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1、1,干细胞研究及其应用,2,长期以来，人类一直在研究和寻找能治愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。 随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的研究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。 1998年，美国科学杂志将干细胞的研究成果列在十大科学进展的首位。,3,干细胞研究历史及进展,4,干细胞的起源和进展,1896 E.B Wilson首次用这个名词描述寄生虫生殖系的祖细胞 1963 Till和McCulloch发现小鼠骨髓中存在能够自我更新的细胞 1968 骨髓移植治疗重症联合免疫缺陷综合症(SCID)获得成功 1978 在人类的脐带血中发现存在造血干细胞 1981 Evans和Kaufman建立小鼠
2、胚胎干细胞系 1997 白血病起源于造血干细胞的发现证实了肿瘤干细胞的存在 1996 克隆羊Dolly诞生 1998 Thomson,James等建立第一个人胚胎干细胞系 2000s 很多报道表明成体干细胞具有可塑性 2001 美国Advanced Cell Technology公司的科学家首次采用克隆技术培育出人类早期胚胎（6个分裂球） 2004-2005 韩国研究者黄禹锡(Hwang Woo-suk)声称利用体细胞核转移技术培育出几种人类胚胎干细胞系，后来被证实是伪造的 2006 英国科学家用脐带血干细胞分化出第一个人造肝细胞,5,干细胞的起源和进展,2007.1 科学家发现在羊水中存在一
3、种新型干细胞，它可以在研究与治疗中替代胚胎干细胞 2007.6 3个研究小组同时报道发现小鼠正常的皮肤细胞可以重新编程成为干细胞；同时科学家Shoukhrat Mitalipov首次报道通过体细胞核转移技术制备猴胚胎干细胞成功 2007.10 Mario Capecchi, Martin Evans和Oliver Smithies分获诺贝尔生理和医学奖，奖励他们在胚胎干细胞和小鼠基因“敲除”方面的贡献 2007.11 日本Yamanaka宣布成功把人体皮肤细胞（纤维原细胞）改造成类似胚胎干细胞的多潜能干细胞诱导性多潜能干细胞 2008.1 不需要破坏胚胎即可制备人类胚胎干细胞系（Advance
4、d Cell Technology） 2008.1 美国科学家利用人的成纤维细胞核进行体细胞核转移技术获得了人类的胚泡（囊胚） 2008.3 自体间充质干细胞成功治疗关节变性病 2008.10 德国科学家成功把人类睾丸细胞改造成多潜能干细胞，美国科学家将人类发根的角化细胞转化为类胚胎干细胞 ,6,1981年英国剑桥大学的Evans和Kaufrnan及美国加州大学的 Martin首次由小鼠中分离得到鼠的胚胎干细胞。 至今已分离得到的胚胎干细胞物种有：金黄地鼠（1988）、貂（1993）、猪（1994，1997）、鸡（1996）、恒河猴（1995）、绒猴（1996）。 分离得到人的胚胎干细胞199
5、8， 分离得到人的胚胎生殖细胞（1998）， 目前不断报道成年组织来源的的干细胞。,7,何为干细胞,干细胞定义 干细胞生物学特点 干细胞分类 干细胞自我更新与分化调控,8,What are stem cells? Unspecialised Long-term self-renewal Ability to differentiate into specialised cells e.g. cardiac muscle cells, neurons, liver cells, etc.,9,干细胞的定义,干细胞（Stem Cells）是一群未分化的，具有自我更新 (self-renewal)
6、能力和多向分化潜能(potency)的细胞。它既能产生表型与基因型与母代完全相同的子代细胞；也能产生组成机体各组织和器官的高度分化的细胞。,10,干细胞的生物学特点,属低分化细胞，缺乏分化标记； 在机体的数目和位置相对恒定； 具有自我更新能力； 具有多向分化潜能，即具有分化发育的可塑性，其分化受所处周围微环境（niche）的影响； 能无限地分裂、增殖； 分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于G0期； 两种分裂生长方式：一是对称分裂，形成两个相同的干细胞；二是不对称分裂，一个子代细胞保持干细胞特性，另一个成为祖细胞，最终分化成终末细胞。,11,干细胞的生长分裂方式,12,干细胞的分类,根据分化潜能分
7、类 根据发生发育学分类,13,干细胞根据分化潜能分类,全能干细胞（Totipotent stem cell） 多潜能干细胞（Pluripotent stem cell） 多能干细胞（Multipotent stem cells） 单能干细胞（Unipotent stem cell）,14,全能（Totipotent）干细胞是指具有无限分化潜能，能分化成所有组织和器官的干细胞，包括胎盘。其具有发育成完整个体的能力。,Totipotent cells have the potential to become any type in the adult body any cell of the ex
8、traembryonic membranes (e.g., placenta).,15,多潜能（ Pluripotent）干细胞是具有自我更新能力和高度增殖以及多向分化潜能，并可以定向诱导分化为三个胚层中所有种类的细胞，它可以用来形成复杂的组织和器官。但与全能干细胞相比，它失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定限制。,16,自然状态下存在的三种多潜能干细胞： 胚胎干细胞（Embryonic stem cells，ES）：来源于体外受精的胚泡的内细胞团； 胚胎生殖细胞（Embryonic germ cells，EG）：来自胎儿性腺的原生殖细胞； 胚胎肿瘤细胞（Embryonic Carci
9、noma Cells, EC）：来自畸胎瘤，但为非整倍体细胞。,17,胚胎生殖细胞（Embryonic germ cells，EG） 指来自于5-10周龄的胚胎性腺区的早期生殖细胞。在发育后期，性腺区发育成睾丸或卵巢，原始生殖细胞（primordial germ cell，PGC）产生精子或卵子。 胚胎肿瘤细胞（Embryonic Carcinoma Cells, EC） 是来源于恶性畸胎瘤的一种多潜能干细胞。畸胎瘤是由机体内幼稚细胞发生变异而形成的肿瘤。恶性畸胎瘤内既含有各种各样分化成熟的组织，还含有一些未分化的、能不断增殖的干细胞，因其形态和发育潜能都类似胚胎细胞，而且是恶性的，故称其为胚
10、胎肿瘤细胞。,18,Human pluripotent embryonic stem (ES) and embryonic germ (EG) cells,19,人工方法获得多潜能干细胞： 体细胞核移殖技术（Somatic cell nuclear transfer ，SCNT) 人工诱导的多潜能干细胞（Induced pluripotent stem cell, iPS）,20,SCNT and iPS,21,诱 导 性 多 能 干 细 胞 iPS induced pluripotent stem cells,22,多能（Multipotent）干细胞是指能分化成与其来源相近的特定组织或器官
11、的干细胞（例如造血干细胞可以分化为红血细胞、白血细胞和血小板等）。,23,Blood Cell Differentiation from Hematopoietic Stem Cells (HSCs).,24,单能（Unipotent）干细胞只能产生一种细胞类型；但是，具有自我更新属性，将其与非干细胞区分开。如肝干细胞、胰腺干细胞、肠上皮干细胞、角膜缘干细胞等。,受损的小鼠肝脏内，在肝胆管周围存在FoxL1表达阳性（水蓝色）的肝干细胞，它们被肝纤维细胞（品蓝）所包裹，构成了干细胞生存和发挥功能的微环境。,25,26,干细胞根据发生学来源分类,胚胎干细胞（Embryonic stem cells
12、, ESCs） 是指由胚胎内细胞团（inner cell mass,ICM）经体外抑制培养，在传代过程中筛选出的具有多能性的细胞。 成体干细胞（Adult stem cells） 是指存在于一种已经分化组织的未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。例如：造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞、肝干细胞、皮肤表皮干细胞、胰腺干细胞等。,27,Types of stem cells,ES cells Blastocyst (inner cell mass) Pluripotent 多能性 Easily grown in cultures,Adult stem cel
13、l bone marrow, liver, pancreas, gastro. tract Homeostasis动态平衡 limited differentiation capacities; plasticity? Rare; hard to isolate and purify Potential transplant source; low risk of rejection排斥,28,胚胎干细胞（embryonic stem cells， ES细胞）是由早期胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外分化抑制培养，在传代过程中筛选出的具有多能性的细胞。包括胚胎性生殖细胞 EGC（Embryoni
14、c Germ Cell）。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。,29,30,ES cell =胚胎干细胞 EG cell = 胚胎生殖细胞 EC cell = 胚胎肿瘤细胞 SSEA = 阶段特异性胚胎抗原,TRA = 抑制肿瘤抗原-1 LIF = 白血病抑制因子 bFGF = 碱性成纤维细胞生长因子 EB = 胚体,31,成体干细胞ASC （Adult-derived Stem Cell ）,成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从
15、而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。,32,成体干细胞的“可塑性”（plasticity） 造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞等成体干细胞具有一定跨系、甚至跨胚层分化的特性。,Evidence of Plasticity Among Adult Stem Cells,33,34,干细胞治疗的进展,科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生命”的有效的疾病治疗手段。 例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。 例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神经退行性疾病（如帕金森
16、氏病）、骨髓损伤患者带来新的希望。,35,在我国，北京大学、协和医科大学、上海第二医科大学和军事医学科学院等研究单位相继较早成立了专门的干细胞研究基地，在造血干细胞研究和成体干细胞建库等方面已积累了相当的经验。但对胚胎干细胞研究则很欠缺。,36,干细胞工程原理与技术,干细胞的来源 干细胞的分离和培养 干细胞定向诱导分化 干细胞检测方法,37,干细胞的研究热点,人体干细胞的建株； 干细胞保持不分化的培养； 干细胞的定向诱导分化； 干细胞应用的法律、伦理道德问题； 干细胞、组织工程、器官工程； 胚胎组织的种植及定向诱导分化。,38,干细胞工程,细胞治疗（cytotherapy）是应用具有特定功能的细胞群或细胞克隆治疗肿瘤、感染、自身免疫性疾病、基因缺陷等疾病的一种涉及生物免疫学和基因学的治疗手段。 第一代细胞治疗：全血输注； 第二代细胞治疗：骨髓和外周血干细胞移植； 第三代细胞治疗：在分离纯化少量干细胞基础上，通过细胞工程技术，在体外扩增和定向诱导分化，或对其进行基因改造后，将产生大量的目的细胞回输体内进行治疗。 干细胞工程是利用干细
