干细胞-基础和临床课件

1、干细胞工程MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY1 Stem Cell王芳吉林大学药学院再生医学系1Stem Cell第一节 干细胞生物学 第二节 干细胞的临床应用和研究状况2第一节 干细胞生物学 MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY3 一、What is Stem Cell ? 是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可通过分裂维持自身细胞的特性和大小，又可进一步分化为各种组织细胞，从而在组织修复等方面发挥积极作用。MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIO

2、LOGY4 二.干细胞特性1.干细胞的形态和生化特点形态特点：圆形或椭圆形，体积较小，核质比较大，核中多为常染色体。 生化特点： a.具有较高端粒酶活性; b.具有不同的生化标志：角蛋白15、nestin（巢素蛋白）。2 ，干细胞的增殖特点 能力强：高度增殖是干细胞生物学特性之一。自稳性：会自我更新维持自身数目的恒定。（self-maintenance） 5干细胞维持自稳性的机制：对称分裂和不对称分裂 MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY7 3，干细胞的分化特点 1）. 多潜能性 MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BI

3、OLOGY8 在不同生长因子刺激下干细胞可表现出不同分化潜能MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY10 （1）去分化 一种干细胞向其前体细胞的逆向转化的过程。 2）. 去分化和转分化的能力（2）转分化（transdifferentiation） 一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型细胞的过程。 例一：将成年雄性小鼠的造血干细胞移植到雌鼠体内，3天后在雌鼠的神经胶质细胞中检测到 Y 染色体的存在，证明成体动物的造血干细胞可转分化成为神经胶质细胞。MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY12 例二：造

4、血干细胞向骨骼肌细胞的转分化全能干细胞（Totipotent stem cell） 是指具有无限分化潜能,能分化成所有组织和器官的干细胞。换句话说,也就是具有形成完整个体分化潜能。 1415二.干细胞来源上分:来源于胚胎- 胚胎干细胞 ESC （Embryonic Stem Cell ） 胚胎性生殖细胞 EGC （Embryonic Germ Cell ）来源于成体- 成体组织来源的干细胞 ASC （Adult-derived Stem Cell ）181981年，最早埃文斯(Evans)和考夫曼(Kaufman)从小鼠早期胚胎中分离出胚胎干细胞并在体外培养建立细胞系。 1995年，美国从恒河

5、猴囊胚中分离并克隆建立了第一个灵长类动物的胚胎干细胞系(一 )胚胎干细胞 1.胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES细胞）定义：指从着床前的内细胞团或原始生殖细胞获得的一种具有多潜能性、可发育成为各种细胞、同时可保持不分化状态而持续生长的克隆细胞系。 经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞。 可以分化成任何一种组织类型的细胞。212.胚胎干细胞的生物学特性 (1)ES细胞形态结构与核型： 各种动物的ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，细胞体积小、核大、有1个或多个核仁。 22鸟巢状生长保持未分化的ES细胞第一个人体胚胎干细胞（ES细胞) 2425（二） 成体干细胞1.定

6、义：存在于成人各种组织中，具有自我更新和向前分化为一种或多种成熟功能细胞的幼稚细胞。意义：1.负责更新死亡细胞，维持正常个体、组织、器官的结构和功能的完整性。2.病例情况下，负责分化和增殖，修复组织损伤。272.成体干细胞的生物学特性：（1）具有自我更新和分化潜能（2）数量少（3）存在于特定的微环境中（4）处于相对静止状态（5）体积小，细胞浆少，细胞核较大（6）成体干细胞的数量和活性岁年龄增加而减少3.成体干细胞的分布4.与胚胎干细胞的比较31间胚层组织类型干细胞转分化为同胚层另一组织类型细胞间胚层组织类型干细胞转分化为内胚层组织类型细胞间胚层组织类型干细胞转分化为外胚层组织类型细胞由此认为，

7、成体干细胞有较大的可塑性。血细胞肌细胞血细胞肝细胞血细胞脑细胞5.成体干细胞的可塑性：第二节 干细胞的医学应用和研究状况32331999年，Science杂志编者Bloom：“干细胞给人类提供了极大的可能性：用干细胞修复病损的脏器和细胞缺损”，他还说“最终可能用干细胞制成像肾、肝这样复杂的器官”。 干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科研究领域，1999年干细胞研究被美国科学杂志评为1999年度世界十大科学之冠，2000年干细胞研究再次被科学杂志评为该年度世界十大科学成就之一。 35源于胚胎干细胞的细胞已能或可能治疗许多疾病神经细胞心肌细胞B型胰岛细

8、胞软骨细胞白细胞皮肤细胞肝细胞骨细胞视细胞骨骼肌细胞帕金森病心肌梗死糖尿病骨关节炎白血病烧伤和创伤肝炎骨质疏松症视网膜退化肌营养不良治疗36成体干细胞中，造血干细胞（包括骨髓、脐血和外周血中的干细胞）已用于治疗重度白血病和某些遗传性血液病。 37成体干细胞及其子代细胞移植或动员脑组织内的干细胞治疗神经退行性疾病已获初步成效。动物实验证实移植的神经元可替代修复已损坏的神经通路。临床试验也证实细胞替代治疗可使症状缓解。 干细胞治疗的特点 1.一次性或几次介入，永久性治疗； 2.不需要完全了解疾病发生的确切机理。 肝脏疾病的干细胞治疗临床治疗手段 现阶段，临床各种肝病的治疗大多数以保肝为主，并不能使

9、肝损伤得到有效恢复。尤其是慢性肝损伤到了肝纤维化和肝硬化阶段，要想通过药物治疗逆转损伤和再生肝脏功能十分困难。 相对而言，肝脏的再生能力较强，因此科学工作者一直致力于肝脏功能恢复或重建。研究虽然取得一定进展，但一直没有找到可靠方法。在最近几年的时间里，人类干细胞研究取得突破性进展，为肝损伤的治疗开辟了全新的思路。二. 干细胞移植治疗肝病适应症：1. 各种慢性肝炎(包括病毒性肝炎等)2. 脂肪性肝病(包括脂肪肝、酒精性脂肪肝等)3. 肝硬化(代偿期及失代偿期肝硬化)4. 早期原发性肝癌三. 干细胞移植治疗原理 移植干细胞入体后，干细胞会通过“迁徙”和“归巢”作用到达受损的肝脏，这些移植的干细胞一

10、方面能够根据周围微环境分化成新生的肝脏功能细胞;另一方面还能够“催醒”自身肝脏细胞“再生”，两者综合作用，修复和替代机体已经发生病变的肝脏细胞，取代病肝功能，使患者肝脏功能逐渐得到恢复。四.胚胎干细胞治疗肝病的独特优势：1.相对于原位肝脏移植，可以避免供体来源不足，免疫排斥反应等缺点。2. 相对于其他细胞移植，可使患者免受骨髓动员的痛苦，对于年老及心肺功能、肾功能受损者，胚胎干细胞移植更具优势。 3. 移植过程多数采用静脉输注法，患者无痛苦，方便，无需住院。患者预后较好，个别机体受损不严重，在密切配合专业医生的治疗后，可完全摆脱药物治疗，从而提高生活质量。徐某，男，42岁，10年前无明显诱因出

11、现全身乏力、食欲减退、恶心、呕吐、厌油、腹胀、肝区痛、尿色加深等。经系统检查，诊断为“丙型病毒性肝炎”。确诊后，一直给予系统性治疗（抗病毒、对症、支持等），半年后疾病转归为“慢性丙肝”。10余年来，患者反复出现乏力、头晕、食欲减退、厌油、肝区不适、睡眠不佳等症状，间断性给予治疗，但病情未得到明显缓解。2009年2月12日该患进行第一次胚胎组织干细胞移植，移植后2天患者即有反应。自觉睡眠改善明显，食欲增加。乏力现象明显减轻。移植14天后复查各项生理指标均逐步恢复。患者自觉良好。2009年3月14日，患者进行第二次胚胎组织干细胞移植，此次移植后，患者自觉症状改善情况与首次移植相比，改善情况相差不大

12、。肝功 丙氨酸氨基转移酶： 89 U/L 41 U/L（参考值：5-40）天门冬氨酸氨基转移酶：78 U/L 38 U/L （参考值：8-40）总胆汁酸： 48 umol/L23 umol/L（参考值：0-10） 乳酸脱氢酶： 304 U/L248 U/L （参考值：109-245）丙肝病毒核算测定： 2.628107 IU/ml1.407105 IU/ml （参考值：100）丙型肝炎病毒核糖核酸荧光定量： 5.71105 copies/ml 7.26104 copies/ml （参考值：0-1000） 现患者一般状态尚可，神清语明，生命体征平稳。乏力、头晕、食欲减退等症状明显缓解，睡眠饮食如

13、常。肾脏疾病的干细胞治疗雄性小鼠骨髓细胞移植雌性小鼠雌性小鼠肾脏迁移肾小管上皮细胞分化肾小管内 结果表明，骨髓内的干细胞能横向分化为肾小管上皮细胞，有助于肾小管上皮细胞的正常更新和肾小管损伤后的再生修复，为干细胞移植治疗肾小管坏死提供了理论依据。原理： 1. 胚胎干细胞一方面可以新生肾小球的毛细血管内皮细胞、脏层细胞以及恢复肾小球基膜，恢复和提高肾小球的滤过膜，对由于肾小球病变所造成的尿液改变、高血压、水肿等症状都会有明显的改善；2. 胚胎干细胞还可以分化产生免疫平衡细胞，如：Ts细胞、Th细胞等，平衡免疫反应，消除造成肾小管损伤的各种因素，避免对肾小球的持续损伤，防止病情进一步恶化。胚胎干细

14、胞移植对各种肾小球疾病都有很好的治疗效果。神经系统疾病的干细胞治疗 最近几年，干细胞的研究进展为这神经系统疾病的治疗带来了希望。因为不论是胚胎干细胞还是成体干细胞都具有向神经细胞分化的潜能，直接移植干细胞或将诱导分化后的神经细胞移植到脑组织中均发现有改善神经细胞变性疾病症状的作用。胚胎干细胞神经细胞分化：技术相对成熟 胚胎干细胞向神经细胞分化的技术相对成熟，不论是直接注入脑组织，还是在体外条件下，胚胎干细胞都具有向神经细胞转化的能力，体内、体外：ES都具有向神经细胞转化的能力可以和脑内细胞良好整合并发挥作用与体内细胞的突触连接递质分泌神经放电和信号传导等。PD 鼠内存在的DA神经元来自ES 细

15、胞PD 小鼠的旋转行为明显改善ES（标记）酪氨酸羟化酶 TH+ 神经元体外定向分化PD 小鼠糖尿病的干细胞治疗 胚胎干细胞的全能性为研究糖尿病的细胞治疗开辟了新途径。研究人员相继用不同的方法获得了分泌胰岛素的细胞。 用胚胎干细胞诱导为胰岛素分泌细胞并用于治疗糖尿病的策略： 用细胞因子、天然化学物质与胚胎干细胞共培养，将胚胎干细胞诱导分化为胰岛素分泌细胞。目前已经发现一些因子和特定的培养系统结合，可以诱导胚胎干细胞分化。 科学家将小鼠的胚胎干细胞诱导分化成能分泌胰岛素的类似于胰岛的结构。他们先将小鼠的胚胎干细胞培养成类胚体，并在此基础上诱导出了、等多种胰岛细胞的细胞群。 这些细胞在植入糖尿病小鼠

16、的皮下后纠正高血糖水平（未到正常），细胞在植入12天后发生血管化，其形态类似于胰腺的胰岛，并保持着分泌胰岛素的能力。 最近的研究结果表明，人胚胎干细胞也能分化成分泌胰岛素的细胞。有实验室培养了人胚胎干细胞，并让它们自发形成类胚体；然后用多种生长因子诱导类胚体分化。 试验结果提示了类胚体可以自发分化成胰岛细胞。也有实验进一步证实了人胚胎干细胞可自发分化为细胞的现象。 类胚体中有1%3%的细胞是胰岛细胞。在葡萄糖存在的情况下，这些细胞可以向培养基中分泌胰岛素。 由胚胎干细胞向胰岛细胞分化的研究刚刚起步，如何完善诱导方案以获得大量纯化的功能性细胞替代物是今后急需解决的问题。 干细胞定向分化为胰岛细胞

17、的研究为糖尿病患者点燃了新的希望, 也为研究人员提供了新的突破口, 其勿庸置疑的成为治疗糖尿病的最佳种子细胞,虽然目前存在很多问题,但随着干细胞生物学的发展, 相信将来肯定能克服以上困难,用细胞治疗攻克糖尿病。干细胞与实体肿瘤治疗1 胚胎干细胞移植治疗恶性肿瘤的机制放疗、化疗药物的剂量与疗效：正相关胚胎干细胞移植可提高化疗、放疗的剂量造血挽救解决高剂量化疗、放疗对正常造血系统造成严重损害2 胚胎干细胞移植 治疗效果：取决于高强度化学治疗、放射治疗对肿瘤的杀灭程度胚胎干细胞移植的目的：挽救高强度化学治疗、放射治疗对自身造血免疫系统的损伤无供髓来源问题理论上所有的患者都能得到移植的机会; 无移植物抗宿主病 并发症少,移植相关死亡率低; 年龄较大的患者也可以移植。优点: 胚胎干细胞、脐血干细胞、骨髓间充质干细胞的应用比较1. 骨髓移植是用针插入骨中抽取，需骨髓穿刺，麻醉并住院一天，局部有时会淤血或疼痛。移植时HLA须完全相合，同胞间约有25%的机会相合，非亲属间的配对成功率只有十万分之一。