2022年醫(yī)學(xué)專題-第三章干細(xì)胞研究進(jìn)展-(S版)

干細(xì)胞的研究進(jìn)展第一頁，共四十六頁。主要內(nèi)容一、什么是干細(xì)胞？二、怎樣得到多能(duōnénɡ)干細(xì)胞？三、干細(xì)胞研究的發(fā)展前景四、世界各國(guó)的干細(xì)胞研究進(jìn)展第二頁，共四十六頁。細(xì)胞是機(jī)體組成(zǔchénɡ)的基本單位細(xì)胞細(xì)胞群組織機(jī)體一、什么(shénme)是干細(xì)胞？第三頁，共四十六頁。干細(xì)胞是一類具有無限(wúxiàn)的或永生的自我更新和分化潛能的細(xì)胞，能夠產(chǎn)生至少一種類型的、高度分化的子代細(xì)胞。第四頁，共四十六頁。人體發(fā)育起始于卵子的受精，產(chǎn)生一個(gè)能發(fā)育為完整有機(jī)體潛能的單細(xì)胞，即全能性的受精卵。受精后的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，受精卵分裂為一些完全相同的全能細(xì)胞。這意味著如果把這些細(xì)胞的任何一個(gè)放入女性子宮(zǐgōng)內(nèi)，均有可能發(fā)育成胎兒。大約在受精后四天，經(jīng)過幾個(gè)循環(huán)的細(xì)胞分裂之后，這些全能細(xì)胞開始特異化，形成一個(gè)中空環(huán)形的細(xì)胞群結(jié)構(gòu)，稱之為胚囊，胚囊由外層細(xì)胞和位于中空球形內(nèi)的細(xì)胞簇－內(nèi)細(xì)胞群所構(gòu)成。第五頁，共四十六頁。

外層細(xì)胞繼續(xù)發(fā)展，形成胎盤以及胎兒(tāiér)在子宮內(nèi)發(fā)育所需的其它支持組織。

內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞亦繼續(xù)發(fā)育，形成人體所須的全部組織。盡管內(nèi)細(xì)胞群可形成人體內(nèi)的所有組織，但它們不能發(fā)育為一個(gè)單獨(dú)的生物體，因?yàn)樗鼈儾荒苄纬商ケP以及胎兒在子宮內(nèi)發(fā)育所需的支持組織。這些內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞是多能性的，沒有完全的發(fā)育潛能，如果將內(nèi)細(xì)胞群放入母體子宮，它不會(huì)發(fā)育成胎兒。第六頁，共四十六頁。

多能干細(xì)胞經(jīng)歷進(jìn)一步的特異分化，發(fā)展為參與(cānyù)生成特殊功能細(xì)胞的干細(xì)胞。如造血干細(xì)胞，它能產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。又如皮膚干細(xì)胞，它能產(chǎn)生各種類型的皮膚細(xì)胞。這些更專門化的干細(xì)胞被稱為專能干細(xì)胞。

總結(jié)：全能細(xì)胞多能干細(xì)胞專能干細(xì)胞第七頁，共四十六頁。個(gè)體(gètǐ)發(fā)生過程

受精卵裂72h5-7天精子(jīngzǐ)+卵子合子

卵裂球桑椹胚囊胚滋養(yǎng)層胎盤及胎兒附屬結(jié)構(gòu)囊胚內(nèi)胚層消化道\呼吸道上皮和腺體,肝,膽,胰內(nèi)細(xì)胞群中胚層結(jié)締組織,血液,肌肉,骨骼,泌尿生殖系外胚層體表結(jié)構(gòu)；神經(jīng)系統(tǒng)第八頁，共四十六頁。第九頁，共四十六頁。第十頁，共四十六頁。第十一頁，共四十六頁。干細(xì)胞的生物學(xué)特點(diǎn)(tèdiǎn)屬非終末分化(fēnhuà)細(xì)胞，終生保持未分化(fēnhuà)或低分化(fēnhuà)

特征。在機(jī)體的數(shù)目和位置相對(duì)恒定。干細(xì)胞能無限地增殖分裂。干細(xì)胞可連續(xù)分裂幾代，也可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)。多向分化潛能。分裂的慢周期性，絕大多數(shù)干細(xì)胞處于G0期。干細(xì)胞通過兩種方式生長(zhǎng)，一種是對(duì)稱分裂,另一種是非對(duì)稱分裂。第十二頁，共四十六頁。第十三頁，共四十六頁。干細(xì)胞的分類(fēnlèi)按分化(fēnhuà)潛能按發(fā)育(fāyù)狀態(tài)全能干細(xì)胞

totipotentstemcell多能干細(xì)胞pluripotentstemcell單能干細(xì)胞

multipotentstemcell胚胎干細(xì)胞Embryonicstem(ES)cells成體干細(xì)胞Adultstemcells第十四頁，共四十六頁。全能干細(xì)胞具有全能性，能夠分化成全身200多種細(xì)胞類型，進(jìn)一步形成機(jī)體的任何組織和器官。如胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）多能干細(xì)胞具有分化成多種細(xì)胞和組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力。如造血干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞。單能干細(xì)胞只能向一種或兩種密切相關(guān)的細(xì)胞類型分化。如上皮組織基底層的干細(xì)胞，肌肉中的成肌細(xì)胞。第十五頁，共四十六頁。胚胎(pēitāi)干細(xì)胞

ES細(xì)胞是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。在未來幾年，ES細(xì)胞移植和其它先進(jìn)生物技術(shù)(jìshù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性進(jìn)步。第十六頁，共四十六頁。成體干細(xì)胞

成年動(dòng)物的許多(xǔduō)組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。第十七頁，共四十六頁。第十八頁，共四十六頁。橫向(hénɡxiànɡ)分化部分干細(xì)胞(xìbāo)在特定條件下可以轉(zhuǎn)化為其它細(xì)胞(xìbāo)，如肌肉干細(xì)胞(xìbāo)在特定條件下可以分化為各種血細(xì)胞(xìbāo)系。第十九頁，共四十六頁。二、怎樣得到(dédào)多能干細(xì)胞?1998年美國(guó)有兩個(gè)(liǎnɡɡè)小組分別培養(yǎng)出了人多能干細(xì)胞：JamesA.Thomson在Wisconsin大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。方法：人卵體外受精培育到囊胚階段提取innercellmass細(xì)胞建立細(xì)胞株。用該法，每個(gè)胚胎可取得15－20個(gè)細(xì)胞用于培養(yǎng)。第二十頁，共四十六頁。JohnD.Gearhart在JohnsHopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)另一個(gè)研究小組也從人胚胎組織中建立了干細(xì)胞株。方法：從受精后5－9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖(shēngzhí)母細(xì)胞(primordialgermcell)。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實(shí)具有多能干細(xì)胞的特征。第二十一頁，共四十六頁。第二十二頁，共四十六頁。干細(xì)胞培養(yǎng)(péiyǎng)過程第二十三頁，共四十六頁。第二十四頁，共四十六頁。

SCNT：somaticcellnucleartransfer。方法是將一個(gè)正常的動(dòng)物卵細(xì)胞去核（含染色體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)），保留卵細(xì)胞質(zhì)，它含營(yíng)養(yǎng)成分和對(duì)胚胎發(fā)育非常重要的能量物質(zhì)；再在精細(xì)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)室條件下，將單個(gè)體細(xì)胞（除卵細(xì)胞或精子細(xì)胞之外的任一種）與去核卵細(xì)胞放在一起(yīqǐ)使之融合。融合細(xì)胞及其子細(xì)胞具有發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體的潛能，因此是全能性的。這些全能性細(xì)胞不久將形成胚囊，從理論上來說，可利用胚囊的內(nèi)細(xì)胞群來建立多能性干細(xì)胞系。實(shí)際上，任何一種可生成人類胚囊細(xì)胞的方法都有可能成為人體多能性干細(xì)胞的來源。體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)（SCNT）是得到多能性干細(xì)胞的另一種途徑第二十五頁，共四十六頁。第二十六頁，共四十六頁。三、干細(xì)胞研究(yánjiū)的發(fā)展前景人胚胎干細(xì)胞提供了在細(xì)胞和分子水平上研究人體發(fā)育過程中的極早期事件的良好材料和方法，這種研究不會(huì)引起與胚胎實(shí)驗(yàn)相關(guān)的倫理問題。采用基因芯片等技術(shù)，比較胚胎干細(xì)胞以及不同發(fā)育階段的干細(xì)胞和分化細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，可以確定胚胎發(fā)育及細(xì)胞分化的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的人類基因。結(jié)合基因打靶技術(shù)，可發(fā)現(xiàn)不同基因在生命活動(dòng)(huódòng)中的功能等。第二十七頁，共四十六頁。此外，在新藥的發(fā)現(xiàn)及篩選(shāixuǎn)方面，胚胎干細(xì)胞提供了新藥的藥理、藥效、毒理及藥代等研究的細(xì)胞水平的研究手段，大大減少了藥物實(shí)驗(yàn)所需動(dòng)物的數(shù)量，使藥品研制的過程更為合理有效。第二十八頁，共四十六頁。胚胎干細(xì)胞最激動(dòng)人心的潛在應(yīng)用價(jià)值是用來修復(fù)甚至替換喪失功能(gōngnéng)的組織和器官，因?yàn)樗哂邪l(fā)育分化為所有類型組織細(xì)胞的能力。任何涉及喪失正常細(xì)胞的疾病都可以通過移植由胚胎干細(xì)胞分化而來的特異組織細(xì)胞來治療，如用神經(jīng)細(xì)胞治療神經(jīng)變性疾?。ㄅ两鹕暇C合癥、亨廷頓舞蹈癥、阿爾茨海默氏病等），用造血干細(xì)胞重建造血機(jī)能，用胰島細(xì)胞治療糖尿病，用心肌細(xì)胞修復(fù)壞死的心肌等。第二十九頁，共四十六頁。干細(xì)胞是基因治療的較理想(lǐxiǎng)的靶細(xì)胞，因?yàn)樗梢宰晕覐?fù)制更新，治療基因通過它帶入人體中，能夠持久地發(fā)揮作用，而不必?fù)?dān)心象分化的細(xì)胞那樣，在細(xì)胞更新中可能丟失治療基因的結(jié)果。通過胚胎干細(xì)胞和基因治療技術(shù)，可以矯正缺陷基因。第三十頁，共四十六頁。例如，如果發(fā)現(xiàn)早期胚胎有某種基因缺陷而會(huì)患基因缺陷病，可以收集部分或全部胚胎干細(xì)胞，通過基因工程技術(shù)將正常的基因替代干細(xì)胞中的缺陷基因，再將修復(fù)后的胚胎干細(xì)胞嵌入胚胎中，經(jīng)過九月懷胎將會(huì)出生一個(gè)健康的嬰兒。由于倫理和某些技術(shù)問題，現(xiàn)在還未開展此類實(shí)驗(yàn)。改變胚胎干細(xì)胞的某些基因的另一目的是創(chuàng)建“萬能供者細(xì)胞”，即破壞細(xì)胞中表達(dá)組織相容性復(fù)合物的基因，躲避受者免疫系統(tǒng)的監(jiān)視，從而(cóngér)達(dá)到防止免疫排斥效應(yīng)發(fā)生的目的。但這種方法需要破壞和改變細(xì)胞中許多基因，而且這種細(xì)胞發(fā)育成的組織和器官是否有生理缺陷如免疫能力降低還不得而知。第三十一頁，共四十六頁。另一種克服移植免疫排斥的途徑就是結(jié)合克隆技術(shù)創(chuàng)建病人特異性的胚胎干細(xì)胞。用這種胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)獲得的細(xì)胞、組織或器官，其基因和細(xì)胞膜表面的主要組織相容性復(fù)合體與提供體細(xì)胞的病人完全一致，不會(huì)導(dǎo)致任何免疫排斥反應(yīng)(fǎnyìng)。如果這一設(shè)想能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，將是人類醫(yī)學(xué)中一項(xiàng)劃時(shí)代的成就，它將使器官培養(yǎng)工業(yè)化，解決供體器官來源不足的問題；器官供應(yīng)專一化，提供病人特異性器官。人體中的任何器官和組織一旦出現(xiàn)故障，將像更換損壞的汽車零件一樣可隨意更換和修理。第三十二頁，共四十六頁。但是要使以上設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還需要對(duì)胚胎干細(xì)胞做深入研究，還需要解決很多技術(shù)難題，這些問題(wèntí)包括：

胚胎干細(xì)胞極易分化為其他細(xì)胞，如何維持體外擴(kuò)增時(shí)不分化？雖然(suīrán)在防止體外培養(yǎng)時(shí)干細(xì)胞分化方面已取得了很大成績(jī)，如在培養(yǎng)基中加入白血病抑制因子等可抑制干細(xì)胞分化，但仍需進(jìn)一步研究干細(xì)胞的培養(yǎng)條件。第三十三頁，共四十六頁。如何定向誘導(dǎo)(yòudǎo)干細(xì)胞分化？細(xì)胞分化是多種細(xì)胞因子相互作用引起細(xì)胞一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)的過程，因而要誘導(dǎo)產(chǎn)生某種特異類型的組織，需要了解各種因子在何時(shí)何地開始作用，以及何時(shí)何地停止作用。第三十四頁，共四十六頁。由胚胎干細(xì)胞在體外發(fā)育成一完整的器官尤其是像心、肝、腎、肺等大型精細(xì)復(fù)雜的器官這一目標(biāo)還需要技術(shù)上的突破。

因?yàn)槠鞴俚男纬墒且粋€(gè)非常復(fù)雜的三維過程，很多器官是兩個(gè)不同胚層的組織相互作用而形成的。例如，肺中的肌組織、血管和結(jié)締組織來源于中胚層，而上皮組織源自內(nèi)胚層。每個(gè)細(xì)胞要獲得營(yíng)養(yǎng)和排泄代謝廢物，分化的組織中需要產(chǎn)生血管，組織血管目前還處于起步研究階段。即便是一發(fā)育完整的來自自然機(jī)體的器官，要離體培養(yǎng)并維持其正常的生理功能目前還無法做到，器官的體外保存(bǎocún)和維持仍是器官移植中的難題。一種可能的方法是將干細(xì)胞注射到重度免疫缺陷動(dòng)物的臟器中，讓移植的人干細(xì)胞逐步替代動(dòng)物細(xì)胞，使其臟器人源化，成為可供移植的器官。第三十五頁，共四十六頁。如何克服移植排斥反應(yīng)？前面提到的改變基因創(chuàng)建“萬能供者細(xì)胞”的方法是否可行還不清楚。核移植后的卵細(xì)胞能否激活沉默基因，啟動(dòng)DNA的合成，會(huì)不會(huì)改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)等等問題，還有待進(jìn)一步研究。而且，胚胎干細(xì)胞有形成畸胎瘤的傾向(qīngxiàng)，必須對(duì)胚胎干細(xì)胞及其衍生細(xì)胞的移植的安全性做一全面、客觀、深入的評(píng)價(jià)。第三十六頁，共四十六頁。第三十七頁，共四十六頁。四、世界(shìjiè)各國(guó)的干細(xì)胞研究

美國(guó)總統(tǒng)布什9日宣布(xuānbù)支持聯(lián)邦政府有限度地資助胚胎干細(xì)胞研究，這一決定代表了美國(guó)政府的態(tài)度。美國(guó)政府支持利用現(xiàn)有的人類胚胎干細(xì)胞進(jìn)行研究，但反對(duì)破壞新的胚胎以獲取干細(xì)胞，并且堅(jiān)決反對(duì)克隆人。第三十八頁，共四十六頁。在干細(xì)胞研究方面，美國(guó)是世界上最先進(jìn)的國(guó)家之一。從最初的骨髓移植算起，干細(xì)胞研究在美已進(jìn)行了30多年。1998年，美國(guó)科學(xué)家成功用人類胚胎干細(xì)胞在體外生長(zhǎng)和增殖，帶動(dòng)(dàidòng)了全世界的干細(xì)胞工程研究熱潮。目前，大批美國(guó)公立、私立機(jī)構(gòu)都在研究干細(xì)胞的各種獲取渠道以及它們的分化功能，并已發(fā)現(xiàn)可以從骨髓、胚胎、脂肪、胎盤和臍帶等渠道獲得干細(xì)胞。第三十九頁，共四十六頁。英國(guó)是干細(xì)胞研究領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位的又一個(gè)國(guó)家(guójiā)。今年1月，英國(guó)第一個(gè)將克隆研究合法化，允許科學(xué)家培養(yǎng)克隆胚胎以進(jìn)行干細(xì)胞研究，并將這一研究定性為“治療性克隆”?？茖W(xué)家可以破壞被生育診所廢棄的胚胎用于干細(xì)胞和其他研究，也可以通過試管內(nèi)受精培養(yǎng)研究用胚胎?，F(xiàn)在，新的法律允許研究人員通過克隆制造干細(xì)胞，但研究中使用過的所有胚胎必須在14天后被銷毀。第四十頁，共四十六頁。在日本，干細(xì)胞研究是“千年世紀(jì)工程”中的核心內(nèi)容之一。為了能科學(xué)安全地進(jìn)行干細(xì)胞研究，日本政府在本月初通過了干細(xì)胞研究指南。指南規(guī)定，用于研究的胚胎細(xì)胞只能從那些本該(běnɡāi)被廢棄、用于生育治療目的的胚胎中獲取。這一指南有可能允許日本實(shí)驗(yàn)室在今年年底開始進(jìn)行用胚胎干細(xì)胞培育組織的研究。關(guān)于克隆人和制造精子和卵子的