干細(xì)胞生物學(xué)與疾病治療LYX.ppt

1、干細(xì)胞生物學(xué)與疾病治療,李怡璇 天津醫(yī)科大學(xué) 天津市生命科學(xué)中心實驗室,課程回顧,干細(xì)胞的應(yīng)用前景,（一）治療方面 作為細(xì)胞治療與組織器官替代治療的種子細(xì)胞 作為疾病基因治療的載體 （二）研究方面 探討胚胎發(fā)育的調(diào)控機制 利用胚胎干細(xì)胞體外整合外源基因，研究基因功能及與疾病的關(guān)系 藥物篩選平臺的建立，藥理研究與新藥開發(fā),內(nèi) 容,干細(xì)胞生物學(xué) 干細(xì)胞工程原理與技術(shù) 干細(xì)胞治療研究及臨床應(yīng)用 干細(xì)胞研究前沿與展望,干細(xì)胞治療研究及臨床應(yīng)用,神經(jīng)干細(xì)胞: 中風(fēng), MS, ALS, 腦癱,癡呆，記憶力喪失，腦外傷，脊髓損傷，失明 間充質(zhì)干細(xì)胞: 腎臟、肝臟、胰腺和腦損傷，腸道疾病，骨關(guān)節(jié)病 肝/胰腺干

2、細(xì)胞: I型和II型糖尿病，肝炎和肝病，肝癌 造血干細(xì)胞：貧血，骨髓疾病，免疫系統(tǒng)疾病，慢性感染，狼瘡，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎 皮膚干細(xì)胞：燒傷，皮膚移植，皮膚疾病 肌肉干細(xì)胞：肌營養(yǎng)不良癥，心肌病，心臟病發(fā)作造成的損傷 肺細(xì)胞干細(xì)胞：肺氣腫，肺部疾病,造血干細(xì)胞移植（白血病、淋巴瘤）,臨床試驗（ClinicalTrial）指在人體（病人或健康志愿者）內(nèi)進(jìn)行的藥物的系統(tǒng)性研究，以證實或揭示藥物的作用、不良反應(yīng)及藥物的吸收、分布、代謝和排泄情況，目的是確定試驗藥物的療效與安全性。,全球干細(xì)胞臨床研究情況,Map of 2823 studies found by search of adult stem c

3、ell,/ct2/results/map?term=stem+cell,胚胎干細(xì)胞研究受限: 倫理道德和法律問題 胚胎干細(xì)胞的安全性（致畸作用）,2009.1.23 用人類胚胎干細(xì)胞來源的少突膠質(zhì)細(xì)胞治療急性脊髓損傷被批準(zhǔn)進(jìn)入臨床試驗階段,干細(xì)胞治療,造血干細(xì)胞移植 糖尿病 心臟病 神經(jīng)系統(tǒng)疾病,造血干細(xì)胞移植Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT),造血干細(xì)胞移植技術(shù)的發(fā)展簡史 萌芽階段（20世紀(jì)30年代初） 動物研究發(fā)現(xiàn)對致死照射后的小鼠輸注同種骨髓可恢復(fù)其造血功能 初入臨床 195

4、5-1968年，E. Donnall Thomas進(jìn)行了近兩百例的骨髓移植，其中只有三例存活，這三例都是HLA完全配合的兄弟間的移植。該時期最重要的發(fā)現(xiàn)：移植排斥和移植物抗宿主病（graft-versus-host disease, GVHD） 快速發(fā)展（20世紀(jì)70年代以后） 1968年骨髓移植治療重癥聯(lián)合免疫缺陷綜合癥(SCID)獲得成功。70年代以后，人類白細(xì)胞抗原的發(fā)現(xiàn)、免疫抑制劑的應(yīng)用、及抗菌、抗病毒藥物和重組造血生長因子等支持療法的發(fā)現(xiàn)，大大促進(jìn)了骨髓移植的進(jìn)展,/index.html,腎移植和骨髓移植的開創(chuàng)者,造血干細(xì)胞移植,造血干細(xì)胞移植的

5、分類 按照干細(xì)胞來源分類 骨髓造血干細(xì)胞移植 外周血造血干細(xì)胞移植 臍帶血造血干細(xì)胞移植 按照供者遺傳學(xué)分類 自體血造血干細(xì)胞移植 同基因造血干細(xì)胞移植（單卵孿生同胞移植） 異體造血干細(xì)胞移植,骨髓干細(xì)胞：骨髓造血干細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,骨髓穿刺,臍帶血細(xì)胞,Characteristics of Various Sources of Stem Cells,造血干細(xì)胞移植,造血干細(xì)胞移植的適應(yīng)癥及機制 替代治療：如遺傳缺陷性疾病、再生障礙性貧血等。 大劑量放化療后的支持治療：用大劑量放化療治療腫瘤時，會導(dǎo)致患者骨髓抑制及肝腎功能損傷，聯(lián)合造血干細(xì)胞移植可以使患者重建免疫和造血功能。 免疫治療：

6、DC細(xì)胞（承載腫瘤特異性抗原）或識別腫瘤抗原的特異性CTL回輸療法目前已成功用于治療多發(fā)性骨髓瘤、非霍奇金氏淋巴瘤等惡性腫瘤。 基因治療：將免疫調(diào)節(jié)分子基因、抑癌基因等導(dǎo)入造血干細(xì)胞，再將其回輸體內(nèi)進(jìn)行基因治療。,*兒童不常見，主要為成人移植,造血干細(xì)胞移植的疾病治療,Arthritis Research 35: 348356,骨骼肌成肌細(xì)胞移植17.5個月后對心肌瘢痕進(jìn)行尸檢：A和B，蘇木素和伊紅染色；C和D，骨骼肌肌球蛋白的免疫組化,干細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)疾病,神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell，NSCs)是存在于成體的神經(jīng)組織中的一類具有分裂潛能和自我更新能力的母細(xì)胞，它可以通過不對

7、等的分裂方式產(chǎn)生神經(jīng)組織的各類細(xì)胞。,干細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)疾病,Arch Neurol. 2008; 65(4):452-6.,干細(xì)胞治療帕金森病,帕金森病病理改變：腦黑質(zhì)致密區(qū)多巴胺神經(jīng)元變性，數(shù)目減少 臨床癥狀：進(jìn)行性加重的靜止性震顫、肌強直、運動遲緩、表情減少等,N Engl J Med. 2001 Jul 12;345(2):146,正電子發(fā)射斷層掃描（PET）顯示帕金森病人治療前和干細(xì)胞移植之后的圖像，紅色表示腦內(nèi)的多巴胺攝取量。,干細(xì)胞與脊髓損傷,正常脊髓包括上行神經(jīng)元（綠色）和下行神經(jīng)元（紅色）。 脊髓損傷后，上行和下行神經(jīng)元的軸突變性，炎性細(xì)胞侵潤，瘢痕形成，局部髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞和

8、神經(jīng)灰質(zhì)受損。干細(xì)胞提供的生長因子有利于對脊髓損傷修復(fù)，或替代壞死的神經(jīng)元。,內(nèi) 容,干細(xì)胞生物學(xué) 干細(xì)胞工程原理與技術(shù) 干細(xì)胞治療研究及臨床應(yīng)用 干細(xì)胞研究前沿與展望,干細(xì)胞研究前沿與展望,核移殖技術(shù) 誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞 干細(xì)胞與基因治療 干細(xì)胞研究所面臨的主要問題,Alternative Methods for Preparing Pluripotent Stem Cells,核移植技術(shù),核移植技術(shù)（nuclear transplantation，NT）就是將動物早期胚胎卵裂球或體細(xì)胞的細(xì)胞核移殖到去核的（同種或異種）受精卵或卵母細(xì)胞中，構(gòu)建新合子，并使其發(fā)育為與供體細(xì)胞基因型

9、完全相同的后代。 核移植技術(shù)的四個發(fā)展階段： 胚胎細(xì)胞核移植，連續(xù)細(xì)胞核移植，體細(xì)胞核移植，異種細(xì)胞核移植 核重編程（reprogramming）是指供體細(xì)胞核移入卵母細(xì)胞后必須停止本身的基因表達(dá)程序并恢復(fù)為胚胎發(fā)育所必需的特定的胚胎表達(dá)程序。只有供核發(fā)生完全重編程,重構(gòu)胚胎才能正常發(fā)育。,核移植技術(shù)的應(yīng)用: 生殖性克?。和ㄟ^代孕母親產(chǎn)生與供體在遺傳上完全一致的新生個體 治療性克隆：是指把克隆出來的組織或者器官用于治療疾病,Dolly, who was created at the Roslin Institute in Edinburgh, was actually born on 5 Ju

10、ly 1996 and 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.,治療性克隆,美國科學(xué)家首次利用體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)獲得了人類的囊胚,A1: 人類卵母細(xì)胞 A2: 吸去細(xì)胞核 B1: 原核形成 (66%) B2: 早期卵裂 (47%) B3: 囊胚 (23%),誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞,誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cell, iPS）是

11、將體細(xì)胞經(jīng)過基因改造轉(zhuǎn)化為具有多向分化潛能和自我更新能力的人造干細(xì)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 a

12、nd culture 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 th

13、e transfected cells become iPS cells and generate ES-like colonies.,iPS的鑒定,細(xì)胞生物學(xué)特性 表型圓形、核大胞漿少，形成與ESCs相似的克隆 生長特點有絲分裂活躍、能夠自我更新和增殖、分裂比率與ESCs相似 干細(xì)胞標(biāo)記分子： SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, TRA-2-49/6E, Nanog 干細(xì)胞基因： Oct-3/4, Sox2, Nanog, GDF3, REX1, FGF4, ESG1, DPPA2, DPPA4, and hTERT 端粒酶活性：高 分化潛能 多向分化潛能

14、 表觀遺傳重新編程 甲基化：廣泛啟動子區(qū)甲基化，多潛能相關(guān)基因啟動子區(qū)低甲基化 組蛋白修飾： 與Oct-3/4, Sox2和Nanog基因相互作用的組蛋白去甲基化,日本科學(xué)家首次宣布成功把人人皮膚成纖維細(xì)胞改造成類似胚胎干細(xì)胞的多潛能干細(xì)胞,Cell 2007; 131, 861872,將人皮膚成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)成為多潛能干細(xì)胞,Cell 2007; 131, 861872,誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞的自發(fā)和定向分化,Cell 2007; 131, 861872,德國科學(xué)家成功把人類睪丸精原細(xì)胞改造成多潛能的生殖系干細(xì)胞,1. 從成人睪丸中篩選精原細(xì)胞 2. 體外誘導(dǎo)產(chǎn)生生殖系干細(xì)胞,Nature 200

15、8; 456, 344-349,干細(xì)胞研究前沿與展望,核移殖技術(shù) 誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞 干細(xì)胞與基因治療 干細(xì)胞研究所面臨的主要問題,腫瘤干細(xì)胞,腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell,CSCs)是腫瘤中具有自我更新能力并能產(chǎn)生異質(zhì)性腫瘤的細(xì)胞。 急性髓性白血?。ˋML) 腦腫瘤 乳腺癌 結(jié)腸癌 卵巢癌 胰腺癌 前列腺癌,腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),腫瘤干細(xì)胞的起源基因突變,Nature Reviews Cancer 2005; 5, 899-904,腫瘤干細(xì)胞的起源細(xì)胞融合,Cell fusion and horizontal gene-transfer phenom

16、ena in the context of tumour progression.,Nature Reviews Cancer 2005; 5, 899-904,腫瘤干細(xì)胞的信號調(diào)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,促進(jìn)細(xì)胞增殖、存活、轉(zhuǎn)移,促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋

17、亡,腫瘤干細(xì)胞的意義,Stem cell specific and conventional cancer therapies,針對預(yù)防和治療腫瘤干細(xì)胞的臨床干預(yù)措施,J Clin Oncol. 2008; 26(17): 28132820,干細(xì)胞研究前沿與展望,核移殖技術(shù) 誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞 干細(xì)胞與基因治療 干細(xì)胞研究所面臨的主要問題,干細(xì)胞與基因治療,干細(xì)胞與基因治療,干細(xì)胞基因治療的靶標(biāo) 以干細(xì)胞為靶標(biāo)修飾干細(xì)胞的潛能，如通過導(dǎo)入基因來維持、增強或抑制干細(xì)胞的增殖和分化能力 以干細(xì)胞的子代細(xì)胞為靶標(biāo)改善器官的性能，如治療遺傳缺陷性疾病,Biochemistry (Mosc)

18、. 2008; 73(13):1438-52.,干細(xì)胞研究前沿與展望,核移殖技術(shù) 誘導(dǎo)性多潛能干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞 干細(xì)胞與基因治療 干細(xì)胞研究所面臨的主要問題,干細(xì)胞研究的主要問題,技術(shù)難題 如何維持干細(xì)胞未分化狀態(tài)？ 如何定向誘導(dǎo)干細(xì)胞分化，并獲得高數(shù)量和高純度的分化細(xì)胞？ 干細(xì)胞用于臨床治療的安全性問題，及如何克服移植物排斥？ 干細(xì)胞可塑性的機制？,倫理學(xué)爭議 胚胎干細(xì)胞的來源是否合乎法律和道德？ 將人類胚胎干細(xì)胞嵌入家畜胚胎中創(chuàng)建嵌合體來獲得移植用人體器官是否道德？ 利用體外核轉(zhuǎn)移技術(shù)對人類克隆存在爭論 提取卵母細(xì)胞是否侵害婦女權(quán)益,干細(xì)胞研究的政策,歐洲： 禁止：奧地利，丹麥，法國，德國，愛爾蘭 限制：芬蘭，希臘，荷蘭，瑞典和英國。 美國： 法制化和資助：康涅狄格，佛羅里達(dá)，伊利諾伊州，馬薩諸塞州，密蘇里州，新罕布什爾州，紐約州，賓夕法尼亞州，得克薩斯州，華盛頓州，威斯康星州 限制：阿肯色州，愛荷華州，堪薩斯州，路易斯安那州，內(nèi)布拉斯加，北達(dá)科他，南達(dá)科他州和弗吉尼亞州。 禁令：阿肯色州，印第安納