1、 干细胞研究进展干细胞研究进展 组胚：郭雨霁 1981年年Evans等成功地建立了小鼠的等成功地建立了小鼠的ESC系；系；1995年年Thompson等建立了第一株灵长类动物的等建立了第一株灵长类动物的ESC系；系；1998年年11月，美国威斯康星大学的科学家在美国月，美国威斯康星大学的科学家在美国科学科学杂志报杂志报告说，他们已成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增殖；告说，他们已成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增殖；1999年年12月，干细胞研究进展被月，干细胞研究进展被科学科学杂志评选为该年度世界杂志评选为该年度世界十大科学进展之首十大科学进展之首;1999年年12月，美国科学家在月，美
2、国科学家在美国科学院院刊美国科学院院刊报告说，小鼠肌报告说，小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。随后，世界各肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。随后，世界各国的科学家相继证实，成体干细胞，包括人类的成体干细胞具有可国的科学家相继证实，成体干细胞，包括人类的成体干细胞具有可塑性塑性;2001年末年末,干细胞研究又被其列为六大热门科技领域之首干细胞研究又被其列为六大热门科技领域之首;干细胞的话题沸沸扬扬地充斥在全球各种新闻媒体干细胞的话题沸沸扬扬地充斥在全球各种新闻媒体 2001年年4月，美国科学家发现，从病人臀部和大腿处抽取的脂肪中，含有大量类月，美国科学家发现，从病人
3、臀部和大腿处抽取的脂肪中，含有大量类似干细胞的细胞，这些细胞可以发育成健康的软骨和肌肉等。似干细胞的细胞，这些细胞可以发育成健康的软骨和肌肉等。2006年两项研究成果标志着干细胞技术正从一种概念，转变成能够看得见的事年两项研究成果标志着干细胞技术正从一种概念，转变成能够看得见的事实：实：美国科学家利用胚胎干细胞所衍生的运动神经元让瘫痪的老鼠恢复了行走能力；美国科学家利用胚胎干细胞所衍生的运动神经元让瘫痪的老鼠恢复了行走能力；英国科学家从胚胎干细胞中培育出来的精子，并使之与卵细胞结合，生育出幼英国科学家从胚胎干细胞中培育出来的精子，并使之与卵细胞结合，生育出幼鼠。鼠。2010年年1月韩国月韩国朝
4、鲜日报朝鲜日报报道，韩国建国大学兽医学院教授利用人类脐带血报道，韩国建国大学兽医学院教授利用人类脐带血干细胞成功治愈了脊髓受伤导致两条后腿瘫痪的狗。干细胞成功治愈了脊髓受伤导致两条后腿瘫痪的狗。分离和体外培养各种来源的干细胞的技术不断成熟分离和体外培养各种来源的干细胞的技术不断成熟,更是引发了新一轮的干细胞更是引发了新一轮的干细胞研究热潮。研究热潮。美国加州每年提供干细胞研究经费达美国加州每年提供干细胞研究经费达3亿美元亿美元。我国的干细胞研究也很活跃我国的干细胞研究也很活跃，“863”计划近期将为干细胞研究提供计划近期将为干细胞研究提供2亿元人民币的经费亿元人民币的经费。2000年日本启动年
5、日本启动“千千年世纪工程年世纪工程”，干细胞工程为核心技术的再生医疗成为这项工程的四大重点之一干细胞工程为核心技术的再生医疗成为这项工程的四大重点之一，第一年度投资金额达第一年度投资金额达108亿日元亿日元。到底干细胞是什么东西，为何会受到如此的关注？到底干细胞是什么东西，为何会受到如此的关注？干细胞是潜力无穷？还是被我们过度期待？干细胞是潜力无穷？还是被我们过度期待？干细胞干细胞（stem cells）是一类能够进行自我更新是一类能够进行自我更新（self-renew）和尚未分化和尚未分化 （un-differentiated具有分化潜能具有分化潜能）的细胞的细胞；可以分化为多种组成人体的组
6、织或器官的细胞类型可以分化为多种组成人体的组织或器官的细胞类型。自然存在的各种干细胞自然存在的各种干细胞 多能多能(pluripotent)干细胞干细胞(胚胎干细胞、胚胎生殖细胞胚胎干细胞、胚胎生殖细胞)单能单能(unipotent)干细胞干细胞 (成体干细胞成体干细胞)造血干细胞造血干细胞 其他组织特异性干细胞其他组织特异性干细胞（神经、肺部干细胞等）（神经、肺部干细胞等）特化细胞特化细胞 红细胞红细胞 血小板血小板 白细胞白细胞 全能全能(totipotent)干细胞干细胞 (受精卵受精卵)The fertilized ovum is the origin of the life.滋养层滋
7、养层 胎盘及胎儿胎盘及胎儿的附属结构的附属结构 卵黄囊尾侧壁上的内胚层细胞是原始生殖细胞的发源地。卵黄囊尾侧壁上的内胚层细胞是原始生殖细胞的发源地。后经肠系膜迁移至生殖腺嵴。后经肠系膜迁移至生殖腺嵴。多能干细胞多能干细胞pluripotent stem cells：a、来源：胚胎干细胞来源：胚胎干细胞内细胞群细胞内细胞群细胞 胚胎生殖细胞胚胎生殖细胞原始生殖细胞原始生殖细胞 b、特点：可进行克隆性增殖而不发生分化，保持二特点：可进行克隆性增殖而不发生分化，保持二 倍体核型不变；倍体核型不变；具有多向分化的潜能，在特定条件下可诱具有多向分化的潜能，在特定条件下可诱 导分化为三个导分化为三个 胚层
8、来源的所有组织细胞；胚层来源的所有组织细胞；失去了发育形成生物个体的能力。失去了发育形成生物个体的能力。c、多分化潜能性的实验证据：嵌合体实验多分化潜能性的实验证据：嵌合体实验 畸胎瘤实验畸胎瘤实验 类胚体实验类胚体实验 单能干细胞单能干细胞unipotent stem cells：成体干细胞成体干细胞/组织特异性干细胞组织特异性干细胞 a、特征：能自我复制特征：能自我复制,有分化潜能有分化潜能,但只能分化为所在但只能分化为所在 组织的功能细胞。组织的功能细胞。b、存在部位：骨髓存在部位：骨髓,周围血液周围血液,脑脑,脊髓脊髓,血管血管,骨骼肌骨骼肌,表皮表皮,消化管消化管,角膜角膜,视网膜视
9、网膜,肝肝,胰等胰等 c、可塑性：横向分化可塑性：横向分化 特化细胞特化细胞specialized cells：具有特定形态结构、分子标记和功能，不能进行分化。具有特定形态结构、分子标记和功能，不能进行分化。横向分化：横向分化：通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。部分干细胞在特定条件下可以转化为其它胚层来源的的细胞。部分干细胞在特定条件下可以转化为其它胚层来源的细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞等。细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞等。1999年年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干
10、细胞，体外培养等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞。鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞。ESC和成体干细胞的异同和成体干细胞的异同 相同点：都具有干细胞的自我复制和分化能力，都有“归巢”现象。相同点：都具有干细胞的自我复制和分化能力，都有“归巢”现象。干细胞是一类能够进行干细胞是一类能够进行自我更新自我更新和和具有分化潜能具有分化潜能的细胞的细胞 （具有分裂增殖能力，干细胞本身不是处于分化途径的终（具有分裂增殖能力，干细胞本身不是处于分
11、化途径的终 端）。端）。干细胞通过两种方式生长干细胞通过两种方式生长 *对称分裂对称分裂-形成两个相同的干细胞形成两个相同的干细胞 *不对称分裂不对称分裂-由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分 配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为 功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，仍功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，仍 作为干细胞保留下来。作为干细胞保留下来。干细胞的共同特征干细胞的共同特征 干细胞增殖的缓慢性干细胞增殖的缓慢性 干细胞增殖的自稳性干细胞增殖的自稳性 区别于肿瘤细胞的本质性特征。区别于肿瘤细
12、胞的本质性特征。有利于其对特定的外界信号有利于其对特定的外界信号做出反应，以决定是进入增做出反应，以决定是进入增殖还是进入分化程序，同时殖还是进入分化程序，同时有利于减少干细胞内基因突有利于减少干细胞内基因突变的危险。变的危险。研究干细胞增殖和分化机制的最终目的是应用干研究干细胞增殖和分化机制的最终目的是应用干细胞治疗疾病。理论上讲，干细胞可以用于许多疾病细胞治疗疾病。理论上讲，干细胞可以用于许多疾病的治疗，像帕金森氏病、糖尿病、心肌梗死、肝功能的治疗，像帕金森氏病、糖尿病、心肌梗死、肝功能衰竭等。就是干细胞的这种潜在的价值引起了各国学衰竭等。就是干细胞的这种潜在的价值引起了各国学者的研究兴趣
13、。者的研究兴趣。干细胞的应用干细胞的应用 胚胎干细胞胚胎干细胞embryonic stem cells 干细胞相关技术：克隆干细胞相关技术：克隆clone 转基因技术转基因技术transgenic technology 成体干细胞：神经干细胞成体干细胞：神经干细胞neural stem cells 肺干细胞肺干细胞pulmonary stem cells 诱导型多能干细胞诱导型多能干细胞induced pluripotent stem cell 主主 要要 内内 容容 第2周 第3周 胚胎干细胞胚胎干细胞（embryonic stem cell,ESC）是从早期胚胎的是从早期胚胎的 内细胞团中
14、分离出来的一种高度未分化内细胞团中分离出来的一种高度未分化、具有多向分化潜具有多向分化潜能的细胞能的细胞。1981年年Evans等从囊胚的内细胞群中成功分离等从囊胚的内细胞群中成功分离、建立了小建立了小鼠的鼠的ESC系系 1998年年Thomson和和Gearhart分别用胚泡内细胞团细胞和原分别用胚泡内细胞团细胞和原始生殖细胞成功地建立了人的始生殖细胞成功地建立了人的ESC系系 在全球范围内掀起了在全球范围内掀起了ESC的研究热潮的研究热潮。胚胎干细胞胚胎干细胞 ESC的体外培养建系的体外培养建系 定向诱导分化定向诱导分化 在生物医学上的应用在生物医学上的应用 早期小鼠胚胎的获得早期小鼠胚胎
15、的获得：受精后第受精后第4天上午，取出孕子宫，将输卵管端夹闭，由阴道端插入天上午，取出孕子宫，将输卵管端夹闭，由阴道端插入5号针头注入冲胚液，至宫腔达到一定压力，突然松开输卵管侧，即号针头注入冲胚液，至宫腔达到一定压力，突然松开输卵管侧，即可获得发育至囊胚期的早期胚胎。选取发育良好的囊胚接种在可获得发育至囊胚期的早期胚胎。选取发育良好的囊胚接种在饲养饲养层细胞层细胞上。上。从小鼠囊胚的内细胞群中分离培养从小鼠囊胚的内细胞群中分离培养ESC 子宫子宫 小鼠早期胚胎的体外培养小鼠早期胚胎的体外培养-饲养层饲养层：饲养层细胞的作用：饲养层细胞的作用：培养的鼠胚成纤维细胞经丝裂霉素培养的鼠胚成纤维细胞
16、经丝裂霉素C处理后，可用作饲养层细胞。处理后，可用作饲养层细胞。饲养层细胞经丝裂霉素饲养层细胞经丝裂霉素C处理后，虽然失去分裂能力，但仍然保持生存活性，处理后，虽然失去分裂能力，但仍然保持生存活性，并为胚胎干细胞的存活、增殖和未分化状态的维持提供一些必需因子，还并为胚胎干细胞的存活、增殖和未分化状态的维持提供一些必需因子，还可去除培养环境中的毒素和代谢抑制因子。可去除培养环境中的毒素和代谢抑制因子。饲养层细胞的处理方法如下：饲养层细胞的处理方法如下：取取P12-16的孕鼠，剖腹取胚胎，去除头、四肢、内脏后，的孕鼠，剖腹取胚胎，去除头、四肢、内脏后，Hanks液反复冲液反复冲洗，剪碎鼠胚组织，胰酶消化成单细胞悬液，接种，即为原代培养鼠胚成洗，剪碎鼠胚组织，胰酶消化成单细胞悬液，接种，即为原代培养鼠胚成纤维细胞。将原培养液弃去，加入含纤维细胞。将原培养液弃去，加入含10g/ml丝裂霉素丝裂霉素C的培养液作用的培养液作用2-4h，然后胰酶消化制成单细胞悬液，接种在四孔板中备用。然后胰酶消化制成单细胞悬液，接种在四孔板中备用。从小鼠囊胚的内细胞群中分离培养从小鼠囊胚的内细胞群中分离培养ESC