干细胞与生物医学

干细胞与生物医学张彭跃2013.7一、干细胞的概念二、干细胞的分类三、胚胎干细胞的来源和生物学特性四、成体干细胞的来源和生物学特性五、诱导的多能干细胞六、干细胞在生物医学中的应用七、讨论讲述内容1、Stemcells：指具有自我更新和强大的多方向分化潜能能力的未分化细胞。2、特性（stemness）：自我更新能力——干细胞能无限增殖分裂；多方向分化能力——干细胞能分化为人体全部或多种细胞类型；不对称分化——干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运：保持为干细胞或分化为特定细胞，分化时为不对称分裂。活动状态——干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；一、干细胞的概念3、干细胞的形态及生化特征形态：体积小、核大、细胞器不发达……生化：干细胞的共同标志，如端粒酶活性高不同干细胞的特有标志，如人造血干细胞表现为CD34和CD133；上皮干细胞有高表达的β1整合素；神经干细胞Nestin；肿瘤干细胞CD133等。二、干细胞的分类——按分化潜能干细胞全能干细胞多能干细胞单能干细胞受精卵胚胎早期卵裂球胚胎干细胞诱导多能干细胞（iPS）神经干细胞间充制干细胞脂肪干细胞毛囊干细胞.....二、干细胞的分类——按发生来源潜能干细胞胚胎干细胞成体干细胞不同干细胞分离时间点1、三、胚胎干细胞embryonicstemcells

（一）、来源和生物学特性

胚胎干细胞主要是指来自囊胚内细胞团的细胞和原始生殖细胞，有自我更新和多向分化潜能，可以分化为内、中、外三个胚层的多种组织细胞的潜能。但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。（二）、ES细胞分离史1981年，英国科学家Evans等人在世界上首先建立起了小鼠Es细胞系1998年11月，美国威斯康星大学的Thomson教授，在征得胚胎所有者同意之后，从试管婴儿剩余的胚胎中分离出胚胎干细胞，并在体外培养成功，建立起了人Es细胞。（三）、ES细胞分离培养方法1、囊胚获取的新方法——终末分化细胞重编程体外体细胞核移植干细胞建立模式图体外核移植合子（受精卵）的产生四、成体干细胞adultstemcells（一）、来源和生物学特性

成体干细胞主要是指来自成年动物组织或器官，有自我更新和多向分化潜能，可以分化为组成其来源组织或器官的多种细胞的潜能。分化潜能低于ES细胞。（二）、

分离鉴定的成体干细胞造血干细胞、骨髓间质干细胞、神经干细胞、脂肪干细胞、上皮干细胞、胰腺干细胞、肝干细胞（三）、成体干细胞的分化特性1、自然条件下成体干细胞倾向于分化成所在组织的细胞，参与组织更新和损伤修复；2、外界条件诱导下成体干细胞可横向分化成其他组织的细胞，参与这些组织的损伤修复。造血干细胞的分化嗅束（球）、侧脑室的室管膜（脑室）区、脑室下区（SVZ）、海马齿状回、小脑（部分后脑）、大脑皮层和脊髓。神经干细胞的体内分布临床医学应用：

替代病变或衰老组织以及提供营养——替代性治疗，基因靶向治疗（脊髓损伤、帕金森病、老年痴呆、脑梗死等）基础研究领域：神经发育的研究；神经干细胞迁移和分化的调控研究……五、iPS细胞（inducedpluripotentstemcells）2006年Yamanaka发现，胚胎干细胞中存在一系列特异性表达的蛋白质，而当胚胎干细胞分化时，这些蛋白表达减少。提出如果在小鼠体细胞内表达这些蛋白，或许能使体细胞转变为具有干细胞全能性质的细胞。这一发现分别被《自然》和《科学》杂志评为2007年第一和第二大科学进展。2008.4，美国科学家将实验鼠皮肤细胞改造成iPS细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。2009.2，日本科学家宣布成功利用人类皮肤细胞制成的iPS细胞培育出血小板，而且声称从技术上说用iPS细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的。iPS细胞制备流程来源于iPS细胞的小鼠iPS细胞与胚胎干细胞相比的优点1、iPS细胞则由体细胞诱导产生，不存在来源的问题。2、iPS细胞取自病人组织，产生的是病人特异的干细胞，避免了免疫排斥反应。iPS细胞与胚胎干细胞相比的缺点1、c-myc是原癌基因，此基因的失控会导致癌症的发生。2、iPS小鼠存在明显的健康问题，死亡率很高。慢病毒载体的使用也会导致基因组的整合，诱发致癌危险。iPS细胞的特点iPS细胞的应用——疾病治疗iPS细胞的应用——疾病模型iPS细胞的应用——药物筛选六、干细胞在生物医学中的应用细胞治疗（基因治疗）组织工程药物筛选和毒性检测转基因动物的制备（一）细胞治疗celltherapy胞治疗是指将正常或遗传改造过的人体细胞直接移植或输入患者体内，以达到替代受损细胞、治疗疾病的目的。利用干细胞及其分化细胞进行细胞治疗是干细胞临床应用的重要研究方向。

胚胎干细胞和成体干细胞都能用于细胞治疗，但目前只有少数成体干细胞在细胞治疗上己开始取得临床疗效，大多数的干细胞治疗还在实验阶段。1、骨髓干细胞移植2、脐带血干细胞移植3、神经干细胞移植北京某医院完成异基因造血干细胞移植病例数

造血干细胞移植：肿瘤类如白血病,某些恶性实体瘤等,非肿瘤性疾病，如:再生障碍性贫血,重症免疫缺陷病,急性放射病，地中海贫血等。造血干细胞自体移植造血干细胞异体移植

I型糖尿病的治疗外源胰岛素治疗胰腺或胰岛移植干细胞治疗：

胚胎干细胞诱导分化成β细胞细胞移植基因导入使其表达胰岛素细胞移植胰腺干细胞诱导分化成β细胞细胞移植糖尿病小鼠模型制作(腹腔注射链脲佐菌素STZ)肾膜下移植ICCs治疗糖尿病NOD-Scid小鼠腹腔内注射streptozotocin肾膜下移植含类β细胞的ICCs高血糖

注射STZ前注射STZ后

移植ICCS后

302010

血糖水平(mmol/l)

注射后3天小鼠出现稳定的高血糖症

移植4天后小鼠血糖明显下降（二）、组织工程（TissueEngineering):

组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研究正常或病理状况下哺乳动物组织的结构、功能和生长的机制，研究开发能够修复、维持替换或增进其功能或改善损伤组织的人工生物替代物的一门学科。利用干细胞再造组织或器官。组织工程的基本要素：细胞(Cell)

－增殖、分化、自组装成组织和器官生长因子(Growthfactor)

－调节细胞的增殖和分化胞外基质（Ext