的特点：干干细胞本身不是处于分化途径的终端。细胞本身不是处于分化途径的终端。干细胞能无限的增殖分裂。干细胞能无限的增殖分裂。干细胞可连续分裂几代，也可在较干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。长时间内处于静止状态。l （2）干细胞的分裂方式：）干细胞的分裂方式：一是对称分裂一是对称分裂，形成两个相同的，形成两个相同的干细胞。干细胞。二是非对称分裂，二是非对称分裂，由于细胞质中的调节分化蛋白不均由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专匀地分配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞；另一个保持一的分化细胞；另一个保持(boch)亲代的特征，仍作为干细胞保亲代的特征，仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。可以说，干细胞是具有多潜能和自我更新特点的、增殖速度较缓可以说，干细胞是具有多潜能和自我更新特点的、增殖速度较缓慢的细胞。慢的细胞。第十一页，共二十三页。2技术方向技术方向 凡需要不断产生新的分化凡需要不断产生新的分化(fnhu)细胞和分化细胞和分化(fnhu)细胞本身不能再分裂的细胞或组织，都要通过干细胞所细胞本身不能再分裂的细胞或组织，都要通过干细胞所产生的具有分化产生的具有分化(fnhu)能力的细胞来维持机体细胞的数量。能力的细胞来维持机体细胞的数量。生生命体是通过干细胞的分裂，实现细胞的更新而保证持续生长。命体是通过干细胞的分裂，实现