2011人类生殖与优生.ppt

1、第十二章胚胎干细胞与治疗性克隆,生命科学两大重要进展,人类基因组序列测定,干细胞研究的突破,什么是干细胞,思考并讨论：干细胞到底是什么？,干细胞是具有自我复制和多项分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织、器官的祖宗细胞。,干细胞定义,在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度分化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，称之为干细胞（stem cell）。一旦生理需要，这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。 从功能上说：干细胞是一类具有多向分化潜能和自我更新能力的细胞，是处于细胞系起源顶端的最原始细胞，在体

2、内能够分化产生某种特定组织类型的细胞。,干细胞的分类,按来源分类,按分化潜能分类,根据个体发育过程中出现的先后次序不同： 干细胞可分为： 胚胎干细胞：胚胎干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。 成体干细胞：成体干细胞是存在于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的细胞。,胚胎干细胞和成体干细胞的介绍,定义:当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的细胞就是胚胎干细胞。,特点:具有很强的分化能力，可以无限增加，并且可以分化成全身多种细胞类型。,总结：它能长成动物的任何组织和器官。,特点：在特定条件下，成体干细胞或者

3、产生新的干细胞，或者按一定的程序进行分化，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。,根据其分化潜能大小，干细胞可分为三类。,全能干细胞(totipotent stem cell,TSC ) 多能干细胞（pluripotent stem cell） 单能干细胞（也称专能、偏能干细胞）(unipotent stem cell ),全能性干细胞(totipotent stem cell,TSC )： 具有形成完整个体的分化潜能。 包括：胚胎干细胞（embryonic stem cells, ES细胞） 生殖干细胞（embryonic germ cells, EG细胞） 如胚胎干细

4、胞(ES)具有很强的分化能力，可无限增殖并分化为全身200多种细胞类型，及机体的各种组织、器官。 人类的精子和卵子结合后形成受精卵，这个受精卵就是一个最初始的全能干细胞，受精卵继续分化，在前几个分化过程中，可以分化出许多全能干细胞，提取出这些细胞中的任意一个放置到妇女子宫中，就可以发育出一个完整的人体。,多能性干细胞（pluripotent stem cell） 多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力。 如骨髓多能造血干细胞，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。,3专能性干细胞(unipotent stem cell )： 专能干细胞(

5、也称单能、偏能干细胞)，这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。 如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞(卫星细胞)。,干细胞应用研究重点,一、移植研究恢复器官功能 1细胞治疗。 干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，这是干细胞潜在的最大优势。 由于丧失正常细胞功能的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化来的特异组织细胞来治疗。,如用神经细胞治疗神经变性疾病(帕金森氏综合征、享廷顿舞蹈症、老年痴呆症等)； 用胰岛细胞治疗糖尿病； 用心肌细胞修复坏死的心肌等。 因为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，无法靠自身得到修复。可以用人体胚胎干细胞能直接分化成相应细胞进行移植。,2基因治疗。

6、即通过胚胎干细胞和基因工程技术，矫正缺陷基因。 因干细胞能自我复制更新，是基因治疗的理想靶细胞。将治疗基因整合到干细胞，再将干细胞移植入人体中，能够持久地发挥作用，而不担心像分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果。,二、基础研究 1利用干细胞研究解释先天缺陷的产生原因和防治方法。 2将发育生物学与干细胞生物学相关联，研究干细胞生长与分化的遗传控制与环境条件等，便于在实验室中进行干细胞的培养和分化。 三、癌症治疗 研究人员正试图设计多种方法，使特定细胞能击中特定癌细胞，直接破坏或改变癌细胞。,我国干细胞研究概况,1. 需要：我国人口多，需要干细胞移植治疗的疾病发病率与其他国家相同。

7、2. 迫切：我国家庭结构以独生子女为主，能提供具有相同或相关基因组织器官的可能性低，因此对干细胞及其衍生组织需求量大、迫切。,3. 研究与应用： 我国的干细胞研究和应用有一定基础，研究和应用最多的是造血干细胞。 如骨髓移植治疗血液病于20世纪70年代末开始，90年代以来已逐步普及应用外周血和脐血干细胞移植治疗血液病和肿瘤。,胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES),是在人胚胎发育早期囊胚（受精后约57天）中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞，外表是一层扁平细胞，称滋养层，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔，腔内一侧的细胞群，称内细胞群，这些未分化的细胞可进一步

8、分裂、分化，发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。由于内细胞群可以发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。 当内细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。 基本特征:具有发育全能性,能分化为属于外/中/内胚层范畴的各种分化细胞,甚至参与个体发育,1970年Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞。 1981年，英国剑桥大学的Evans和Kaufman成功建立了小鼠的胚胎干细胞系。 1998年11月，威斯康星大学的汤姆生和约翰.霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别报道，他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能

9、分化潜力的人胚胎干细胞。 Science,1998,Vol282:11451147。 PNAS,1998,Vol95:1372613731。 美国威斯康星大学于2001年9月首次将人类胚胎干细胞转化为血细胞。,研究意义,人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法。 新人类基因的发现，结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等 。 药物筛选和致畸实验。提供了新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段 。 作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源。,胚胎干细胞自身的优势,1、 胚胎干细胞能永生化，可以传代建系，且增殖能力强，来源充沛。

10、2、胚胎干细胞具有全能性，研究的历史长，技术上有优势。,建立来源,（1） 从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞。 Dr. Thomson从IVF（体外受精）临床实验室得到胚胎， （2）从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞。捐献者自行决定了终止妊娠 （3）体细胞核转移（SCNT） 1）应用克隆技术，用人成熟细胞核置换人卵细胞的遗传物质，然后在体外将其培养至胚泡期，分离胚胎干细胞，用于研究和治疗。 2）将成人的细胞核植入胚胎干细胞的胞浆内，通过胚胎干细胞的胞浆与供体细胞核的作用，诱导表达胚胎干细胞特异性的基因,人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离全能干细胞。,体细胞核转移（SCNT）,

11、胚胎干细胞临床价值,用干细胞技术治疗疾病至少还要经历三个阶段： 第一个阶段是把一种组织的成体干细胞直接移植给相应组织坏损的病人以治疗疾病。 第二阶段则是如果掌握了干细胞向某种组织细胞分化的条件，就可以在体外对干细胞进行诱导使之“定向”分化成所需的细胞。对于某些遗传性疾病，还可对干细胞进行基因修饰。对经过“定向分化”或“基因修饰”后的干细胞进行筛选后，把“合格”的细胞移植给病人。 第三阶段：即在体外进行“器官克隆”以供病人移植。,胚胎干细胞研究的技术问题,1)胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何维持体外扩增时不分化？ 2)如何定向诱导干细胞分化？ 3)由胚胎干细胞在体外发育成一完整的器官尤其是像心

12、、肝、肾、肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。 4)如何克服移植排斥反应？,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,生于1953年的黄禹锡，5岁丧父，母亲为养活6个孩子，放牛养家。黄禹锡孩提时代帮母亲照顾生病的牛，从而立下做兽医的志向，誓要做个成功人士。对他来说，成功就是一切。他埋头苦读，终于考上首尔国立大学兽医系，29岁便获得博士学位，后来更成为韩国首尔大学的教授。 1995年研制出超级乳牛 1999年培育出全球首只克隆牛， 2004年2月，黄禹锡研究小组在科学杂志发表论文，宣布在世界上率先用卵子培育成功人类胚胎干细胞，被称为韩国“克隆之父”。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回

13、放,2005年5月20日黄禹锡在美国科学杂志发表了用病人的皮肤细胞克隆出了与病人基因相符的胚胎干细胞的成果（世界上首先培育成功用患者体细胞成功克隆人类胚胎干细胞） 2005年8月3日在英国自然杂志上报道，成功利用“体细胞核转移”技术克隆出世界上第一条阿富汗猎犬克隆狗“史奴比”（被美国时代周刊评选为2005年最杰出发明）。这是另一个让世界瞩目的成就狗的克隆一度被视为世界级的难题，一些科学家再三尝试之后不得不放弃。黄禹锡因而成为全球知名的生命科学家。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,黄禹锡因为使韩国在干细胞研究和克隆技术方面处于全球领先水平令他成为国际生命科学领域的权威人物。也同时也迅速成为

14、视为韩国的民族英雄，成为振兴韩国的科学巨匠。 于是大韩民族第一个获得诺贝尔奖的重任和希望都落到黄禹锡身上。除了韩国媒体，世界各国的媒体都在连篇累牍地报道黄禹锡是怎样从人生和科学事业的方方面面，演绎了另一个丑小鸭变白天鹅的传奇故事，或者从“灰姑娘”登上王子宫殿的神话。 黄禹锡的出身贫寒、苦读成才和刻苦钻研的故事，打动了所有立志于为神圣的科学事业献身的人们。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,不过，这位国家英雄却麻烦不断。 黄禹锡是韩国生命科学专家，在克隆研究方面建树颇多，但有媒体报道说黄禹锡用于试验的卵子一部分是来自于实验室的女研究员，还因此向该研究员提供金钱。黄禹锡2005年11月24日承

15、认上述事实，并宣布辞去所有校内外职务。 黄禹锡研究小组于5月19日在科学杂志发表的论文宣布，首次 成功利用11名不同疾病患者身上的体细胞克隆出早期胚胎 并从中提取了11个干细胞系。 但是韩国文化广播公司电视台（MBC）在其节目中质疑黄禹锡的研究成果有造假之嫌 媒体提出造假疑惑后，韩国科学技术部仍对研究成果深信不疑，再三阐明了支持的态度。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,2005年12月15日，韩国“克隆之父”、首尔大学教授黄禹锡正式承认： 其研究小组于今年5月在科学杂志发表论文所说的胚胎干细胞，大部分并“不存在”，并要求科学杂志撤销该论文 遗憾、震惊、痛惜，或者正如韩国人所说的，将12月

16、15日视为韩国科学界的“国耻日”。接到有关报道后科学技术部受到不小冲击，显得茫然失措。该部基础研究局局长金暎湜表示，将在确认真相后，慎重采取应对措施。 韩国保健福利部也在忙于了解真相，并讨论如何应对。该部为黄禹锡担任所长的世界干细胞中心制定的各种支持方针可能都会被取消。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,2005年12月23日，负责重新验证黄禹锡科研组胚胎干细胞研究成果的首尔大学调查委员会公布了阶段性调查结论。对黄禹锡科研组今年发表在科学上的论文的数据进行分析的结果，无法认定错误基于单纯的失误，只能看作是将通过2个细胞株得到的结果夸大为11个的故意作假行为。 验证委介绍说：“黄禹锡科研组在

17、论文中称，通过体细胞克隆的与患者基因完全相同的胚胎干细胞系共11个，但直到论文投稿的3月15日，只有2号和3号两个。” 验证委就论文中的DNA指纹分析数据称：“论文称分别对干细胞和提供核的患者体细胞DNA进行了检测。但实际上，除了2、3号，对于其它九个干细胞，是将同一个患者的体细胞分装进两个管，委托进行分析的。”因此，两组数据只能得出同一结论。 验证委还证实，只有2、3号细胞株形成了畸胎瘤(可确认干细胞能否分化成其它细胞)。 验证委称，对于2、3号细胞株是否是用体细胞克隆出的干细胞，待22日委托的DNA分析结果出来后，就可以确认。验证委强调说：“黄禹锡编造科研数据，是毁损真实这一科研基础的严重

18、行为。”,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,反应： 韩国生物股暴跌韩国股票市场对此事件的反应更为迅速。当天,韩国综合股价指数下跌1.24个百分点,生物股集中的科斯达克指数更是暴跌3.4个百分点,这是自2004年5月17日以来的最大跌幅。 国家英雄让民众极度失望 韩通社认为,黄禹锡如果被证实确有造假行为,“那将使韩国这一 商标在国际社会上遭受打击,韩国的国家信誉度也将打折扣”。预计韩国科学界在相当长时间内将无法摆脱此事带来的后遗症。一些韩国科学家甚至担心,他们今后在向国际著名科学杂志投稿时,可能会遭“另眼看待”,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,反应： 更严重的是,一旦黄禹锡研究成果曾给

19、韩国带来的荣耀与自豪化为泡影,韩国民众心中将难以避免地感到失落、空虚以及愤怒。虽然韩国经济面临困境,但人们每当想起韩国有像黄禹锡这样优秀的世界级科学家时,就会充满自信。而现在,黄禹锡身上的光环突然消失,民众的失望情绪无法用语言来表达 由于韩国政府长期以来一直支持并为黄禹锡的研究提供巨额资助,此次事件发生后,韩国舆论可能还会把矛头指向政府。路透社说,如果黄禹锡最终被确定有造假行为,这将成为近年来国际科学界最大的丑闻之一。,韩国“第一最佳科学家”黄禹锡事件回放,所有的梦想都必须要有坚实的基础，并同时受制约于保证这种梦想实现的职业伦理。,克隆羊之父维尔默特,成体干细胞限制因素,1.人们尚未从人体的全

20、部组织中分离出成体干细胞。 2.成体干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低。 3.在一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植。 4.成人身上获得的干细胞可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力。 5.由于日常生活中人是暴露在各种环境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突变，成体干细胞可能包含更多的DNA异常等等。,成体干细胞优势,1、胚胎干细胞具有全能性和可以建系传代等优点，但由于每个个体的主要组织相容性复合体（MHC）不同，同种异体胚胎干细胞及其分化组织细胞用于临床会引起免疫排斥，成体干细胞则可从患者自身获得，而不存在组织相容性的问题 。

21、 2、虽然胚胎干细胞能分化成各种细胞类型，但这种分化是“非定位性”的。目前尚不能控制胚胎干细胞在特定的部位分化成相应的细胞，当前的做法容易导致畸胎瘤。应用胚胎干细胞时，也必须确认胚胎干细胞供者没有遗传性疾病。相对而言，成体干细胞不存在上述问题。 3、细胞也具有类胚胎干细胞的高度分化能力。,成体干细胞的可塑性,是指来源于一种器官或组织的干细胞被转移到另一种生长环境中,分化成与新的生长环境相适应的细胞。如骨髓造血干细胞分化为心肌细胞、肝细胞,即称其有可塑性。传统观念认为骨髓造血干细胞只能向血细胞分化。,实验：C57BL/6J成年小鼠 造血干细胞 WBB6F/J-KitW/KitW-V鼠(亚致死剂量

22、同位素照射) 在鼠的神经胶质细胞中检测到Y染色体. 即鼠的造血干细胞移植到鼠中分化为脑星形胶质细胞。,已知的具有可塑性的成体干细胞,（一）骨髓中的干细胞可塑性 在造血干细胞系统内部,各系骨髓造血干细胞间能相互分化。骨髓造血干细胞能向非造血细胞分化。 骨髓间充质干细胞能分化为心肌细胞、骨骼肌细胞、血管内皮细胞、神经细胞、肝细胞及肾小球上皮细胞等。 (二)神经干细胞的可塑性 小鼠的神经干细胞植入到鸡胚及鼠胚体内,神经干细胞能嵌入到受体内,向肝、肺、胃、小肠等分化。人与小鼠的神经干细胞在体内、外均能被诱导向骨骼肌分化。,(三)肝脏干细胞的可塑性 卵圆细胞移植至裸鼠的心肌内,6周后卵圆细胞在裸鼠的心肌

23、内呈现为心肌细胞样的结构及表型。大鼠肝脏的卵圆细胞在体外被诱导分化后能自我排列成胰岛样结构,表达胰岛细胞标志物,能控制小鼠的血糖 。 (四)皮肤干细胞的可塑性 皮肤中的毛囊干细胞在体外能分化为血细胞,将其移植到体内后,毛囊干细胞可重构受体小鼠的血液系统。 (五)骨骼肌干细胞的可塑性 在体外骨骼肌卫星细胞能被诱导分化为骨细胞、脂肪细胞等；在体内骨骼肌卫星细胞可分化为成肌纤维细胞,后者可进一步分化为纤维细胞与骨骼肌细胞。,治疗性克隆,克隆一词是由clone音译而来，在音译名出现以前曾有一个意译名-无性繁殖系 指由单一细胞或共同祖先经有丝分裂得到的细胞群体或有机群体,生殖性克隆和治疗性克隆,目前，国

24、际上一般把对人类自身的克隆分为“生殖性克隆”和“治疗性克隆”。世界各国政府对于克隆人基本都持反对态度，但是对出于医学治疗目的的克隆尚有分歧意见。 生殖性克隆（Reproductive Cloning）： 对整个人的复制，即从被克隆的人身上取得细胞之后，将其植入被去除了遗传基因物质的卵细胞中，通过刺激使新卵细胞分化并形成胚胎，之后将胚胎植入母体的子宫里孕育。 克隆婴儿具有与遗传物质源相同的生理特性 “治疗性克隆”（Therapeutic Cloning ）： 常指出于治疗目的而克隆人的胚胎，提取胚胎干细胞，并使干细胞定向发育，培育出健康的可以修复或替代坏死受损细胞、组织和器官，通过这些被培育出来

25、的组织细胞或器官的移植而治疗疾病。这种用于医疗目的而在实验室使用克隆技术制造胚胎的过程被称为“治疗性克隆”。,联合国关于人的克隆的宣言,2005年2月18日，联合国大会法律委员会在经过3天的激烈辩论后，最终以71票赞成、35票反对，43票弃权通过了一项政治宣言：联合国关于人的克隆的宣言，敦促所有国家禁止任何形式的克隆人活动。 我国对这一提案投了反对票。中国的一贯立场是，反对生殖性克隆、支持治疗性克隆。认为治疗性克隆与生殖性克隆有着本质的不同，在严格监管下进行的治疗性克隆研究，对挽救人类生命和增进人类健康有着广阔前景和巨大潜力。,你有没有 想过克隆 一个自己 呢？,CLONE-SELF?,同卵双生双胞胎,人工双胞胎,真的有 克隆人吗？,简单的克隆方法,天然的克隆人,人工双胞胎,同卵双生双胞胎,克隆动物的第一个技术：胚胎复制,克隆动物的第二个技术：体细胞核移植,Dolly!,移植,体细胞,细胞核,Dolly的克隆过程,卵母细胞去核,复习克隆的步骤,分离体细胞和卵细胞 去除卵细胞的细胞核 把体细胞的细胞核移植入