2022年醫(yī)學(xué)專題-第三章干細胞研究進展-(S版)

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

外層細胞繼續(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)細胞群細胞亦繼續(xù)發(fā)育，形成人體所須的全部組織。盡管內(nèi)細胞群可形成人體內(nèi)的所有組織，但它們不能發(fā)育為一個單獨的生物體，因為它們不能形成胎盤以及胎兒在子宮內(nèi)發(fā)育所需的支持組織。這些內(nèi)細胞群細胞是多能性的，沒有完全的發(fā)育潛能，如果將內(nèi)細胞群放入母體子宮，它不會發(fā)育成胎兒。第六頁，共四十六頁。

多能干細胞經(jīng)歷進一步的特異分化，發(fā)展為參與(cānyù)生成特殊功能細胞的干細胞。如造血干細胞，它能產(chǎn)生紅細胞、白細胞和血小板。又如皮膚干細胞，它能產(chǎn)生各種類型的皮膚細胞。這些更專門化的干細胞被稱為專能干細胞。

總結(jié)：全能細胞多能干細胞專能干細胞第七頁，共四十六頁。個體(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。干細胞的生物學(xué)特點(tèdiǎn)屬非終末分化(fēnhuà)細胞，終生保持未分化(fēnhuà)或低分化(fēnhuà)

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

totipotentstemcell多能干細胞pluripotentstemcell單能干細胞

multipotentstemcell胚胎干細胞Embryonicstem(ES)cells成體干細胞Adultstemcells第十四頁，共四十六頁。全能干細胞具有全能性，能夠分化成全身200多種細胞類型，進一步形成機體的任何組織和器官。如胚胎干細胞（ES細胞）多能干細胞具有分化成多種細胞和組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個體的能力。如造血干細胞、神經(jīng)細胞。單能干細胞只能向一種或兩種密切相關(guān)的細胞類型分化。如上皮組織基底層的干細胞，肌肉中的成肌細胞。第十五頁，共四十六頁。胚胎(pēitāi)干細胞

ES細胞是一種高度未分化細胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。在未來幾年，ES細胞移植和其它先進生物技術(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)革命性進步。第十六頁，共四十六頁。成體干細胞

成年動物的許多(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。成體干細胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細胞或者產(chǎn)生新的干細胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。第十七頁，共四十六頁。第十八頁，共四十六頁。橫向(hénɡxiànɡ)分化部分干細胞(xìbāo)在特定條件下可以轉(zhuǎn)化為其它細胞(xìbāo)，如肌肉干細胞(xìbāo)在特定條件下可以分化為各種血細胞(xìbāo)系。第十九頁，共四十六頁。二、怎樣得到(dédào)多能干細胞?1998年美國有兩個(liǎnɡɡè)小組分別培養(yǎng)出了人多能干細胞：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)出了干細胞株。方法：人卵體外受精培育到囊胚階段提取innercellmass細胞建立細胞株。用該法，每個胚胎可取得15－20個細胞用于培養(yǎng)。第二十頁，共四十六頁。JohnD.Gearhart在JohnsHopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了干細胞株。方法：從受精后5－9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖(shēngzhí)母細胞(primordialgermcell)。由此培養(yǎng)的細胞株，證實具有多能干細胞的特征。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。方法是將一個正常的動物卵細胞去核（含染色體的細胞結(jié)構(gòu)），保留卵細胞質(zhì)，它含營養(yǎng)成分和對胚胎發(fā)育非常重要的能量物質(zhì)；再在精細調(diào)控的實驗室條件下，將單個體細胞（除卵細胞或精子細胞之外的任一種）與去核卵細胞放在一起(yīqǐ)使之融合。融合細胞及其子細胞具有發(fā)育成一個完整個體的潛能，因此是全能性的。這些全能性細胞不久將形成胚囊，從理論上來說，可利用胚囊的內(nèi)細胞群來建立多能性干細胞系。實際上，任何一種可生成人類胚囊細胞的方法都有可能成為人體多能性干細胞的來源。體細胞核轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)（SCNT）是得到多能性干細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、干細胞研究(yánjiū)的發(fā)展前景人胚胎干細胞提供了在細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，這種研究不會引起與胚胎實驗相關(guān)的倫理問題。采用基因芯片等技術(shù)，比較胚胎干細胞以及不同發(fā)育階段的干細胞和分化細胞的基因轉(zhuǎn)錄和表達，可以確定胚胎發(fā)育及細胞分化的分子機制，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(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，胚胎干細胞提供了新藥的藥理、藥效、毒理及藥代等研究的細胞水平的研究手段，大大減少了藥物實驗所需動物的數(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。胚胎干細胞最激動人心的潛在應(yīng)用價值是用來修復(fù)甚至替換喪失功能(gōngnéng)的組織和器官，因為它具有發(fā)育分化為所有類型組織細胞的能力。任何涉及喪失正常細胞的疾病都可以通過移植由胚胎干細胞分化而來的特異組織細胞來治療，如用神經(jīng)細胞治療神經(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），用造血干細胞重建造血機能，用胰島細胞治療糖尿病，用心肌細胞修復(fù)壞死的心肌等。第二十九頁，共四十六頁。干細胞是基因治療的較理想(lǐxiǎng)的靶細胞，因為它可以自我復(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，而不必擔(dān)心象分化的細胞那樣，在細胞更新中可能丟失治療基因的結(jié)果。通過胚胎干細胞和基因治療技術(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患基因缺陷病，可以收集部分或全部胚胎干細胞，通過基因工程技術(shù)將正常的基因替代干細胞中的缺陷基因，再將修復(fù)后的胚胎干細胞嵌入胚胎中，經(jīng)過九月懷胎將會出生一個健康的嬰兒。由于倫理和某些技術(shù)問題，現(xiàn)在還未開展此類實驗。改變胚胎干細胞的某些基因的另一目的是創(chuàng)建“萬能供者細胞”，即破壞細胞中表達組織相容性復(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胞中許多基因，而且這種細胞發(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胞。用這種胚胎干細胞培養(yǎng)獲得的細胞、組織或器官，其基因和細胞膜表面的主要組織相容性復(fù)合體與提供體細胞的病人完全一致，不會導(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，將是人類醫(yī)學(xué)中一項劃時代的成就，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，還需要對胚胎干細胞做深入研究，還需要解決很多技術(shù)難題，這些問題(wèntí)包括：

胚胎干細胞極易分化為其他細胞，如何維持體外擴增時不分化？雖然(suīrán)在防止體外培養(yǎng)時干細胞分化方面已取得了很大成績，如在培養(yǎng)基中加入白血病抑制因子等可抑制干細胞分化，但仍需進一步研究干細胞的培養(yǎng)條件。第三十三頁，共四十六頁。如何定向誘導(dǎo)(yòudǎo)干細胞分化？細胞分化是多種細胞因子相互作用引起細胞一系列復(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何地開始作用，以及何時何地停止作用。第三十四頁，共四十六頁。由胚胎干細胞在體外發(fā)育成一完整的器官尤其是像心、肝、腎、肺等大型精細復(fù)雜的器官這一目標還需要技術(shù)上的突破。

因為器官的形成是一個非常復(fù)雜的三維過程，很多器官是兩個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。每個細胞要獲得營養(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胞注射到重度免疫缺陷動物的臟器中，讓移植的人干細胞逐步替代動物細胞，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“萬能供者細胞”的方法是否可行還不清楚。核移植后的卵細胞能否激活沉默基因，啟動DNA的合成，會不會改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)等等問題，還有待進一步研究。而且，胚胎干細胞有形成畸胎瘤的傾向(qīngxiàng)，必須對胚胎干細胞及其衍生細胞的移植的安全性做一全面、客觀、深入的評價。第三十六頁，共四十六頁。第三十七頁，共四十六頁。四、世界(shìjiè)各國的干細胞研究

美國總統(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胞研究，這一決定代表了美國政府的態(tài)度。美國政府支持利用現(xiàn)有的人類胚胎干細胞進行研究，但反對破壞新的胚胎以獲取干細胞，并且堅決反對克隆人。第三十八頁，共四十六頁。在干細胞研究方面，美國是世界上最先進的國家之一。從最初的骨髓移植算起，干細胞研究在美已進行了30多年。1998年，美國科學(xué)家成功用人類胚胎干細胞在體外生長和增殖，帶動(dàidòng)了全世界的干細胞工程研究熱潮。目前，大批美國公立、私立機構(gòu)都在研究干細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胞。第三十九頁，共四十六頁。英國是干細胞研究領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位的又一個國家(guójiā)。今年1月，英國第一個將克隆研究合法化，允許科學(xué)家培養(yǎng)克隆胚胎以進行干細胞研究，并將這一研究定性為“治療性克隆”。科學(xué)家可以破壞被生育診所廢棄的胚胎用于干細胞和其他研究，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，干細胞研究是“千年世紀工程”中的核心內(nèi)容之一。為了能科學(xué)安全地進行干細胞研究，日本政府在本月初通過了干細胞研究指南。指南規(guī)定，用于研究的胚胎細胞只能從那些本該(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驗室在今年年底開始進行用胚胎干細胞培育組織的研究。關(guān)于克隆人和制造精子和卵子的