干細胞研究課件

干細胞研究Alifestory…1/7/202421/7/20243自20世紀90年代以來，干細胞技術(shù)的出現(xiàn)與日趨成熟，使干細胞研究成為生命科學的一個主攻熱點。有相當一部分干細胞技術(shù)目前已投入臨床應用，并取得了不錯的效果。1/7/20244干細胞（stemcell）是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細胞群體，即這些細胞可通過分裂維持自身細胞的特性和大小，又可進一步分化為各種組織細胞，從而在組織修復等方面發(fā)揮積極作用。1/7/20245概念干細胞治療迄今，已有近100項MSC臨床實驗在全球展開。目前，利用MSC治療GVHD和自身免疫性腸炎（Crohn?。┮呀?jīng)進入三期臨床。鑒于MSC在治療GVHD的二期臨床實驗上的出色表現(xiàn)（94%的有效率，74%的緩解率），美國食品及藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準MSC作為治療GVHD的一線藥物進入三期臨床，標志著其成為正式的臨床藥物已經(jīng)為期不遠。

6國內(nèi)現(xiàn)狀科技部門奮力搶跑‘鼓勵干’；衛(wèi)生部門緊閉雙眼‘不讓干’；藥監(jiān)部門眼盯美國‘看著干’；學者專家崇尚信仰‘大膽干’；企業(yè)老板趨利避害‘暈著干’；醫(yī)療機構(gòu)追名逐利‘偷著干’；美容機構(gòu)胡說八道‘忽悠干’；數(shù)萬患者被做白鼠‘花錢干’。7衛(wèi)生部關(guān)于開展干細胞臨床研究和應用自查自糾工作2009年3月2日衛(wèi)生部頒布了《醫(yī)療技術(shù)臨床應用管理辦法》2011年底，衛(wèi)生部與國家食品藥品監(jiān)督管理局決定開展為期一年的干細胞臨床研究和應用規(guī)范整頓工作成立了干細胞臨床研究和應用規(guī)范整頓工作領導小組2012年7月1日前，暫不受理任何申報項目。8干細胞stemcell干細胞是存在于人和動物發(fā)育個階段（包括早期胚胎和成熟組織）的一類原始狀態(tài)的未分化細胞。它們一方面進行自我更新（self-renew)，產(chǎn)生與親本完全相同的子代細胞，以保持干細胞數(shù)量的恒定；另一方面在一定條件下可以進入分化程序，通過不對稱分裂產(chǎn)生分化的子代細胞，最終形成功能特異的組織類型，在組織修復和新陳代謝中起重要作用。1/7/20249stemcellWhatisastemcell?stemcellSELF-RENEWAL(copying)specializedcelle.g.musclecell,nervecellDIFFERENTIATION(specializing)1/7/2024101/7/202411胚胎干細胞（embryonicstemcell,ESC）：來源于受精5～6天的胚泡（blastocyst）中未分化的細胞。成體干細胞（adultstemcell,ASC）：來源于機體組織器官中的未分化細胞。1/7/202412分類（依發(fā)生學）1/7/2024131/7/202414

組織性干細胞組織干細胞（tissuestemcell)又叫成體干細胞（adultstemcell)，是指存在于人或動物的已分化組織中的未分化細胞。如：神經(jīng)干細胞、骨髓間質(zhì)干細胞、造血干細胞、胰腺干細胞等。1/7/2024151/7/2024161/7/202417PotentialusesforstemcellsAging?Diabetes?Skin?胚胎干細胞和成體干細胞比較1/7/202418胚胎干細胞成體干細胞①來自胚泡的內(nèi)細胞群來源于骨髓、外周血、角膜、視網(wǎng)膜、腦、骨骼肌、齒髓、肝、皮膚、胃腸道粘膜層和胰腺等②發(fā)育全能性，可誘導分化為機體分化較局限，部分成體干細胞（造血干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞）有一定跨系、跨胚層的“可塑性”③無限的自我更新能力病理條件下才顯出一定的自我更新潛能④增殖能力強，便于應用增殖能力較弱，故不能完全取代胚胎干細胞⑤細胞可不斷增殖，“永生化”，移植后有形成腫瘤的可能性成瘤的可能性很小⑥不能自體移植自體移植可避免免疫排斥⑦有倫理問題分離和使用不存在倫理問題全能干細胞（totipotentSC）：具有自我更新和分化形成任何類型細胞的能力，有形成完整個體的分化潛能（相當于卵裂球細胞）。1/7/202419分類（依分化潛能）多潛能干細胞（pluripotentSC）：有分化成多胚層細胞的能力，但不能分化成完整個體（相當于胚胎干細胞）。1/7/202420專能干細胞（unipotentSC）：存在于身體各部，只能向單一方向分化，產(chǎn)生一種類型的細胞（相當于組織內(nèi)的成體干細胞）。胚胎干細胞1/7/202421骨髓干細胞1/7/202422神經(jīng)干細胞1/7/202423干細胞的研究與應用基礎研究藥物開發(fā)器官移植1/7/202424干細胞是生命的主宰！1/7/202425基礎研究

在基礎研究方面，多功能干細胞的研究能幫助人類了解，從一個受精卵細胞到發(fā)展成一個嬰兒如此復雜的過程中所發(fā)生的事件，最主要的工作在于找到細胞發(fā)展過程中的決定因子。1/7/202426藥物研究

藥物開發(fā)過程中，藥物安全性的分析，亦可由特定干細胞或由干細胞分化的專一細胞作為試驗的標的，而非傳統(tǒng)上必須進行耗時費力又昂貴的動物實驗。

1/7/202427器官移植

干細胞有可能產(chǎn)生新的細胞、組織或是器官。我們需要器官移植，但是器官的短缺限制了移植手術(shù)而產(chǎn)生了很多不幸。多功能干細胞經(jīng)過刺激以后，可以發(fā)展成特定的細胞。對于很多疾病來說，它都是一個新的治療方式。

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梁實秋的小品《中年》有這么一段：“突然發(fā)現(xiàn)額上刻了橫紋，那線條是顯明而有力，像是吳道子的“莼菜描”，心想那是抬頭紋，可是低頭也還是那樣，再一細看頭頂上的頭發(fā)有搬家到腮旁頷下的趨勢，而最令人怵目驚心的是，鬃角上發(fā)現(xiàn)幾根白發(fā)，這一驚非同小可，平夙一毛不拔的人到這時候也不免要狠心的把它拔去，拔毛連茹，頭發(fā)根上還許帶著一顆鮮亮的肉珠。......”

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頭發(fā)末端帶著的那顆“鮮亮的肉珠”，這毛囊里面居然可以找到“與倫理無關(guān)”的毛囊干細胞，也許將來可以頭發(fā)移植、皮膚移植......1/7/202430干細胞研究為禿頂和燒傷患者帶來希望

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美國科學家報告了最新的研究成果，他們在頭發(fā)毛囊深處發(fā)現(xiàn)的主細胞可能為禿頂?shù)娜艘约盁齻颊哒业搅艘粋€新療法。他們發(fā)現(xiàn)的干細胞是一種已經(jīng)分化的干細胞，這是一種不成熟的主細胞，保有在一定程度上發(fā)生類型變化的能力。它們具有自我更新的能力，具有分化成各種表皮和毛發(fā)的多能性。它們與從胚胎中提取的干細胞是有區(qū)別的，而從胚胎中提取干細胞這一手段還存在廣泛爭議。1/7/202432

這種方法將比現(xiàn)有的禿頭治療方法好很多。現(xiàn)有的移植治療是移動任意一叢殘留的毛發(fā)來覆蓋光禿點，這種方法常常形成斑雜的情況。而像Propecia這樣的生發(fā)藥物能夠減少一些男性的頭發(fā)的損失，但是這種藥物治療還存在許多問題，比如影響雄性激素水平。

燒傷的治療也可以使用相同的移植方法。目前，病人接受外層皮膚的移植，而這種外層皮膚不含毛囊或汗腺。研究人員說，將來如果移植皮膚干細胞將可能形成正常皮膚所有類型的細胞。

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用神經(jīng)干細胞治愈脊髓損傷

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研究人員發(fā)現(xiàn)，脊髓受損的實驗鼠在注射人類神經(jīng)干細胞之后９天，行走能力就得到改善。作為對照，另一組實驗鼠沒有接受注射，而第三組實驗鼠注射了人類纖維原細胞，結(jié)果都沒有出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。

在進一步的實驗中，脊髓嚴重受損而部分癱瘓的實驗鼠在接受人類神經(jīng)干細胞注射后，已能依靠后肢爬行，且運動比較協(xié)調(diào)，而對照實驗鼠沒有類似的改善。接受人類神經(jīng)干細胞移植的實驗鼠，運動機能的改善至少持續(xù)了４個月。但是，當研究人員為實驗鼠注射只殺死人類細胞的白喉毒素后，它們馬上又回到部分癱瘓狀態(tài)，這表明是人類神經(jīng)細胞治好了它們的傷病。1/7/202435近20來，干細胞研究一直成為生命科學中的熱點，其研究內(nèi)容幾乎涉及所有生命科學的生物醫(yī)學領域，除了在細胞治療、組織器官移植和基因治療中發(fā)揮重要作用外，還在發(fā)現(xiàn)新基因、基因功能分析、發(fā)育生物學模型及新藥開發(fā)等方面產(chǎn)生重要影響。1/7/202436美國《Science》雜志1999年——將“干細胞研究的新發(fā)現(xiàn)”列入十大科技進展之首2000年——再次入選年度十大科技進展2002年——列入值得關(guān)注的六大科技領域之一1/7/202437美國加州每年提供干細胞研究經(jīng)費達3億美元我國有關(guān)干細胞的研究也十分活躍，已有多個有關(guān)干細胞的“973”項目，召開過多次全國性或國際性學術(shù)會議，出版過多本專（譯）著?！?63”計劃近期將為干細胞研究提供2億元人民幣的經(jīng)費。1/7/202438隨著干細胞研究的不斷深入，不同的結(jié)果或不同的觀點逐漸顯露出來，有些甚至是針鋒相對的看法。1/7/202439兩個有爭議的問題：①成體干細胞的可塑性（plasticity）②干細胞治療的現(xiàn)狀和前景一、成體干細胞的可塑性1/7/202440上世紀90年代后期，Nature，Science等雜志報道，臟器中特異性的祖細胞（progenitor）和干細胞可發(fā)生跨系和跨胚層的轉(zhuǎn)分化或橫向分化（transdifferentiation），1/7/2024411/7/202442間胚層組織類型干細胞轉(zhuǎn)分化為同胚層另一組織類型細胞間胚層組織類型干細胞轉(zhuǎn)分化為內(nèi)胚層組織類型細胞間胚層組織類型干細胞轉(zhuǎn)分化為外胚層組織類型細胞由此認為，成體干細胞有較大的可塑性。血細胞肌細胞血細胞肝細胞血細胞腦細胞研究還表明，骨髓來源的干細胞在特定環(huán)境中可向肝臟、胰腺、肌肉及神經(jīng)細胞分化；肌肉、神經(jīng)干細胞也可向造血細胞分化。1/7/202443造血干細胞（hematopoieticstemcell,HSC）既可分化為成熟的造血細胞，也可分化為成熟的皮膚表皮細胞、肺和胃腸道細胞。

——Krause.Cell.2001,105:369-3771/7/202444但是，不少學者對干細胞跨系、跨胚層的分化提出了質(zhì)疑，甚至完全否定。Orkin將成體干細胞轉(zhuǎn)分化實驗稱之為“干細胞煉金術(shù)”（stemcellalchemy），認為我們所面臨的許多生物現(xiàn)象尚難以解釋，更多的是“像是”而非真實（moreapparentthanreal）。

——OrkinSH.Nat.Med.2000,6:1212-12131/7/202445①“跨胚層干細胞”是否就是典型的組織特異的干細胞？②這些細胞的發(fā)育分化潛能是否接近于胚胎干細胞的一些亞群的干細胞？③成體干細胞在體外培養(yǎng)過程中因環(huán)境因素的改變可能會表現(xiàn)出一定的可塑性，但在體內(nèi)是否也能同樣的特性？1/7/202446問題：——Chaudry.BioTeach.推斷：可能有一些較為原始的、有多種分化潛能的干細胞存留于許多組織中，與更具有組織特性的干細胞并存，而這些細胞正是成體組織內(nèi)嚴格譜系干細胞的基礎，或是在發(fā)育過程中移至此處的一種有多種分化潛能和完全“獨立歷史”的細胞。

——Weissman.Cell.2000,100:157-1681/7/202447證實或推斷：在成體組織中仍然殘留胚胎發(fā)育過程中各胚層定向和組織定向的各類干細胞。在胚胎發(fā)育的各個階段，有少部分干細胞中止參與胚胎發(fā)育，并轉(zhuǎn)入G0期。這些細胞既不增殖又不分化，仍然保持干細胞的基本特性。1/7/202448出生后隨年齡的增長，體內(nèi)組織中保留的各類成體干細胞基本特征不變。但是，在體外一定細胞因子誘導刺激下，它可以從G0靜止期轉(zhuǎn)入細胞周期而增殖，并分化為某種組織定向細胞。1/7/2024491/7/202450G2-0G2SG1G0M23終末細胞前中后末細胞周期示意圖組織干細胞分化的可塑性是很有限的，它只能沿著本組織各支系縱向分化（如造血干細胞的多向分化，僅限于髓系和淋巴系的造血細胞各支系的縱向分化），不能跨越本組織定向的限制，更不能突破胚層的界限。在生物界或人類醫(yī)學史上也從未出現(xiàn)過因橫向分化所至的疾病或怪胎。1/7/202451跨胚層轉(zhuǎn)分化可能的原因是：骨髓中成體干細胞不僅包括造血干細胞，間質(zhì)干細胞，而且還有其他各胚層來源的干細胞及其分化的后代，即各類非造血組織的干細胞，如神經(jīng)干細胞、肝臟干細胞等。1/7/202452所謂成體干細胞多向分化的可塑性，其實是胚胎發(fā)育期存留于造血組織等部位的各胚層干細胞的自然屬性，如肌肉勻漿中不僅含有肌細胞，脂肪組織中不僅含有脂肪細胞，其中還有各種成體干細胞，它們的分化過程并沒有跨越組織定向的限制。1/7/202453對于轉(zhuǎn)分化的不同看法，其根本原因是至今尚無可能用絕對純化的正常組織干細胞克隆來證明組織定向干細胞可向非自身組織的方向分化。1/7/202454二、干細胞治療的現(xiàn)狀和前景1/7/2024551999年，Science雜志編者Bloom：“干細胞給人類提供了極大的可能性：用干細胞修復病損的臟器和細胞缺損”，他還說“最終可能用干細胞制成像腎、肝這樣復雜的器官”。1/7/202456源于胚胎干細胞的細胞已能或可能治療許多疾病1/7/202457神經(jīng)細胞心肌細胞B型胰島細胞軟骨細胞白細胞皮膚細胞肝細胞骨細胞視細胞骨骼肌細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)不良治療成體干細胞中，造血干細胞（包括骨髓、臍血和外周血中的干細胞）已用于治療重度白血病和某些遺傳性血液病。1/7/202458①可經(jīng)誘導向軟骨細胞分化，并能分泌特異性Ⅱ型膠原基質(zhì)，因此可望成為工程化軟骨的種子細胞；②分化為肌細胞，可能成為肌萎縮、肌營養(yǎng)不良時促進肌組織再生的靶細胞；1/7/202459骨髓間充質(zhì)干細胞（mesenchymalstemcell,MSC）：③與基因治療結(jié)合，可強化治療效果，對某些基因突變所致的遺傳性疾病；④可分離其自體的間充質(zhì)干細胞，體外進行改造，敲除突變基因，導入正?；颍缓笾匦螺斎塍w內(nèi)，既糾正了遺傳缺陷，又避免發(fā)生移植反應。1/7/202460梗死的心臟注入富含鼠的骨髓干細胞后，40%的心肌層得到恢復。

——Olic.Nature.2001,410:701-705用人的骨髓來源的成骨干細胞使心肌梗死鼠30%～40%的心功能得到改善。

——Kocher.NatMed.2001,7:430-4361/7/202461心臟有相當數(shù)量的干細胞，這些細胞可分化為心肌細胞，病理組織學觀察顯示，有0.015%的心肌細胞處于有絲分裂期，心肌梗死時為0.08%?！?/p>

Anversa.Nature.2002,415:240-243

1/7/202462在性別不匹配的心臟移植中可見受者循環(huán)中的干細胞能移居并定位于移植的心臟，生成新的心肌纖維。

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Quain.NEngl.J.Med,2001,344(23):1750-17571/7/202463新近的研究表明，成體非心臟來源的干細胞，如骨髓、腦、骨骼肌、脂肪組織、肝臟和外周血干細胞，通過自然遷移或?qū)嶒炛踩胄呐K均可分化為心肌細胞，提示成體干細胞可成為心肌梗死后再生的心肌細胞，目前已很快進入臨床研究。1/7/202464成體干細胞及其子代細胞移植或動員腦組織內(nèi)的干細胞治療神經(jīng)退行性疾病已獲初步成效。動物實驗證實移植的神經(jīng)元可替代修復已損壞的神經(jīng)通路。