干細(xì)胞與生物醫(yī)學(xué)

干細(xì)胞與生物醫(yī)學(xué)張彭躍2013.7一、干細(xì)胞的概念二、干細(xì)胞的分類三、胚胎干細(xì)胞的來(lái)源和生物學(xué)特性四、成體干細(xì)胞的來(lái)源和生物學(xué)特性五、誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞六、干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用七、討論講述內(nèi)容1、Stemcells：指具有自我更新和強(qiáng)大的多方向分化潛能能力的未分化細(xì)胞。2、特性（stemness）：自我更新能力——干細(xì)胞能無(wú)限增殖分裂；多方向分化能力——干細(xì)胞能分化為人體全部或多種細(xì)胞類型；不對(duì)稱分化——干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞只能有兩種命運(yùn)：保持為干細(xì)胞或分化為特定細(xì)胞，分化時(shí)為不對(duì)稱分裂?；顒?dòng)狀態(tài)——干細(xì)胞可連續(xù)分裂幾代，也可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)；一、干細(xì)胞的概念3、干細(xì)胞的形態(tài)及生化特征形態(tài)：體積小、核大、細(xì)胞器不發(fā)達(dá)……生化：干細(xì)胞的共同標(biāo)志，如端粒酶活性高不同干細(xì)胞的特有標(biāo)志，如人造血干細(xì)胞表現(xiàn)為CD34和CD133；上皮干細(xì)胞有高表達(dá)的β1整合素；神經(jīng)干細(xì)胞Nestin；腫瘤干細(xì)胞CD133等。二、干細(xì)胞的分類——按分化潛能干細(xì)胞全能干細(xì)胞多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞受精卵胚胎早期卵裂球胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）神經(jīng)干細(xì)胞間充制干細(xì)胞脂肪干細(xì)胞毛囊干細(xì)胞.....二、干細(xì)胞的分類——按發(fā)生來(lái)源潛能干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞不同干細(xì)胞分離時(shí)間點(diǎn)1、三、胚胎干細(xì)胞embryonicstemcells

（一）、來(lái)源和生物學(xué)特性

胚胎干細(xì)胞主要是指來(lái)自囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的細(xì)胞和原始生殖細(xì)胞，有自我更新和多向分化潛能，可以分化為內(nèi)、中、外三個(gè)胚層的多種組織細(xì)胞的潛能。但卻失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制。（二）、ES細(xì)胞分離史1981年，英國(guó)科學(xué)家Evans等人在世界上首先建立起了小鼠Es細(xì)胞系1998年11月，美國(guó)威斯康星大學(xué)的Thomson教授，在征得胚胎所有者同意之后，從試管嬰兒剩余的胚胎中分離出胚胎干細(xì)胞，并在體外培養(yǎng)成功，建立起了人Es細(xì)胞。（三）、ES細(xì)胞分離培養(yǎng)方法1、囊胚獲取的新方法——終末分化細(xì)胞重編程體外體細(xì)胞核移植干細(xì)胞建立模式圖體外核移植合子（受精卵）的產(chǎn)生四、成體干細(xì)胞adultstemcells（一）、來(lái)源和生物學(xué)特性

成體干細(xì)胞主要是指來(lái)自成年動(dòng)物組織或器官，有自我更新和多向分化潛能，可以分化為組成其來(lái)源組織或器官的多種細(xì)胞的潛能。分化潛能低于ES細(xì)胞。（二）、

分離鑒定的成體干細(xì)胞造血干細(xì)胞、骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、上皮干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞、肝干細(xì)胞（三）、成體干細(xì)胞的分化特性1、自然條件下成體干細(xì)胞傾向于分化成所在組織的細(xì)胞，參與組織更新和損傷修復(fù)；2、外界條件誘導(dǎo)下成體干細(xì)胞可橫向分化成其他組織的細(xì)胞，參與這些組織的損傷修復(fù)。造血干細(xì)胞的分化嗅束（球）、側(cè)腦室的室管膜（腦室）區(qū)、腦室下區(qū)（SVZ）、海馬齒狀回、小腦（部分后腦）、大腦皮層和脊髓。神經(jīng)干細(xì)胞的體內(nèi)分布臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用：

替代病變或衰老組織以及提供營(yíng)養(yǎng)——替代性治療，基因靶向治療（脊髓損傷、帕金森病、老年癡呆、腦梗死等）基礎(chǔ)研究領(lǐng)域：神經(jīng)發(fā)育的研究；神經(jīng)干細(xì)胞遷移和分化的調(diào)控研究……五、iPS細(xì)胞（inducedpluripotentstemcells）2006年Yamanaka發(fā)現(xiàn)，胚胎干細(xì)胞中存在一系列特異性表達(dá)的蛋白質(zhì)，而當(dāng)胚胎干細(xì)胞分化時(shí)，這些蛋白表達(dá)減少。提出如果在小鼠體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)這些蛋白，或許能使體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈杉?xì)胞全能性質(zhì)的細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)分別被《自然》和《科學(xué)》雜志評(píng)為2007年第一和第二大科學(xué)進(jìn)展。2008.4，美國(guó)科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)鼠皮膚細(xì)胞改造成iPS細(xì)胞，然后成功使其分化成心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及造血細(xì)胞。2009.2，日本科學(xué)家宣布成功利用人類皮膚細(xì)胞制成的iPS細(xì)胞培育出血小板，而且聲稱從技術(shù)上說(shuō)用iPS細(xì)胞培育人類紅細(xì)胞和白細(xì)胞都是可能的。iPS細(xì)胞制備流程來(lái)源于iPS細(xì)胞的小鼠iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比的優(yōu)點(diǎn)1、iPS細(xì)胞則由體細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生，不存在來(lái)源的問(wèn)題。2、iPS細(xì)胞取自病人組織，產(chǎn)生的是病人特異的干細(xì)胞，避免了免疫排斥反應(yīng)。iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比的缺點(diǎn)1、c-myc是原癌基因，此基因的失控會(huì)導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。2、iPS小鼠存在明顯的健康問(wèn)題，死亡率很高。慢病毒載體的使用也會(huì)導(dǎo)致基因組的整合，誘發(fā)致癌危險(xiǎn)。iPS細(xì)胞的特點(diǎn)iPS細(xì)胞的應(yīng)用——疾病治療iPS細(xì)胞的應(yīng)用——疾病模型iPS細(xì)胞的應(yīng)用——藥物篩選六、干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用細(xì)胞治療（基因治療）組織工程藥物篩選和毒性檢測(cè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制備（一）細(xì)胞治療celltherapy胞治療是指將正?；蜻z傳改造過(guò)的人體細(xì)胞直接移植或輸入患者體內(nèi)，以達(dá)到替代受損細(xì)胞、治療疾病的目的。利用干細(xì)胞及其分化細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞治療是干細(xì)胞臨床應(yīng)用的重要研究方向。

胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞都能用于細(xì)胞治療，但目前只有少數(shù)成體干細(xì)胞在細(xì)胞治療上己開(kāi)始取得臨床療效，大多數(shù)的干細(xì)胞治療還在實(shí)驗(yàn)階段。1、骨髓干細(xì)胞移植2、臍帶血干細(xì)胞移植3、神經(jīng)干細(xì)胞移植北京某醫(yī)院完成異基因造血干細(xì)胞移植病例數(shù)

造血干細(xì)胞移植：腫瘤類如白血病,某些惡性實(shí)體瘤等,非腫瘤性疾病，如:再生障礙性貧血,重癥免疫缺陷病,急性放射病，地中海貧血等。造血干細(xì)胞自體移植造血干細(xì)胞異體移植

I型糖尿病的治療外源胰島素治療胰腺或胰島移植干細(xì)胞治療：

胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成β細(xì)胞細(xì)胞移植基因?qū)胧蛊浔磉_(dá)胰島素細(xì)胞移植胰腺干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成β細(xì)胞細(xì)胞移植糖尿病小鼠模型制作(腹腔注射鏈脲佐菌素STZ)腎膜下移植ICCs治療糖尿病NOD-Scid小鼠腹腔內(nèi)注射streptozotocin腎膜下移植含類β細(xì)胞的ICCs高血糖

注射STZ前注射STZ后

移植ICCS后

302010

血糖水平(mmol/l)

注射后3天小鼠出現(xiàn)穩(wěn)定的高血糖癥

移植4天后小鼠血糖明顯下降（二）、組織工程（TissueEngineering):

組織工程是指應(yīng)用工程學(xué)和生命科學(xué)的原理和方法來(lái)研究正?；虿±頎顩r下哺乳動(dòng)物組織的結(jié)構(gòu)、功能和生長(zhǎng)的機(jī)制，研究開(kāi)發(fā)能夠修復(fù)、維持替換或增進(jìn)其功能或改善損傷組織的人工生物替代物的一門學(xué)科。利用干細(xì)胞再造組織或器官。組織工程的基本要素：細(xì)胞(Cell)

－增殖、分化、自組裝成組織和器官生長(zhǎng)因子(Growthfactor)

－調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化胞外基質(zhì)（Ext