细胞工程第七章

1、 第七章第七章 干细胞干细胞一、干细胞的定义与应用一、干细胞的定义与应用（一）定义（一）定义 干细胞是一类具有干细胞是一类具有自我更新自我更新和和分化潜能分化潜能的细胞。的细胞。（二）特征（二）特征1、自我更新特征、自我更新特征 自我更新是指干细胞具有自我更新是指干细胞具有分裂和自我复制分裂和自我复制能力。能力。（1）对称分裂（）对称分裂（symmetric division）是指一个干）是指一个干细胞分裂产生的细胞分裂产生的两个子细胞全是干细胞两个子细胞全是干细胞。（2）不对称分裂（）不对称分裂（asymmetric division）是指一个）是指一个干细胞分裂成干细胞分裂成一个干细胞和一

2、个短暂增殖细胞一个干细胞和一个短暂增殖细胞，称之为称之为祖细胞祖细胞（progenitor cell)。祖细胞不具备。祖细胞不具备自我复制的能力。自我复制的能力。2、增殖特征、增殖特征（1）增殖的缓慢性增殖的缓慢性：一般情况下，干细胞处于休眠：一般情况下，干细胞处于休眠或缓慢增殖状态。缓慢增殖可以减少基因发生突或缓慢增殖状态。缓慢增殖可以减少基因发生突变的可能性。变的可能性。（2）增殖的自稳性增殖的自稳性：也称自我维持，是指干细胞：也称自我维持，是指干细胞 会自我更新维持自身会自我更新维持自身数目的恒定数目的恒定，主要是通过不，主要是通过不对称分裂来实现。对称分裂来实现。3、分化特征、分化特征

3、（1）单能干细胞单能干细胞（monopotent stem cell)：只能分化为单一：只能分化为单一类型细胞的干细胞。例如表皮的基质细胞（即表皮干细类型细胞的干细胞。例如表皮的基质细胞（即表皮干细胞）只能分化产生角化表皮细胞。胞）只能分化产生角化表皮细胞。（2）多能干细胞多能干细胞（multipotent stem cell）：能够形成两种）：能够形成两种或两种以上类型细胞的干细胞。例如骨髓造血干细胞就或两种以上类型细胞的干细胞。例如骨髓造血干细胞就是典型的多能干细胞，可以分化成红细胞、巨噬细胞、是典型的多能干细胞，可以分化成红细胞、巨噬细胞、粒细胞、巨核细胞、淋巴细胞等多种类型细胞。粒细胞

4、、巨核细胞、淋巴细胞等多种类型细胞。 （3）全能干细胞全能干细胞（almighty stem cell）：是具有无限分化）：是具有无限分化潜能的干细胞。例如胚胎干细胞。潜能的干细胞。例如胚胎干细胞。（三）应用（三）应用 干细胞生物学被干细胞生物学被1999年美国年美国科学科学推举为二推举为二十一世纪最重要的十项科学领域之首。十一世纪最重要的十项科学领域之首。1、组织或器官修复、组织或器官修复 干细胞最激动人心的潜在应用是用来干细胞最激动人心的潜在应用是用来修复甚至替修复甚至替换换丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化为丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。所有类型

5、组织细胞的能力。 任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。 科学日报科学日报2010年年5月月27日日报道，美国加州大学欧文分校报道，美国加州大学欧文分校（uc irvine）的科学家们用人）的科学家们用人类胚胎干细胞培育出一种类胚胎干细胞培育出一种早期早期阶段的视网膜阶段的视网膜，为开发可移植，为开发可移植性视网膜来治疗人类视网膜病性视网膜来治疗人类视网膜病变迈出了第一步变迈出了第一步journal of neuroscience methods。2、疾病治疗、疾病治疗

6、通过干细胞移植对心脏病、帕金森、糖尿病、脊通过干细胞移植对心脏病、帕金森、糖尿病、脊椎损伤等疾病的治疗有重大价值。椎损伤等疾病的治疗有重大价值。例子例子1：治疗心脏病：治疗心脏病例子例子2：治疗糖尿病：治疗糖尿病 甲型糖尿病称为胰岛素依赖性糖尿病，病人胰脏甲型糖尿病称为胰岛素依赖性糖尿病，病人胰脏不能正常分泌胰岛素。必须通过注射胰岛素来控制血不能正常分泌胰岛素。必须通过注射胰岛素来控制血糖含量，通常情况下患者一天最少需要注射四次。糖含量，通常情况下患者一天最少需要注射四次。 2007年年4月月11日，英国日，英国泰晤士报泰晤士报在头版报道了用干细胞技术治疗糖在头版报道了用干细胞技术治疗糖尿病取

7、得了重大突破。临床试验证尿病取得了重大突破。临床试验证明，明，采用干细胞治疗手段的糖尿病采用干细胞治疗手段的糖尿病患者体内可以产生胰岛素，他们可患者体内可以产生胰岛素，他们可以停止体外注射人造胰岛素。以停止体外注射人造胰岛素。患有患有胰岛素依赖的糖尿病患者在注射了胰岛素依赖的糖尿病患者在注射了自体干细胞之后摆脱了对人造胰岛自体干细胞之后摆脱了对人造胰岛素的依赖。素的依赖。es细胞疗法治疗糖尿病原理示意图鼠胚胎干细胞分化为分泌胰岛素的胰岛样细胞鼠胚胎干细胞分化为分泌胰岛素的胰岛样细胞3、基因治疗、基因治疗 干细胞是干细胞是基因治疗基因治疗的较理想的的较理想的靶细胞靶细胞，因为它可，因为它可以以自

8、我复制更新自我复制更新，治疗基因通过它带入人体中治疗基因通过它带入人体中，能，能够持久地发挥作用。而不必担心像分化的细胞那样，够持久地发挥作用。而不必担心像分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因。在细胞更新中可能丢失治疗基因。 通过胚胎干细胞和基因治疗技术，可以通过胚胎干细胞和基因治疗技术，可以矫正缺矫正缺陷基因陷基因。例如，如果发现早期胚胎有某种基因缺陷。例如，如果发现早期胚胎有某种基因缺陷而会患基因缺陷病，可以而会患基因缺陷病，可以收集部分或全部胚胎干细收集部分或全部胚胎干细胞胞，通过基因工程技术，通过基因工程技术将正常的基因替代干细胞中将正常的基因替代干细胞中的缺陷基因，再将修复后

9、的胚胎干细胞嵌入胚胎中的缺陷基因，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，经过九月怀胎将会出生一个健康的婴儿。经过九月怀胎将会出生一个健康的婴儿。二、分类与特点二、分类与特点不同的干细胞具有不同的分化潜能。不同的干细胞具有不同的分化潜能。从所具有的从所具有的分化功能上讲，干细胞可分为分化功能上讲，干细胞可分为单能干单能干细胞、多能干细胞与全能干细胞细胞、多能干细胞与全能干细胞。全能干细胞全能干细胞从理论上可以从理论上可以分化成所有组织与器官。分化成所有组织与器官。从从来源上讲，干细胞包括来源上讲，干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胚胎干细胞和成体干细胞胞。（一）胚胎干细胞（一）胚胎干细胞 简称简称es(

10、embryo stem)细胞细胞，是一种全能干细胞，是一种全能干细胞，它是从着床前胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外它是从着床前胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种分化抑制培养分离的一种全能性细胞全能性细胞系，可以系，可以分化分化成任何一种组织类型的细胞成任何一种组织类型的细胞。人体组织的分化人体组织的分化（二）成体干细胞（二）成体干细胞指来自成体的具有分裂指来自成体的具有分裂和分化潜能的细胞。属和分化潜能的细胞。属于于多能干细胞多能干细胞。 已经报道的含有干细胞的成体组织包括：脑、骨髓、已经报道的含有干细胞的成体组织包括：脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏。外周血液

11、、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏。神经干细胞神经干细胞：神经系统，分化成神经元、胶质细胞。：神经系统，分化成神经元、胶质细胞。造血干细胞造血干细胞：骨髓造血干细胞、脐带血造血干细胞。：骨髓造血干细胞、脐带血造血干细胞。间质干细胞间质干细胞：骨髓、脐带血、脂肪等来源。：骨髓、脐带血、脂肪等来源。成体干细胞可以突破其成体干细胞可以突破其“发育限制性发育限制性”，分化分化为其他类型组织细胞。为其他类型组织细胞。例如：骨髓来源的干细例如：骨髓来源的干细胞在特定环境中可向骨胞在特定环境中可向骨骼肌、表皮、神经元及骼肌、表皮、神经元及心肌细胞分化；肌肉、心肌细胞分化；肌肉、神经干细胞也可向造血神经干细胞也可向造血细胞分化。细胞分化。本章小结主要问题：主要问题：1、干细胞的特征、干细胞的特征2、