2013-4干细胞与再生医学.ppt

干细胞与再生医学stemcellandregenerativemedicine 自然界中生物的再生现象 去头水螅的再生 蝾螈的再生 蝾螈肢体的再生过程 如蝾螈的前肢被切除后 再生包括以下的过程 伤口处细胞的粘着性减弱 通过变形运动移向伤口 形成单层细胞封闭伤口 这层细胞称为顶帽 apicalcap 顶帽下方的细胞迅速去分化 形成胚芽 胚芽内部溶酶体的活性增加 促进受伤组织的清除 胚芽细胞加快分裂和生长 最后细胞又开始分化构成一个新的肢体 再生是生物界普遍存在的现象 海星 海蜇 蚯蚓 壁虎 肉茎再由肉茎顶部分化出鹿茸角 新角在3 4个月内长成 鹿茸角脱落后不久 角柄远端的骨膜显著变厚 骨膜内的干细胞迅速增殖 再生 狭义再生 指生物的器官损伤后 剩余的部分长出与原来形态功能相同的结构的现象称为再生 广义再生 分子 细胞到组织器官生长出与原结构相同的现象 再生的形式 生理性再生 即细胞更新 是指生理过程中老化 消耗的细胞由同种细胞分裂增生补充 如表皮角化层经常脱落 由表皮基底细胞增生 分化 予以补充 修复性再生 组织细胞损伤后发生的再生 许多无脊椎动物用这种方式来形成失去的器官 如壁虎的尾和螃蟹的肢 脊椎动物包括人类也有再生能力 表皮的表层角化细胞经常脱落 而表皮的基底细胞不断地增生 分化 予以补充 消化道粘膜上皮约1 2天就更新一次 子宫内膜周期性脱落 由基底部细胞增殖而得到恢复 红细胞平均寿命为120天 白细胞的寿命长短不一 短的如中性粒细胞 只存活1 3天 所有哺乳类都有修复损伤部位能力 一个人的肝脏手术切除75 之后 2 3周就能长到原来大小 鹿能再长出鹿角 有一些鹿角的生长速度达到了1天2厘米 人体指尖如果只砍掉了前端一点点 就有可能再生出来 如果给母体内不超过6个月大的婴儿做手术 出生后 身上找不到手术留下的痕迹 但是 随着婴儿渐渐长大 这种康复功能也随之丧失 人不能像蝾螈那样再长一个新的手脚 因为人没有形成胚基 在胎儿发育过程中 人类的细胞先天便已经具备了发育新肢体部位的能力 细胞内具备着新器官成长的 指示密码 基因 但是各种生物的再生潜能是不同的再生能力与他们的系统发育的等级地位有着严格的对应关系 一般说来 低等动物组织的再生能力比高等动物强 分化低的组织比分化高的组织再生能力强 平常容易遭受损伤的组织以及在生理条件下经常更新的组织 有较强的再生能力 有效的再生是构筑重建 代谢再现 功能修复的综合体现 按再生能力的强弱 可将人体组织细胞分为三类 1 不稳定细胞 labilecells 这类细胞总在不断地增殖 以代替衰亡或破坏的细胞 如表皮细胞 呼吸道和消化道粘膜被覆细胞 男性及女性生殖器官管腔的被覆细胞 淋巴及造血细胞 间皮细胞等 这些细胞的再生能力相当强 2 稳定细胞 stablecells 在生理情况下 这类细胞增殖现象不明显 处于G0期 但受到组织损伤的刺激时 则进入细胞周期 表现出较强的再生能力 包括各种腺体或腺样器官的实质细胞 如肝 胰 涎腺 内分泌腺 汗腺 皮脂腺和肾小管的上皮细胞等 还包括原始的间叶细胞及其分化出来的各种细胞及干细胞 3 永久性细胞 permanentcells 属于这类的细胞有神经细胞 骨骼肌细胞及心肌细胞 一旦遭受破坏则成为永久性缺失 但包括神经纤维 在神经细胞存活的前提下 受损的神经纤维有着活跃的再生能力 心肌和横纹肌细胞虽然有微弱的再生能力 但对于损伤后的修复几乎没有意义 基本上通过瘢痕修复 关于再生存在着许多引人入胜的问题 1 机体如何意识到失去的部分 又是如何知道丢失的部位及丢失的多少 即再生如何起始 如何控制 2 替代物来至何处 是剩余的原胚细胞 干细胞还是已分化的细胞又去分化的结果 3 原结构的重建是由伤口处一些细胞增殖代替了缺失的结构 还是补充的新组织构成 二 哺乳动物的再生脊椎动物 特别是哺乳动物的再生能力较差 但是有些组织或器官 如皮肤 肝脏 肌肉 外周神经等有较强的再生能力 完成再生过程需要三个条件 必须存在有再生能力的细胞 局部及全身必须有能引导这些细胞进入再生途径 必须去除阻碍再生进行的因素及因子 二 人体组织器官的再生 神经组织的再生 神经细胞损伤后 由神经胶质细胞及纤维修复 周围神经受损后 存活的神经细胞完全再生 若断离两端相差远 再生的轴突与增生结缔组织混杂 形成创伤性神经瘤 纤维性修复 纤维性修复是指先由肉芽组织填补组织缺损 再转化为瘢痕组织的过程 一 肉芽组织 granulationtissue 由大量的新生的毛细血管和成纤维细胞构成的幼稚结缔组织 伴有各种炎症 如巨噬细胞 中性粒细胞及淋巴细胞浸润 大体观 鲜红色 颗粒状 柔软湿润 似鲜嫩的肉芽 由丰富的毛细血管及成纤维细胞组成 二 瘢痕组织形成 成纤维细胞 转化为纤维细胞 产生胶原纤维 瘢痕组织形成瘢痕组织作用 有利 修复组织缺损 使组织器官保持坚固性 不利 造成瘢痕收缩 瘢痕性粘连 器官硬化 最后形成瘢痕疙瘩 三 创伤愈合 创伤愈合 Woundheaing 是指组织遭受创伤进行再生修复的过程 一期愈合 组织破坏少 创缘整齐 无感染 创口对合严密 无异物的创口 皮肤和软组织的创伤愈合 二期愈合 组织创伤大 坏死组织较多 创缘不整 无法整齐对合 伴有感染的创口 骨折愈合 骨折 bonefracture 分为外伤性骨折和病理性骨折 其愈合过程为 1 血肿形成 骨折处大量出血形成血肿血肿凝固粘合骨折断端 2 纤维性骨痂形成 肉芽组织取代血肿机化形成纤维性骨痂连接断端 3 骨性骨痂形成 纤维性骨痂骨样组织钙盐沉着骨性骨痂形成 4 骨痂改建 骨性骨痂改建成板层骨骨折愈合 再生研究需要借用模式生物 斑马鱼是研究脊椎动物再生的理想模型 斑马鱼的心肌 鳍 视网膜 视神经 肝脏 脊髓及感觉毛细胞 sensoryhaircell 等都有很强大的再生能力 出生两天的斑马鱼 转基因斑马鱼 荧光斑马鱼 荧光斑马鱼 一 利用斑马鱼研究心脏再生1 斑马鱼的心脏再生现象斑马鱼心脏再生大约需要2个月 切除后不久就会形成血凝块封堵伤口 心肌细胞在第7d开始DNA的合成以及心肌细胞的增殖 并在第7d 14d达到最大 再生后的心脏完全能够行使其功能 2 斑马鱼再生心肌细胞的来源心肌细胞的去分化是斑马鱼心脏再生的主要途径 通过转基因EGFP GFP斑马鱼证实了再生的心肌细胞细胞是由前体细胞或者干细胞分化产生的 再生医学 利用细胞 材料等重新制作损伤的组织 器官 使其恢复自然状态的科学 再生医学 regenerativemedicine 再生医学研究内容的重点不仅是促进组织器官再生 也要避免无效再生或过度再生 其最终是实现结构 形态和功能的完善修复 40 再生医学以前的内容只是指 体内组织再生的理论 技术和外科操作 现在 它的内涵已不断扩大 包括 组织工程 干细胞和细胞因子治疗 基因治疗 再生医学是综合科学 涉及生命科学涉及材料科学涉及组织工程学涉及社会伦理学细胞 细胞外基质 生物材料 干细胞移植属于再生医疗技术 干细胞移植需要通过 干细胞分离 体外培养 定向诱导 基因修饰等过程 在体外大量扩增干细胞或构建组织器官 并最终通过细胞 组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗 断臂的维纳斯 维纳斯新诞生 器官移植统计数据 待移植病人 已移植病人 数据来源 www unos org 修复缺损器官的方法自体移植异体移植组织代用品 基因治疗 基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用 从而达到治疗疾病目的 双基因PDGF FGF2治疗兔肢端缺血 基因治疗最初