干细胞生物学与疾病治疗LYX-2

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1、干细胞生物学与疾病治疗,天津市生命科学中心实验室,课程回顾,干细胞的应用前景,（一）治疗方面 作为细胞治疗与组织器官替代治疗的种子细胞 作为疾病基因治疗的载体 （二）研究方面 探讨胚胎发育的调控机制 利用胚胎干细胞体外整合外源基因，研究基因功能及与疾病的关系 药物筛选平台的建立，药理研究与新药开发,内 容,干细胞生物学 干细胞工程原理与技术 干细胞治疗研究及临床应用 干细胞研究前沿与展望,干细胞治疗研究及临床应用,神经干细胞: 中风, MS, ALS, 脑瘫,痴呆，记忆力丧失，脑外伤，脊髓损伤，失明 间充质干细胞: 肾脏、肝脏、胰腺和脑损伤，肠道疾病，骨关节病 肝/胰腺干细胞: I型和II型糖

2、尿病，肝炎和肝病，肝癌 造血干细胞：贫血，骨髓疾病，免疫系统疾病，慢性感染，狼疮，类风湿关节炎 皮肤干细胞：烧伤，皮肤移植，皮肤疾病 肌肉干细胞：肌营养不良症，心肌病，心脏病发作造成的损伤 肺细胞干细胞：肺气肿，肺部疾病,造血干细胞移植（白血病、淋巴瘤）,临床试验（ClinicalTrial）指在人体（病人或健康志愿者）内进行的药物的系统性研究，以证实或揭示药物的作用、不良反应及药物的吸收、分布、代谢和排泄情况，目的是确定试验药物的疗效与安全性。,全球干细胞临床研究情况,Map of 2823 studies found by search of adult stem cell,http:/w

3、ww.clinicaltrials.gov/ct2/results/map?term=stem+cell,胚胎干细胞研究受限: 伦理道德和法律问题 胚胎干细胞的安全性（致畸作用）,2009.1.23 用人类胚胎干细胞来源的少突胶质细胞治疗急性脊髓损伤被批准进入临床试验阶段,干细胞治疗,造血干细胞移植 糖尿病 心脏病 神经系统疾病,造血干细胞移植Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT),造血干细胞移植技术的发展简史 萌芽阶段（20世纪30年代初） 动物研究发现对致死照射后的小鼠输注同种骨髓可恢复其造血功能 初入临床 1955-1968年，E.

4、Donnall Thomas进行了近两百例的骨髓移植，其中只有三例存活，这三例都是HLA完全配合的兄弟间的移植。该时期最重要的发现：移植排斥和移植物抗宿主病（graft-versus-host disease, GVHD） 快速发展（20世纪70年代以后） 1968年骨髓移植治疗重症联合免疫缺陷综合症(SCID)获得成功。70年代以后，人类白细胞抗原的发现、免疫抑制剂的应用、及抗菌、抗病毒药物和重组造血生长因子等支持疗法的发现，大大促进了骨髓移植的进展,http:/www.fhcrc.org/index.html,肾移植和骨髓移植的开创者,造血干细胞移植,造血干细胞移植的分类 按照干细胞来源分

5、类 骨髓造血干细胞移植 外周血造血干细胞移植 脐带血造血干细胞移植 按照供者遗传学分类 自体血造血干细胞移植 同基因造血干细胞移植（单卵孪生同胞移植） 异体造血干细胞移植,骨髓干细胞：骨髓造血干细胞和骨髓间充质干细胞,骨髓穿刺,脐带血细胞,Characteristics of Various Sources of Stem Cells,造血干细胞移植,造血干细胞移植的适应症及机制 替代治疗：如遗传缺陷性疾病、再生障碍性贫血等。 大剂量放化疗后的支持治疗：用大剂量放化疗治疗肿瘤时，会导致患者骨髓抑制及肝肾功能损伤，联合造血干细胞移植可以使患者重建免疫和造血功能。 免疫治疗：DC细胞（承载肿瘤特异

6、性抗原）或识别肿瘤抗原的特异性CTL回输疗法目前已成功用于治疗多发性骨髓瘤、非霍奇金氏淋巴瘤等恶性肿瘤。 基因治疗：将免疫调节分子基因、抑癌基因等导入造血干细胞，再将其回输体内进行基因治疗。,*儿童不常见，主要为成人移植,造血干细胞移植的疾病治疗,Arthritis Research 35: 348356,骨骼肌成肌细胞移植17.5个月后对心肌瘢痕进行尸检：A和B，苏木素和伊红染色；C和D，骨骼肌肌球蛋白的免疫组化,干细胞与神经系统疾病,神经干细胞(neural stem cell，NSCs)是存在于成体的神经组织中的一类具有分裂潜能和自我更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组

7、织的各类细胞。,干细胞与神经系统疾病,Arch Neurol. 2008; 65(4):452-6.,干细胞治疗帕金森病,帕金森病病理改变：脑黑质致密区多巴胺神经元变性，数目减少 临床症状：进行性加重的静止性震颤、肌强直、运动迟缓、表情减少等,N Engl J Med. 2001 Jul 12;345(2):146,正电子发射断层扫描（PET）显示帕金森病人治疗前和干细胞移植之后的图像，红色表示脑内的多巴胺摄取量。,干细胞与脊髓损伤,正常脊髓包括上行神经元（绿色）和下行神经元（红色）。 脊髓损伤后，上行和下行神经元的轴突变性，炎性细胞侵润，瘢痕形成，局部髓鞘少突胶质细胞和神经灰质受损。干细胞提

8、供的生长因子有利于对脊髓损伤修复，或替代坏死的神经元。,内 容,干细胞生物学 干细胞工程原理与技术 干细胞治疗研究及临床应用 干细胞研究前沿与展望,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术 诱导性多潜能干细胞 肿瘤干细胞 干细胞与基因治疗 干细胞研究所面临的主要问题,Alternative Methods for Preparing Pluripotent Stem Cells,核移植技术,核移植技术（nuclear transplantation，NT）就是将动物早期胚胎卵裂球或体细胞的细胞核移殖到去核的（同种或异种）受精卵或卵母细胞中，构建新合子，并使其发育为与供体细胞基因型完全相同的后代。 核移

9、植技术的四个发展阶段： 胚胎细胞核移植，连续细胞核移植，体细胞核移植，异种细胞核移植 核重编程（reprogramming）是指供体细胞核移入卵母细胞后必须停止本身的基因表达程序并恢复为胚胎发育所必需的特定的胚胎表达程序。只有供核发生完全重编程,重构胚胎才能正常发育。,核移植技术的应用: 生殖性克隆：通过代孕母亲产生与供体在遗传上完全一致的新生个体 治疗性克隆：是指把克隆出来的组织或者器官用于治疗疾病,Dolly, who was created at the Roslin Institute in Edinburgh, was actually born on 5 July 1996 and

10、 she lived until the age of six, (d. February 14 , 2003). Dolly is the first mammal to have been successfully cloned from an adult cell.,治疗性克隆,美国科学家首次利用体细胞核转移技术获得了人类的囊胚,A1: 人类卵母细胞 A2: 吸去细胞核 B1: 原核形成 (66%) B2: 早期卵裂 (47%) B3: 囊胚 (23%),诱导性多潜能干细胞,诱导性多潜能干细胞（Induced pluripotent stem cell, iPS）是将体细胞经过基因改造转

11、化为具有多向分化潜能和自我更新能力的人造干细胞。 iPS genes: Oct-3/4 Sox gene family (Sox1, Sox2, Sox3, and Sox15) Klf family (Klf1, Klf2, Klf4, and Klf5) Myc family (C-myc, L-myc, and N-myc) Nanog LIN28,Induced pluripotent stem cell,A scheme of the generation of induced pluripotent stem (iPS) cells. (1)Isolate and culture

12、donor cells. (2)Transfect stem cell-associated genes into the cells by viral vectors. Red cells indicate the cells expressing the exogenous genes. (3)Harvest and culture the cells according to ES cell culture, using mitotically inactivated feeder cells (lightgray). (4)A small subset of the transfect

13、ed cells become iPS cells and generate ES-like colonies.,iPS的鉴定,细胞生物学特性 表型圆形、核大胞浆少，形成与ESCs相似的克隆 生长特点有丝分裂活跃、能够自我更新和增殖、分裂比率与ESCs相似 干细胞标记分子： SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, TRA-2-49/6E, Nanog 干细胞基因： Oct-3/4, Sox2, Nanog, GDF3, REX1, FGF4, ESG1, DPPA2, DPPA4, and hTERT 端粒酶活性：高 分化潜能 多向分化潜能 表观遗传重新编程 甲

14、基化：广泛启动子区甲基化，多潜能相关基因启动子区低甲基化 组蛋白修饰： 与Oct-3/4, Sox2和Nanog基因相互作用的组蛋白去甲基化,日本科学家首次宣布成功把人人皮肤成纤维细胞改造成类似胚胎干细胞的多潜能干细胞,Cell 2007; 131, 861872,将人皮肤成纤维细胞诱导成为多潜能干细胞,Cell 2007; 131, 861872,诱导性多潜能干细胞的自发和定向分化,Cell 2007; 131, 861872,德国科学家成功把人类睾丸精原细胞改造成多潜能的生殖系干细胞,1. 从成人睾丸中筛选精原细胞 2. 体外诱导产生生殖系干细胞,Nature 2008; 456, 344

15、-349,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术 诱导性多潜能干细胞 肿瘤干细胞 干细胞与基因治疗 干细胞研究所面临的主要问题,肿瘤干细胞,肿瘤干细胞（cancer stem cell,CSCs)是肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤的细胞。 急性髓性白血病（AML) 脑肿瘤 乳腺癌 结肠癌 卵巢癌 胰腺癌 前列腺癌,肿瘤干细胞的发现,肿瘤干细胞的发现,肿瘤干细胞的起源基因突变,Nature Reviews Cancer 2005; 5, 899-904,肿瘤干细胞的起源细胞融合,Cell fusion and horizontal gene-transfer phenomena in the

16、context of tumour progression.,Nature Reviews Cancer 2005; 5, 899-904,肿瘤干细胞的信号调控,Signalling pathways, stem cells and cancer,Nature Reviews Cancer 2003; 3, 895902,Control of stem-cell self-renewal by the WNT and BMI1 pathways.,Nature Reviews Cancer 2003; 3, 895902,促进细胞增殖、存活、转移,促进细胞增殖，抑制细胞凋亡,肿瘤干细胞的意义,Stem cell specific and conventional cancer therapies,针对预防和治疗肿瘤干细胞的临床干预措施,J Clin Oncol. 2008; 26(17): 28132820,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术 诱导性多潜能干细胞 肿瘤干细胞 干细胞与基因治疗 干细胞研究所面临的主要问题,干细胞与基因治疗,干细