胚胎干细胞PPT讲稿课件

胚胎干细胞课件第一节 干细胞概论 一一 、干细胞的定义和分类、干细胞的定义和分类 二、二、干细胞的研究发展干细胞的研究发展一、干细胞的定义及分类一、干细胞的定义及分类干细胞（stem cell）：是指具有无限或较长期的自我更新能力，并能产生至少一种高度分化子代细胞的细胞。1.定义:干细胞是具干细胞是具有自我更新、有自我更新、高度增殖和多高度增殖和多向分化潜能的向分化潜能的细胞群体细胞群体.干细胞干细胞干细胞干细胞具有无限增殖和自我修复能力，他们至具有无限增殖和自我修复能力，他们至少能分化为一种类型的机体细胞，其中胚胎干细胞具少能分化为一种类型的机体细胞，其中胚胎干细胞具有体外培养无限增殖、自我更新和分化为三个胚层组有体外培养无限增殖、自我更新和分化为三个胚层组织细胞的能力，因而被称为织细胞的能力，因而被称为“万能细胞万能细胞”动物干细胞技术动物干细胞技术：就是通过各种方法获得：就是通过各种方法获得干细胞干细胞，经体，经体外培养建立细胞系，并对其进行定向分化诱导研究，以外培养建立细胞系，并对其进行定向分化诱导研究，以期获得需要的某一特定类型细胞。期获得需要的某一特定类型细胞。2.分类分类根据根据细胞分化潜能细胞分化潜能大小大小：全能干细胞全能干细胞（totipotent stem celltotipotent stem cell）三胚层多能干细胞三胚层多能干细胞（pluripotent stem cell pluripotent stem cell）单胚层多能干细胞单胚层多能干细胞（multipotent stem cell multipotent stem cell）单能干细胞单能干细胞（monopotent stem cell monopotent stem cell）全全全全能能能能干干干干细细细细胞胞胞胞(胚胚胚胚胎胎胎胎干干干干细细细细胞胞胞胞)：具具有有形形成成完完整整个个体体的的分分化化潜潜能能。如如：胚胚胎胎干干细细胞胞（embryonic stem cell，ESCs，简称ES。）具具有有很很强强的的分分化化能能力力，可可无无限限增增殖殖并并分分化化为为全全身身200200多多种种细细胞胞类类型型，及机体的各种组织、器官及机体的各种组织、器官。什么是胚胎干细胞什么是胚胎干细胞?当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞(ES 细胞)。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。多胚层多能干细胞多胚层多能干细胞多胚层多能干细胞多胚层多能干细胞：指失去了发育成为完整个：指失去了发育成为完整个体的能力，但仍具有分化成个体中包括生殖细体的能力，但仍具有分化成个体中包括生殖细胞在内的多种细胞的潜能。胞在内的多种细胞的潜能。单胚层多能干细胞单胚层多能干细胞单胚层多能干细胞单胚层多能干细胞：只能分化成几种特定类型的：只能分化成几种特定类型的细胞，分化潜能较窄。如细胞，分化潜能较窄。如:间充质干细胞。间充质干细胞。可分化可分化为脂肪、骨、软骨、肌肉及其他结缔组织，而不为脂肪、骨、软骨、肌肉及其他结缔组织，而不能分化为除此以外的其它组织。能分化为除此以外的其它组织。单能干细胞单能干细胞：只能分化为一种细胞。如：成体干细胞中的神经干细胞。只能分化成神经元，而不能分化为显性胶质或少突胶质细胞。根据根据根据根据细胞来源、细胞来源、细胞来源、细胞来源、发育阶段、发育阶段、发育阶段、发育阶段、分化趋势分化趋势分化趋势分化趋势不同不同不同不同：干细胞干细胞胚胎性干细胞：指源于囊胚内细胞团（ISM）的胚胎干细胞（ES）。它均属于三胚层多潜能性干细胞。如：ES细胞、EG细胞、EC细胞等。成体干细胞：是指那些具有组织特异性的细胞，它们主要用于维持细胞功能的稳定，具有修复和再生能力，能够产生新的干细胞，或者能按一定的程序分化，形成新的功能细胞，使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。如：神经干细胞，表皮干细胞。ES细胞：存在于早期胚胎内细胞团的全能干细胞。EG细胞：来自于早期胚胎嵴原始生殖细胞的多能干细胞。EC细胞：来自于自发或诱发的生殖细胞瘤或畸胎瘤中的多能干细胞。二、干细胞的研究发展简史 （一）胚胎干细胞（一）胚胎干细胞（一）胚胎干细胞（一）胚胎干细胞 （二）胚胎生殖细胞（二）胚胎生殖细胞（二）胚胎生殖细胞（二）胚胎生殖细胞 （三）成体干细胞（三）成体干细胞（三）成体干细胞（三）成体干细胞（一）（一）胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞 1.1.定义定义：ESES细胞一般是细胞一般是 从从发育早期的胚胎内细胞团中发育早期的胚胎内细胞团中分离培养出来的一种具有自分离培养出来的一种具有自我更新、无限增殖能力的干我更新、无限增殖能力的干细胞，细胞直径为细胞，细胞直径为12151215微微米米,细胞集落特征明显。细胞集落特征明显。2.2.胚胎干细胞的胚胎干细胞的发展史发展史（1）Evans和Kaufman（1981）首次分离得到小鼠ES细胞，他们将回收的胚胎体外培养于小鼠胎儿成纤维细胞（STO）饲养层上得到了小鼠ES细胞系。（2）Wobus等（1984）首次用鼠胚原代成纤维细胞（PMEF）为饲养层建立了小鼠ES细胞系。（3 3）PeasePease等（等（19941994）借助重组白血病抑制因子（）借助重组白血病抑制因子（LIFLIF）代）代替成纤维细胞饲养层，分离得到三个替成纤维细胞饲养层，分离得到三个ESES细胞系。细胞系。（4 4）MunsieMunsie等（等（20002000）从以小鼠颗粒细胞为核供体构建的）从以小鼠颗粒细胞为核供体构建的重组胚重组胚ICMICM中分离出了核移植中分离出了核移植ESES细胞，它具有正常小鼠细细胞，它具有正常小鼠细胞的形态特征和细胞表面标记。胞的形态特征和细胞表面标记。目前，小鼠目前，小鼠ESES细胞的分离方法基本成熟，已被广泛运细胞的分离方法基本成熟，已被广泛运用于生命科学研究的多个领域。用于生命科学研究的多个领域。3.ES3.ES细胞的细胞的生物学特性生物学特性（1 1）来自正常的胚胎具有完整的）来自正常的胚胎具有完整的二倍体核型二倍体核型；（2 2）体积小、核大、胞质少，有）体积小、核大、胞质少，有1 1或或2 2个核仁，细胞个核仁，细胞间紧密的间紧密的聚集聚集在一起，细胞间在一起，细胞间界限不清界限不清，呈集落型，呈集落型生长，集落边缘清晰，生长，集落边缘清晰，遮光性强遮光性强。（3 3）表达早期胚胎细胞）表达早期胚胎细胞特异表达特异表达的基因，如：的基因，如：AKPAKP(碱性磷酸酶)、高端粒酶基因活性。、高端粒酶基因活性。端粒（端粒（TelomereTelomere）是真核细胞染色体末端的特殊结构。人端粒是由）是真核细胞染色体末端的特殊结构。人端粒是由6 6个碱个碱基重复序列（基重复序列（TTAGGGTTAGGG）和结合）和结合蛋白蛋白组成。端粒有重要的生物学功能，可组成。端粒有重要的生物学功能，可稳定染色体的功能，防止染色体稳定染色体的功能，防止染色体DNADNA降解、末端融合，保护染色体结构基降解、末端融合，保护染色体结构基因因DNADNA，调节正常，调节正常细胞生长细胞生长。正常细胞由于线性。正常细胞由于线性DNADNA复制复制55末端消失，随末端消失，随体细胞不断增殖，端粒逐渐缩短，当细胞端粒缩至一定程度，细胞停止体细胞不断增殖，端粒逐渐缩短，当细胞端粒缩至一定程度，细胞停止分裂，处于静止状态。分裂，处于静止状态。端粒酶（端粒酶（TelomeraseTelomerase）是使端粒延伸的反转录）是使端粒延伸的反转录DNADNA合成酶合成酶。是个由。是个由RNARNA和和蛋白质蛋白质组成的核糖核酸组成的核糖核酸-蛋白复合物。其蛋白复合物。其RNARNA组分为模板，蛋白组分具有组分为模板，蛋白组分具有催化活性，以端粒催化活性，以端粒33末端为引物，合成端粒重复序列。端粒酶的活性在真末端为引物，合成端粒重复序列。端粒酶的活性在真核细胞中可检测到，其功能是合成染色体末端的端粒，使因每次细胞分核细胞中可检测到，其功能是合成染色体末端的端粒，使因每次细胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒长度。主要特征是用裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒长度。主要特征是用它自身携带的它自身携带的RNARNA作模板，以作模板，以dNTPdNTP为原料，通过逆转录催化合成模板链为原料，通过逆转录催化合成模板链55端端DNADNA片段或外加重复单位。片段或外加重复单位。端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶（TelomeraseTelomerase），在细胞中负责端粒的延长的一种），在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白酶，是基本的核蛋白逆转录酶逆转录酶，可将端粒，可将端粒DNADNA加至真核加至真核细细胞胞染色体末端。端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳染色体末端。端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短的端粒定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短的端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增强体外细胞（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增强体外细胞的增殖能力。端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在的增殖能力。端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在肿瘤肿瘤中被重新激活，端粒酶可能参与恶性转化中被重新激活，端粒酶可能参与恶性转化。（4 4）无限增殖无限增殖能力。能力。（5 5）广泛的）广泛的体外分化体外分化能力。能力。（6 6）广泛的）广泛的体内分化体内分化能力。能力。（7 7）具有）具有种系传递种系传递动能。动能。（8 8）在体外培养、克隆、冻存及进行）在体外培养、克隆、冻存及进行遗传操作遗传操作 （导入基因、标记基因或剔除基因）。（导入基因、标记基因或剔除基因）。（二）胚胎生殖细胞胚胎生殖细胞原始生殖脊细胞（原始生殖脊细胞（PGCPGC）：）：即即EGEG细胞，直径为细胞，直径为15181518微米，其细胞形态、生长行为和发育潜能类微米，其细胞形态、生长行为和发育潜能类似于似于ESES细胞。细胞。形成过程内细胞团内细胞团 原始内胚层原始内胚层 外胚层的生殖层外胚层的生殖层 PGCPGC顺着背部间充顺着背部间充质迁移质迁移 生殖脊生殖脊 EGEG细胞细胞胚胎生殖细胞胚胎生殖细胞研究史（1 1）MatsuiMatsui等（等（19921992）以小鼠胎儿生殖脊的）以小鼠胎儿生殖脊的PGCPGC为材料首次为材料首次分离得到小鼠分离得到小鼠EGEG细胞系。细胞系。（2 2）SetwartSetwart等（等（19941994）从）从7 7个品系小鼠胚胎分离建立了个品系小鼠胚胎分离建立了3 3个个EGEG细胞系。细胞系。目前对小鼠目前对小鼠EGEG细胞建系研究结果表明，多种品系小鼠细胞建系研究结果表明，多种品系小鼠来源的来源的PGCPGC可以建立可以建立EGEG细胞系。细胞系。第二节第二节 ES/EG细胞培养建系技术细胞培养建系技术ESES细胞建系：细胞建系：将早期胚胎（桑椹胚或囊胚）与抑制分化物共培将早期胚胎（桑椹胚或囊胚）与抑制分化物共培养，使之增殖并保持未分化状态，随着传代数的养，使之增殖并保持未分化状态，随着传代数的增多，细胞数量越来越多，直到建立增多，细胞数量越来越多，直到建立ESES细胞系。细胞系。EGEG细胞建系：细胞建系：EGEG细胞在体外培养增殖能力较细胞在体外培养增殖能力较ESES细胞弱，所需条件特细胞弱，所需条件特别是饲养层较别是饲养层较ESES细胞严格，所以细胞严格，所以EGEG细胞培养建系较细胞培养建系较ESES细胞困难。细胞困难。ES/EGES/EG细胞系建立的意义细胞系建立的意义:为研究哺乳动物发育和遗传以及细胞分化提供了大量为研究哺乳动物发育和遗传以及细胞分化提供了大量的种源细胞。的种源细胞。真正意义上的真正意义上的真正意义上的真正意义上的ES/EGES/EGES/EGES/EG细胞建系要求形成生殖系嵌合体后代细胞建系要求形成生殖系嵌合体后代细胞建系要求形