干細(xì)胞-基礎(chǔ)和臨床課件

1、干細(xì)胞工程MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY1 Stem Cell王芳吉林大學(xué)藥學(xué)院再生醫(yī)學(xué)系1Stem Cell第一節(jié) 干細(xì)胞生物學(xué) 第二節(jié) 干細(xì)胞的臨床應(yīng)用和研究狀況2第一節(jié) 干細(xì)胞生物學(xué) 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潛能的細(xì)胞群體，即這些細(xì)胞可通過分裂維持自身細(xì)胞的特性和大小，又可進(jìn)一步分化為各種組織細(xì)胞，從而在組織修復(fù)等方面發(fā)揮積極作用。MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIO

2、LOGY4 二.干細(xì)胞特性1.干細(xì)胞的形態(tài)和生化特點(diǎn)形態(tài)特點(diǎn)：圓形或橢圓形，體積較小，核質(zhì)比較大，核中多為常染色體。 生化特點(diǎn)： a.具有較高端粒酶活性; b.具有不同的生化標(biāo)志：角蛋白15、nestin（巢素蛋白）。2 ，干細(xì)胞的增殖特點(diǎn) 能力強(qiáng)：高度增殖是干細(xì)胞生物學(xué)特性之一。自穩(wěn)性：會(huì)自我更新維持自身數(shù)目的恒定。（self-maintenance） 5干細(xì)胞維持自穩(wěn)性的機(jī)制：對稱分裂和不對稱分裂 MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY7 3，干細(xì)胞的分化特點(diǎn) 1）. 多潛能性 MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BI

3、OLOGY8 在不同生長因子刺激下干細(xì)胞可表現(xiàn)出不同分化潛能MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY10 （1）去分化 一種干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的逆向轉(zhuǎn)化的過程。 2）. 去分化和轉(zhuǎn)分化的能力（2）轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation） 一種組織類型的干細(xì)胞在適當(dāng)條件下分化為另一種組織類型細(xì)胞的過程。 例一：將成年雄性小鼠的造血干細(xì)胞移植到雌鼠體內(nèi)，3天后在雌鼠的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中檢測到 Y 染色體的存在，證明成體動(dòng)物的造血干細(xì)胞可轉(zhuǎn)分化成為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。MEDICAL CELL BIOLOGYMEDICAL CELL BIOLOGY12 例二：造

4、血干細(xì)胞向骨骼肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化全能干細(xì)胞（Totipotent stem cell） 是指具有無限分化潛能,能分化成所有組織和器官的干細(xì)胞。換句話說,也就是具有形成完整個(gè)體分化潛能。 1415二.干細(xì)胞來源上分:來源于胚胎- 胚胎干細(xì)胞 ESC （Embryonic Stem Cell ） 胚胎性生殖細(xì)胞 EGC （Embryonic Germ Cell ）來源于成體- 成體組織來源的干細(xì)胞 ASC （Adult-derived Stem Cell ）181981年，最早埃文斯(Evans)和考夫曼(Kaufman)從小鼠早期胚胎中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外培養(yǎng)建立細(xì)胞系。 1995年，美國從恒河

5、猴囊胚中分離并克隆建立了第一個(gè)靈長類動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞系(一 )胚胎干細(xì)胞 1.胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell,ES細(xì)胞）定義：指從著床前的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞獲得的一種具有多潛能性、可發(fā)育成為各種細(xì)胞、同時(shí)可保持不分化狀態(tài)而持續(xù)生長的克隆細(xì)胞系。 經(jīng)體外分化抑制培養(yǎng)分離的一種全能性細(xì)胞。 可以分化成任何一種組織類型的細(xì)胞。212.胚胎干細(xì)胞的生物學(xué)特性 (1)ES細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與核型： 各種動(dòng)物的ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞體積小、核大、有1個(gè)或多個(gè)核仁。 22鳥巢狀生長保持未分化的ES細(xì)胞第一個(gè)人體胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞) 2425（二） 成體干細(xì)胞1.定

6、義：存在于成人各種組織中，具有自我更新和向前分化為一種或多種成熟功能細(xì)胞的幼稚細(xì)胞。意義：1.負(fù)責(zé)更新死亡細(xì)胞，維持正常個(gè)體、組織、器官的結(jié)構(gòu)和功能的完整性。2.病例情況下，負(fù)責(zé)分化和增殖，修復(fù)組織損傷。272.成體干細(xì)胞的生物學(xué)特性：（1）具有自我更新和分化潛能（2）數(shù)量少（3）存在于特定的微環(huán)境中（4）處于相對靜止?fàn)顟B(tài)（5）體積小，細(xì)胞漿少，細(xì)胞核較大（6）成體干細(xì)胞的數(shù)量和活性歲年齡增加而減少3.成體干細(xì)胞的分布4.與胚胎干細(xì)胞的比較31間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為同胚層另一組織類型細(xì)胞間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為內(nèi)胚層組織類型細(xì)胞間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為外胚層組織類型細(xì)胞由此認(rèn)為，

7、成體干細(xì)胞有較大的可塑性。血細(xì)胞肌細(xì)胞血細(xì)胞肝細(xì)胞血細(xì)胞腦細(xì)胞5.成體干細(xì)胞的可塑性：第二節(jié) 干細(xì)胞的醫(yī)學(xué)應(yīng)用和研究狀況32331999年，Science雜志編者Bloom：“干細(xì)胞給人類提供了極大的可能性：用干細(xì)胞修復(fù)病損的臟器和細(xì)胞缺損”，他還說“最終可能用干細(xì)胞制成像腎、肝這樣復(fù)雜的器官”。 干細(xì)胞研究成為繼人類基因組大規(guī)模測序之后最具活力、最有影響和最有應(yīng)用前景的生命學(xué)科研究領(lǐng)域，1999年干細(xì)胞研究被美國科學(xué)雜志評為1999年度世界十大科學(xué)之冠，2000年干細(xì)胞研究再次被科學(xué)雜志評為該年度世界十大科學(xué)成就之一。 35源于胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞已能或可能治療許多疾病神經(jīng)細(xì)胞心肌細(xì)胞B型胰島細(xì)

8、胞軟骨細(xì)胞白細(xì)胞皮膚細(xì)胞肝細(xì)胞骨細(xì)胞視細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞帕金森病心肌梗死糖尿病骨關(guān)節(jié)炎白血病燒傷和創(chuàng)傷肝炎骨質(zhì)疏松癥視網(wǎng)膜退化肌營養(yǎng)不良治療36成體干細(xì)胞中，造血干細(xì)胞（包括骨髓、臍血和外周血中的干細(xì)胞）已用于治療重度白血病和某些遺傳性血液病。 37成體干細(xì)胞及其子代細(xì)胞移植或動(dòng)員腦組織內(nèi)的干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病已獲初步成效。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)移植的神經(jīng)元可替代修復(fù)已損壞的神經(jīng)通路。臨床試驗(yàn)也證實(shí)細(xì)胞替代治療可使癥狀緩解。 干細(xì)胞治療的特點(diǎn) 1.一次性或幾次介入，永久性治療； 2.不需要完全了解疾病發(fā)生的確切機(jī)理。 肝臟疾病的干細(xì)胞治療臨床治療手段 現(xiàn)階段，臨床各種肝病的治療大多數(shù)以保肝為主，并不能使

9、肝損傷得到有效恢復(fù)。尤其是慢性肝損傷到了肝纖維化和肝硬化階段，要想通過藥物治療逆轉(zhuǎn)損傷和再生肝臟功能十分困難。 相對而言，肝臟的再生能力較強(qiáng)，因此科學(xué)工作者一直致力于肝臟功能恢復(fù)或重建。研究雖然取得一定進(jìn)展，但一直沒有找到可靠方法。在最近幾年的時(shí)間里，人類干細(xì)胞研究取得突破性進(jìn)展，為肝損傷的治療開辟了全新的思路。二. 干細(xì)胞移植治療肝病適應(yīng)癥：1. 各種慢性肝炎(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(代償期及失代償期肝硬化)4. 早期原發(fā)性肝癌三. 干細(xì)胞移植治療原理 移植干細(xì)胞入體后，干細(xì)胞會(huì)通過“遷徙”和“歸巢”作用到達(dá)受損的肝臟，這些移植的干細(xì)胞一

10、方面能夠根據(jù)周圍微環(huán)境分化成新生的肝臟功能細(xì)胞;另一方面還能夠“催醒”自身肝臟細(xì)胞“再生”，兩者綜合作用，修復(fù)和替代機(jī)體已經(jīng)發(fā)生病變的肝臟細(xì)胞，取代病肝功能，使患者肝臟功能逐漸得到恢復(fù)。四.胚胎干細(xì)胞治療肝病的獨(dú)特優(yōu)勢：1.相對于原位肝臟移植，可以避免供體來源不足，免疫排斥反應(yīng)等缺點(diǎn)。2. 相對于其他細(xì)胞移植，可使患者免受骨髓動(dòng)員的痛苦，對于年老及心肺功能、腎功能受損者，胚胎干細(xì)胞移植更具優(yōu)勢。 3. 移植過程多數(shù)采用靜脈輸注法，患者無痛苦，方便，無需住院。患者預(yù)后較好，個(gè)別機(jī)體受損不嚴(yán)重，在密切配合專業(yè)醫(yī)生的治療后，可完全擺脫藥物治療，從而提高生活質(zhì)量。徐某，男，42歲，10年前無明顯誘因出

11、現(xiàn)全身乏力、食欲減退、惡心、嘔吐、厭油、腹脹、肝區(qū)痛、尿色加深等。經(jīng)系統(tǒng)檢查，診斷為“丙型病毒性肝炎”。確診后，一直給予系統(tǒng)性治療（抗病毒、對癥、支持等），半年后疾病轉(zhuǎn)歸為“慢性丙肝”。10余年來，患者反復(fù)出現(xiàn)乏力、頭暈、食欲減退、厭油、肝區(qū)不適、睡眠不佳等癥狀，間斷性給予治療，但病情未得到明顯緩解。2009年2月12日該患進(jìn)行第一次胚胎組織干細(xì)胞移植，移植后2天患者即有反應(yīng)。自覺睡眠改善明顯，食欲增加。乏力現(xiàn)象明顯減輕。移植14天后復(fù)查各項(xiàng)生理指標(biāo)均逐步恢復(fù)?；颊咦杂X良好。2009年3月14日，患者進(jìn)行第二次胚胎組織干細(xì)胞移植，此次移植后，患者自覺癥狀改善情況與首次移植相比，改善情況相差不大

12、。肝功 丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶： 89 U/L 41 U/L（參考值：5-40）天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶：78 U/L 38 U/L （參考值：8-40）總膽汁酸： 48 umol/L23 umol/L（參考值：0-10） 乳酸脫氫酶： 304 U/L248 U/L （參考值：109-245）丙肝病毒核算測定： 2.628107 IU/ml1.407105 IU/ml （參考值：100）丙型肝炎病毒核糖核酸熒光定量： 5.71105 copies/ml 7.26104 copies/ml （參考值：0-1000） 現(xiàn)患者一般狀態(tài)尚可，神清語明，生命體征平穩(wěn)。乏力、頭暈、食欲減退等癥狀明顯緩解，睡眠飲食如

13、常。腎臟疾病的干細(xì)胞治療雄性小鼠骨髓細(xì)胞移植雌性小鼠雌性小鼠腎臟遷移腎小管上皮細(xì)胞分化腎小管內(nèi) 結(jié)果表明，骨髓內(nèi)的干細(xì)胞能橫向分化為腎小管上皮細(xì)胞，有助于腎小管上皮細(xì)胞的正常更新和腎小管損傷后的再生修復(fù)，為干細(xì)胞移植治療腎小管壞死提供了理論依據(jù)。原理： 1. 胚胎干細(xì)胞一方面可以新生腎小球的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、臟層細(xì)胞以及恢復(fù)腎小球基膜，恢復(fù)和提高腎小球的濾過膜，對由于腎小球病變所造成的尿液改變、高血壓、水腫等癥狀都會(huì)有明顯的改善；2. 胚胎干細(xì)胞還可以分化產(chǎn)生免疫平衡細(xì)胞，如：Ts細(xì)胞、Th細(xì)胞等，平衡免疫反應(yīng)，消除造成腎小管損傷的各種因素，避免對腎小球的持續(xù)損傷，防止病情進(jìn)一步惡化。胚胎干細(xì)

14、胞移植對各種腎小球疾病都有很好的治療效果。神經(jīng)系統(tǒng)疾病的干細(xì)胞治療 最近幾年，干細(xì)胞的研究進(jìn)展為這神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來了希望。因?yàn)椴徽撌桥咛ジ杉?xì)胞還是成體干細(xì)胞都具有向神經(jīng)細(xì)胞分化的潛能，直接移植干細(xì)胞或?qū)⒄T導(dǎo)分化后的神經(jīng)細(xì)胞移植到腦組織中均發(fā)現(xiàn)有改善神經(jīng)細(xì)胞變性疾病癥狀的作用。胚胎干細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞分化：技術(shù)相對成熟 胚胎干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化的技術(shù)相對成熟，不論是直接注入腦組織，還是在體外條件下，胚胎干細(xì)胞都具有向神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的能力，體內(nèi)、體外：ES都具有向神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的能力可以和腦內(nèi)細(xì)胞良好整合并發(fā)揮作用與體內(nèi)細(xì)胞的突觸連接遞質(zhì)分泌神經(jīng)放電和信號傳導(dǎo)等。PD 鼠內(nèi)存在的DA神經(jīng)元來自ES 細(xì)

15、胞PD 小鼠的旋轉(zhuǎn)行為明顯改善ES（標(biāo)記）酪氨酸羥化酶 TH+ 神經(jīng)元體外定向分化PD 小鼠糖尿病的干細(xì)胞治療 胚胎干細(xì)胞的全能性為研究糖尿病的細(xì)胞治療開辟了新途徑。研究人員相繼用不同的方法獲得了分泌胰島素的細(xì)胞。 用胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)為胰島素分泌細(xì)胞并用于治療糖尿病的策略： 用細(xì)胞因子、天然化學(xué)物質(zhì)與胚胎干細(xì)胞共培養(yǎng)，將胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細(xì)胞。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些因子和特定的培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)合，可以誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞分化。 科學(xué)家將小鼠的胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化成能分泌胰島素的類似于胰島的結(jié)構(gòu)。他們先將小鼠的胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)成類胚體，并在此基礎(chǔ)上誘導(dǎo)出了、等多種胰島細(xì)胞的細(xì)胞群。 這些細(xì)胞在植入糖尿病小鼠

16、的皮下后糾正高血糖水平（未到正常），細(xì)胞在植入12天后發(fā)生血管化，其形態(tài)類似于胰腺的胰島，并保持著分泌胰島素的能力。 最近的研究結(jié)果表明，人胚胎干細(xì)胞也能分化成分泌胰島素的細(xì)胞。有實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)了人胚胎干細(xì)胞，并讓它們自發(fā)形成類胚體；然后用多種生長因子誘導(dǎo)類胚體分化。 試驗(yàn)結(jié)果提示了類胚體可以自發(fā)分化成胰島細(xì)胞。也有實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了人胚胎干細(xì)胞可自發(fā)分化為細(xì)胞的現(xiàn)象。 類胚體中有1%3%的細(xì)胞是胰島細(xì)胞。在葡萄糖存在的情況下，這些細(xì)胞可以向培養(yǎng)基中分泌胰島素。 由胚胎干細(xì)胞向胰島細(xì)胞分化的研究剛剛起步，如何完善誘導(dǎo)方案以獲得大量純化的功能性細(xì)胞替代物是今后急需解決的問題。 干細(xì)胞定向分化為胰島細(xì)胞

17、的研究為糖尿病患者點(diǎn)燃了新的希望, 也為研究人員提供了新的突破口, 其勿庸置疑的成為治療糖尿病的最佳種子細(xì)胞,雖然目前存在很多問題,但隨著干細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展, 相信將來肯定能克服以上困難,用細(xì)胞治療攻克糖尿病。干細(xì)胞與實(shí)體腫瘤治療1 胚胎干細(xì)胞移植治療惡性腫瘤的機(jī)制放療、化療藥物的劑量與療效：正相關(guān)胚胎干細(xì)胞移植可提高化療、放療的劑量造血挽救解決高劑量化療、放療對正常造血系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害2 胚胎干細(xì)胞移植 治療效果：取決于高強(qiáng)度化學(xué)治療、放射治療對腫瘤的殺滅程度胚胎干細(xì)胞移植的目的：挽救高強(qiáng)度化學(xué)治療、放射治療對自身造血免疫系統(tǒng)的損傷無供髓來源問題理論上所有的患者都能得到移植的機(jī)會(huì); 無移植物抗宿主病 并發(fā)癥少,移植相關(guān)死亡率低; 年齡較大的患者也可以移植。優(yōu)點(diǎn): 胚胎干細(xì)胞、臍血干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用比較1. 骨髓移植是用針插入骨中抽取，需骨髓穿刺，麻醉并住院一天，局部有時(shí)會(huì)淤血或疼痛。移植時(shí)HLA須完全相合，同胞間約有25%的機(jī)會(huì)相合，非親屬間的配對成功率只有十萬分之一。