干细胞工程：胚胎干细胞的研究及其应用.ppt

　　胚胎干细胞

　　干细胞工程

　　细胞是机体组成的基本单位

　　(Gp:) 细胞

　　(Gp:) 细胞群

　　(Gp:) 组织

　　(Gp:) 机体

　　一、什么是干细胞?

　　干细胞(Stem cell)即起源细胞。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞。 　　　因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

　　1.形态特征和生化特征 形态特征—圆形或椭圆形，核质比大; 生化特征—较高的端粒酶活性。 2.增殖特征 增殖的缓慢性 增殖的自稳性(区别与肿瘤细胞的本质特征)

　　干细胞的主要特征：

　　全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞

　　按分化潜能

　　按发育状态

　　胚胎干细胞 成体干细胞

　　干细胞的分类

　　人类干细胞的来源

　　成人细胞或脐血(骨髓和血)/胎儿组织(专能/多能)。 人工流产后的人类胎儿生殖组织(全能)。 通过体外授精产生的人类胚胎，治疗不育症的夫妇不再需要(全能)。 用捐赠者的配子通过体外授精创造的人类胚胎(全能)。女性供卵要非常慎重。 通过体细胞核转移技术(克隆技术)产生的人类胚胎(全能)。 以上都必须获得当事人的知情同意。

　　成体干细胞

　　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，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。

　　造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。 造 血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的最有效方法。 与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制，对HLA配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。

　　造血干细胞

　　三.胚胎干细胞

　　1.概念:简称ES或EK细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞. 2.特点: 1)形态:体积小.细胞核大,核仁明显. 2)功能:具有发育的全能性.可分化为成年动物体内任何一种组织细胞.体外培养可增殖不分化. 3)在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。

　　胚胎干细胞

　　ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。

　　胚胎干细胞

　　衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞; 永生化(immortal); 能维持稳定的正常的二倍体染色体结构; 有稳定的发育潜能，能被诱导增殖或分化; 能参与胎儿所有组织的发育过程;

　　胚胎干细胞的性质

　　形态特征 体积小、核大，有一个或多个核仁; 胚胎干细胞克隆紧密堆积，无明显的界限，形似鸟巢 生化特征 具有碱性磷酸酶和端粒酶活性; 表达SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60等; 表达OCT-4蛋白; 无X染色体失活。

　　胚胎干细胞的形态和生化特征

　　胚胎干细胞的分离

　　酶消化后培养 免疫方法去除滋养层细胞 流式细胞仪分离法

　　胚胎干细胞系的建立过程

　　胚胎干细胞的培养

　　胚胎干细胞的诱导分化： 　　胎牛血清，骨髓基质细胞共培养 胚胎干细胞---------------?造血细胞 　　　RA 胚胎干细胞---------------?神经细胞 　　　　　　DMSO 胚胎干细胞---------------?肌肉细胞 　　　　TGF-B1, VEGF, bFGF 胚胎干细胞---------------?血管和内皮细胞 　　　　　RA+胰岛素+T3 胚胎干细胞---------------?脂肪细胞 　　　　　BMP-2, BMP-4 胚胎干细胞---------------?软骨细胞 　　　　地塞米松，磷酸甘油 胚胎干细胞---------------?骨细胞 　　　　　基因转染 胚胎干细胞---------------?胰岛素分泌细胞

　　来源于干细胞的组织可能用于治疗的疾病

　　细胞类型 治疗的疾病 神经细胞 中风、帕金森氏病、老年痴呆症、 脊髓损伤、多发性硬化病 心肌细胞 心脏病发作、充血性心脏病 产生胰岛素的细胞 糖尿病 软骨细胞 骨性关节炎 血细胞 癌症、免疫缺乏症、遗传学血液 病、白血病 肝细胞 肝炎、肝硬化 皮肤细胞 烧伤 骨细胞 骨质疏松症 视网(眼)细胞 黄斑症 骨骼肌细胞 肌肉萎缩症

　　谁从干细胞研究中受益? 下面的疾病一半以上没有有效的治疗办法 疾病 数字 肌肉萎缩症(单基因疾病) 发病率0.3/1000 亨廷顿舞蹈病(单基因疾病) 发病率0.6/1000 帕金森氏病 1/500 老年痴呆病 65岁以上1/20 糖尿病 3/100 心脏病 55岁以上1/3 肝病 1/12 癌症 74岁以上1/4 骨质疏松症 60岁以上1/3

　　(Gp:) 胚胎干细胞研究面临的问题及解决办法

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　　(Gp:) 用于干细胞研究的胚胎来源困难;

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　　(Gp:) 如何保持胚胎干细胞的全能性，并控制向特别类型

　　(Gp:) 细胞转化?

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　　(Gp:) 如何分离、纯化干细胞?

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　　(Gp:) 分化后的细胞是否有致瘤性?

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　　(Gp:) 干细胞在体外发育成完整的器官尚难以做到;

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　　(Gp:) 分化细胞移植仍有可能发生免疫排斥;

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　　(Gp:) 伦理问题

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　　解决胚胎来源有限的途径： 未成熟卵的体外成熟

　　1998年美国有两个小组分别培养出了人多能( pluripotent )干细胞： James A. Thomson在 Wisconsin大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取 inner cell mass细胞，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 marker 和酶活性，证实它们就是胚胎干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15-20个细胞用于培养。 John D. Gearhart在 Johns Hopkins大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后5-9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有巨能干细胞的特征。

　　怎样得到 pluripotent stem cell?

　　生命伦理学原则的应用：人类胚胎干细胞研究问题

　　支持和反对治疗性克隆的论证 人类胚胎的道德地位

　　胚胎是“人”吗??

　　胚胎是人(person)?胚胎是生命?什么是人?具有特定人类基因组、具有意识能力或潜在的意识能力、处于社会关系中的实体(出生为准)。胚胎是人类生物学生命(human biological life)，但尚未成为人、人类人格生命(human personal life)。 胚胎具有一定价值，应得到一定的尊重(due respect, 如尸体)。没有充分的理由不能操纵和毁掉。有效治疗疾病是一个充分理由。处置它要有一定程序和要求(due procedure)。但不具有与人一样的价值，毁掉胚胎不是“杀人”。然而毁掉要一定程序去做。

　　应有的尊重和应有的处理程序

　　应有的尊重指适当的尊重：在完全尊重(人)与不必尊重(如一块孤立的石头)之间：非人动物、胎儿、胚胎、尸体等。 人类胚胎用作研究必须是体外的，不能超过14天; 不用人类胚胎，重要研究的目的就不可能达到; 不是商品，不能买卖; 科学家应采取必要的行动纪念那些胚胎的贡献; 必要的程序是指专门的埋葬或活化，也应有简单庄严的仪式。

　　3.主要用途 (1)治疗人类的某些顽症 (2)培育出人造组织器官，用于器官移植 (3)是研究体外细胞分化的理想材料