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鹊芷县夏
7 years ago
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1 生命科学导论 -- 生物技术与生命科学克隆与干细胞郭雨刚博士 Tel: (O) 安徽省重组蛋白质药物工程技术研究中心 1

2 2012 Nobel Prize in Physiology or Medicine for cloning and stem cell for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent John Gurdon Shinya Yamanaka 2

3 Reprogramm Clone ( 核转移 ) ips ( 遗传操作 ) 核转移和遗传操作实现体细胞重编程的理念, 是 2012 年诺奖获得者 John Gurdon 和 Shinya Yamanaka 获奖的重要原因

4 STAP 重编程过程 : 既不需要核转移, 也不需要遗传操作小保方晴子于 1 月 29 号的自然 (Nature) 杂志上在线发表一篇研究论文 (research article) 和一篇短研究工作报告 (letter) 之时她宣称找到了一种生成刺激触发多能性获得细胞 ( stimulus-triggered acquisition of pluripotency,stap) 的方法这一方法的作用原理是 : 将成熟细胞短暂地放置于酸性溶液中, 然后再调整培养条件 ( 延伸阅读 :Nature 头条 : 重大突破细胞重编程新技术 ) 因这一出人意料的突破性成果, 这位年仅 30 岁的女性在日本受到了人们的热捧但不久之后即有人称发现篡改的图像以及剽窃, 到目前为止还没有任何人报告重复第一个步骤构建出 STAP 细胞这两篇 Nature 论文也已撤回 8 月, 小保方晴子的导师笹井芳树自杀身亡

5 内容 1 基本理论知识 - 克隆 2 基本理论知识 - 干细胞 3 社会热点问题观察 5

6 1 基本理论知识 - 克隆 6

7 克隆 (Clone) 科学家把人工遗传操作动物无性繁殖的过程叫克隆, 这门生物技术叫克隆技术 7

8 克隆发展史 1938 年汉斯斯皮曼建议用成年的细胞核植入卵子的办法进行哺乳动物克隆 ( 提出设想, 提出动物细胞的全能性 ) 1962 年约翰格登宣布他用一个成年细胞克隆出一只蝌蚪 ( 爪蟾 ), 从而引发了关于克隆的第一轮辩论 1984 年斯蒂恩威拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊, 这是第一例得到证实的克隆哺乳动物并首次提出了成熟的动物克隆路线, 即电融合辅助的核移植方法 1995 年第一个用成年哺乳动物细胞克隆出的个体 ---- 克隆羊多利出世了 2000 年美国科学家用无性繁殖技术成功地克隆出一只猴子 " 泰特拉 ", 这意味着克隆人本身已没有技术障碍 2001 年美意科学家联手展开克隆人的工作 ( 扎沃斯等 ) 2007 年美国科学家赞贾尼教授培育人羊嵌合体产生目前已经超过 15 种体细胞克隆动物出生 1998 年 1 月, 美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体, 成功克隆出猪牛羊鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎, 这一研究结果表明, 某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合虽然这些胚胎都流产了, 但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试 8

9 9

10 Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT) 体细胞核转移 Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature 385: 810,Wilmut et al. 10

11 Somatic cell nuclear transfer 11

12 人兽嵌合体 12

13 人兽嵌合体美国科学家培育出了含 15% 人体细胞的绵羊人兽混血儿最终目的培育移植用人体器官, 人羊嵌合体没有出现细胞融合, 即没有出现人们担心的人兽混血儿 13

14 英国农民培育出六腿羊已取健康证明 2014 年愚人节每日镜报发布的一则愚人笑话

15 克隆动物的问题克隆动物身上发现的基因缺陷免疫缺陷过度肥胖端粒长短和早衰等从动物克隆的实验来看, 克隆物种的成活率很低在多莉羊的克隆实验中, 277 个胚胎融合仅仅成活了多莉一个, 成功率只有 0.36%, 许多有幸降生的克隆小羊, 有很多很快死于心脏异常尿毒症或呼吸困难 15

16 克隆技术的应用 reproductive cloning therapeutic cloning 16

17 克隆技术的应用 17

18 克隆人布里吉特 - 布瓦瑟利耶 2002 年 Clonaid 公司负责人布里吉特 - 布瓦瑟利耶 ( Raelians 宗教组织的主教 ) 在美国迈阿密宣布第一个克隆婴儿已经诞生了视频 : 克隆人的诞生 18

19 克隆研究的伦理学公认的国际规范 1. 坚决反对克隆人 ( 生殖性克隆和治疗性克隆 ); 2. 不能将人的精原细胞与动物杂交 ; 3. 对用于实验的胚胎干细胞来源要进行限制并作出具体规定 ;

20 与克隆人相关的科幻作品科幻小说里有三种人机器人外星人和克隆人 1. 美丽的新世界, 巴西男孩, 银河迷航记 4. 人的复制 5. 克隆人 6. 星球大战星级迷航 7. 逃出克隆岛 8. 月球人兽杂交普罗米修斯 9. 遗落战境新世界 20

21 关于克隆人的争论 1. 不让我们克隆人, 就是不让我们修正我们的错误, 人类历史难道能够这样构造吗? 纽约时报书评 2. 当然应该克隆人, 如果谁第一个掌握了这个技术, 他就是我真正的也是唯一的竞争对手比尔盖茨 3. 克隆人绝对是科学上了不起的进步, 克隆技术必将创造 21 世纪的辉煌麻省理工学院生命工程教授约翰布洛克 4. 人体商业化是人类经济活动中无与伦比的成就, 毫无疑问, 克隆技术的出现将为世人创造一个最为广泛和深远的市场英国经济学家杂志 5. 克隆还可以挽救濒危动物育种治疗生育性别的合理平衡保护少数民族遗传基因 ; 1. 克隆技术现在还不成熟, 克隆人可能有很多先天性生理缺陷 2. 克隆人的身份难以认定, 他们与被克隆者之间的关系无法纳入现有的伦理体系是否可以成为商品? 3. 克隆技术有可能被滥用, 成为恐怖分子的工具 4. 从生物多样性上来说, 大量基因结构完全相同的克隆人, 可能诱发新型疾病的广泛传播, 对人类的生存不利 21

22 2 基本理论知识 - 干细胞 22

23 干细胞 (stem cell) 未分化细胞自我更新 (self-renew) 无限增殖体外长期培养多向分化潜能 (multipotential) 23

24 干细胞 (stem cell) 24

25 干细胞 (stem cell) 25

26 干细胞 (stem cell) 1. 干细胞的形态和生化特征 : 形态 : 圆形或卵圆形, 核质比相对较大各种细胞器不够发达, 增殖力强等 ; 有的干细胞具有固定的组织位置生化 : 蛋白标志分子端粒酶活性等与其所存在的组织类型密切相关, 常被用于鉴定干细胞在组织中存在和评价其分化程度的标志 2. 独特的增殖特性是干细胞的根本特性干细胞增殖的缓慢性 : 产生过渡放大细胞 ; 干细胞增殖系统的自稳定性 ; 3. 具有多向分化能力是干细胞的本质特点 4. 干细胞增殖与分化受到微环境的精密调控 26

27 干细胞 (stem cell) 干细胞增殖的缓慢性定义 : 当干细胞进入分化程序后, 首先经过一个短暂的增殖期, 产生过渡放大细胞过渡放大细胞经若干次分裂后, 生成分化细胞生物学意义 : 在于可以通过较少次数的干细胞分裂, 而产生较多的分化细胞生理意义 : 有利于干细胞对特定的外界信号做出反应, 以决定是进入增殖状态还是进入特定的分化程序 ; 还可以减少基因发生突变的危险, 使干细胞有更多的时间发现和校正复制错误 27

28 干细胞 (stem cell) 干细胞增殖系统的自稳定性自稳定性 (self-maintenance) 干细胞可以在生物个体生命周期间内自我更新 (self-renewing) 并维持其自身数目恒定的特性 (A) 不对称分裂当干细胞发生分裂后, 产生一个干细胞和一个分化细胞 (B) 对称分裂当干细胞发生分裂后, 所产生的两个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞 28

29 干细胞 (stem cell) 多向分化能力干细胞的分化潜能 : 全能干多能干专能干干细胞的分化可塑性 : 干细胞在适当的条件下, 可以发生转分化和去分化的现象干细胞的转分化 : 一种组织类型的干细胞, 在适当条件下分化为另一种组织类型的细胞的现象干细胞的去分化 : 一种干细胞向其前体细胞的逆向转化 29

30 干细胞 (stem cell) 受环境精密调控 30

31 干细胞 - 根据细胞分化潜能分类 31

32 全能干细胞早期胚胎细胞全能干细胞胚胎干细胞多能干细胞多能干细胞 32

33 多能干细胞 - 造血干细胞 Common lymphoid - 淋巴 progenitor NK cell T cell B cell macrophage neutrophil Hematopoietic stem cell Common myeloid 脊髓 progenitor Gran/Mac progenitor Erythro/Plt progenitor basophil eosinophil RBC Platelet 33

34 单能干细胞 - 皮肤干细胞 34

35 干细胞 - 根据细胞来源分类胚胎干细胞成体干细胞诱导性多功能干细胞 (induced pluripotent stem cells, ips cells) 诱导性多功能干细胞最初是由 Yamanaka 将四个转录因子 (Oct4, Sox2, Klf4 和 c-myc) 的组合转入分化的体细胞中, 使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型肿瘤干细胞, 在具有无限增殖和自我更新潜能的很少一部分细胞的驱动下发生的, 这一部分恶性转化的靶细胞即是肿瘤干细胞 (cancer stem cell) 35

36 胚胎干细胞与成体干细胞

37 胚胎干细胞全能干细胞多能干细胞成体干细胞细胞的全能性 : 在多细胞生物中每个体细胞的细胞核具有个体发育的全部基因, 只要条件许可, 都可发育成完整的个体 37

39 39

40 胚胎干细胞 - 诱导分化 40

41 诱导性多能干细胞 (ips)

42 干细胞 - 诱导性多能干细胞 (ips) 重编程 (reprogramming) 将成体细胞逆向分化获得多能性细胞的过程 ips: 通过基因转染技术将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞样的多潜能细胞 42

43 How the ips Cell Lines are made DNA 甲基化方式基因表达谱染色质状态形成嵌合体动物等方面 43

44 Generation of ips Cells from MEF Cultures via 24 Factors 44

45 ips 发展历程 Induced Pluripotent Stem Cells: Past, Present, and Future OCT4 SOX2 NANOG LIN28 Oct3/4 Sox2 c-myc Klf4 Fig1 Three Scientific Streams that Led to the Development of ipscs Fig2 New Scientific Streams that Emerged from the Development of ipscs ( 图片来源 :Shinya Yamanaka, Cell Stem Cell,2012) 45 45

46 2007 年末,Thompson 实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道, 利用 ips 技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入 Oct3/4 Sox2 c-myc 和 Klf4 4 种因子组合, 而 Thompson 实验室则采用了以慢病毒载体引入 OCT4 SOX2 加 NANOG 和 LIN28 这种因子组合这些研究成果被美国科学杂志列为 2007 年十大科技突破中的第 2 位 2008 年, 哈佛大学 George Daley 实验室利用诱导细胞重新编程技术把采自 10 种不同遗传病患者病人的皮肤细胞转变为 ips, 这些细胞将会在建立疾病模型药物筛选等方面发挥重要作用美国科学家还发现,iPS 可在适当诱导条件下定向分化, 如变成血细胞, 再用于治疗疾病哈佛大学另一家实验室则发现利用病毒将 3 种在细胞发育过程中起重要作用的转录因子引入小鼠胰腺外分泌细胞, 可以直接使其转变成与干细胞极为相似的细胞, 并且可以分泌胰岛素有效降低血糖这表明利用诱导重新编程技术可以直接获得某一特定组织细胞, 而不必先经过诱导多能干细胞这一步 46

47 中国的 ips 研究 2009 年, 中国科学家于 2008 年 11 月利用 ips 细胞培育出小鼠小小中国科学院动物研究所周琪研究员利用 ips 细胞能够得到成活的具有繁殖能力的小鼠, 从而在世界上第一次证明了 ips 细胞与胚胎干细胞具有相似的多能性 47

48 ips 优点与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同,iPS 技术不使用胚胎细胞或卵细胞, 因此没有伦理学的问题利用 ips 技术可以用病人自己的体细胞制备专用的干细胞, 所以不会有免疫排斥的问题 48

49 ipsc 的免疫原性, 争议还将持续提出设想 : 2006 年, 出现 ips 技术, 可将成体细胞逆转至干细胞样状态, 为培育定制组织提供了一种有前景的方法, 且避开了获取人类胚胎干细胞 (ESCs) 的伦理学难题由于 ipscs 来自患者自身组织, 将它们移植回相同个体, 应该有可能不会引发免疫反应提出异议 : 2011 年, 来自加州大学圣地亚哥分校的徐洋 (Yang Xu) 教授却驳斥了这一假设他的研究小组利用一种小鼠皮肤细胞生成了 ipscs, 将其移植到基因相同的小鼠体内以这种方式移植的 ESCs 形成了畸胎瘤, 证实其确实具有多能性但徐洋的 ipscs 却无法形成畸胎瘤, 因为它们受到了小鼠白细胞的攻击, 遭到了排斥表示支持 : 2013 年, 来自日本的科学家们利用重编程小鼠干细胞生成了皮肤和骨髓, 并将它们移植到基因相同的小鼠体内, 证实不会引发强烈的免疫反应这些发表在 1 月 9 日自然 (Nature) 杂志上的研究结果, 应该可以让那些指望利用诱导多能干细胞 (ipscs) 来治疗疾病的研究人员消除疑虑资料来源 : 49

50 ipsc 的免疫原性, 争议还将持续日本的研究小组用更多的 ipscs 和 ESCs 细胞系重复了相同的实验, 证实当移植到基因相同的小鼠体内时, 两者同样能够形成畸胎瘤, 并没有免疫排斥迹象 Abe 还认为, 将焦点放在畸胎瘤上是一种完全错误的做法鉴于畸胎瘤是一类肿瘤, 它们会引发免疫反应, 这并不令人感到惊讶, 他说并且它们也与临床无关在临床应用中, 移植前 ipscs 会首先被转化成其他的细胞类型 Abe 认为评估那些分化细胞更为重要 Abe 的研究小组将 ipscs 或 ESCs 与小鼠胚胎相融合, 随后小鼠胚胎发育形成了包含各种细胞类型的嵌合子小鼠然后, 它们将来自这些动物的皮肤移植到基因相同的小鼠身上来自两组的移植物在 2 个月后仍然如前, 表明 ipscs 和 ESCs 一样, 触发的免疫反应极其微小骨髓移植物显示出同样的情形不论是来自 ipscs 或是 ESCs, 它们同样能很好地存活, 让遭受致命辐射的小鼠的骨髓获得重建徐洋认为生成嵌合子小鼠是有缺陷的早在将 ipscs 移植到其他小鼠体内之前, 嵌合子小鼠的免疫系统就已经对来源于 ipscs 的问题细胞产生了排斥或耐受这或许可以解释为何这些移植会如此成功, 而在临床上这却并非是一种可行的方法与之相反, 人类的 ipscs 是在实验室培养物中分化为更特化的细胞 Knoepfler 认为 : 这一区别非常重要, 因为这些细胞有可能是因为在实验室中培养而具有较高的内在免疫原性 50

51 ips 缺点比如, 添加 4 个重新编程基因或取代疾病细胞中有缺陷基因的方法都可能有导致癌症的副作用 Better Understanding Cancer and Induced Pluripotent Stem Cells Through Their Similarities 51

52 ips 应用举例 52

53 Nature: 诺奖之后, 重大突破细胞重编程技术山中伸弥利用病毒插入 4 个基因诱导 ips 需要 4 周的时间 ; 无法协调细胞之间时间同步 ; 并且最终实际上只有不到 1% 的处理细胞变成了干细胞此前由于安全原因, 重编程细胞没有被用于患者且这一过程只有大约 0.1% 较低成功率研究人员证实, 从成体细胞中除去 MBD3 可提高效率, 加速这一过程达几个数量级 (100%) 生成干细胞所需的时间从 4 周缩短至 8 天一个额外的收获是, 由于细胞同时经历重编程, 科学家们现在能够第一次逐步对其进行追踪, 揭示它的运作机制北京大学邓宏魁教授 Science 突破性重编程技术自 2006 年首次报道创造出诱导多能干细胞 (ips) 以来, 研究人员一直在致力于实现这一目标以往, 他们曾设法利用小分子化合物来减少所需的基因数量, 但总是无法避开一个基因 :Oct4 现在, 在发表于 Science 杂志上的一篇新研究论文中, 北京大学的研究人员报道称仅利用化合物就可成功构建出 ips 细胞, 他们将之命名为 CiPS 细胞

54 此前无法生成超过 8 细胞阶段的人类胚胎干细胞请看视频报道

55 肿瘤干细胞

56 肿瘤干细胞肿瘤干细胞的定义 : 是存在于肿瘤组织中的一小部分具有干细胞性质的细胞群体, 它具有自我更新的能力, 是形成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩大的源泉肿瘤发生的干细胞学说 : 干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的原始细胞, 恶性肿瘤进行性生长转移和复发的特点与干细胞的基本特性十分相似, 推测肿瘤是干细胞分化增殖失调而产生的异常组织 56

57 肿瘤干细胞肿瘤的起源传统观点新观点基因突变理论肿瘤干细胞理论 Tannishtha, Sean JM, Michael FC,et al. Nature,2001,414:105 57

58 肿瘤干细胞干细胞存在的证据 1967 年 - 人白血病细胞 - 动物体内 -1%-4% 的细胞形成脾集落 - 白血病干细胞 (Leukemia stem cell, LSC)- 在体内不能评估这群细胞形成肿瘤的能力, 研究停滞 -20 世纪 90 年代用小鼠 (SCID) 证实了这一假设实体瘤干细胞难以分离主要的原因有二 : 一是在肿瘤组织制成单细胞悬液的过程中, 蛋白水解酶对细胞表面抗原的破坏, 会影响干细胞的鉴别 ; 二是许多实体组织自身的干细胞表面标志物尚未确定 58

59 肿瘤干细胞干细胞存在的证据传统的肿瘤干细胞理论主要是基于 NOD/SCID mice 的实验, 就是把一定数量的肿瘤细胞打到这些免疫缺陷的老鼠里, 看看长出了多少个独立的肿瘤, 进而统计出有多少细胞能够致瘤, 结论是能够致瘤的癌细胞数量占总细胞数的极少部分, 进而支持了肿瘤干细胞理论但 NOD/SCID mice 模型有个严重的缺点, 就是残留的 NK 细胞活性, NOD/SCID IL2Rγnull, 没有 NK 细胞活性的新老鼠模型里, 肿瘤干细胞一下子多了 250,000 倍! 换句话说, 就是打 100 个 melonoma 细胞到这种老鼠模型里, 有 25 个细胞能形成肿瘤 ; 而如果打单一 melanoma 细胞到老鼠里, 那么会有 27% 的老鼠产生肿瘤 2012 年 8 月 3 日, 自然和科学杂志相继刊发 3 篇研究文章称, 用遗传细胞标记技术成功追踪到癌症干细胞踪迹科学家相信精确地消灭它, 或可防止癌症复发这一研究成果为癌症干细胞的存在增加了新证据 59

60 肿瘤干细胞干细胞存在的证据 ====================================================== Tumor type Surface antigens Year reported Reference Acute Myeloid leukemic CD34+/CD Bonnet D, 1997 Brain tumor CD Singh SK, 2003 Breast cancer CD44+/CD Al-Hajj M, 2003 Multiple Myeloma CD Matsui W, 2004 Colon cancer CD O'Brien CA, 2007 Liver cancer CD Ma S, 2007 Pancreatic cancer CD44+/CD Li C, 2007 Lung cancer CD Eramo A, 2008 Ovary cancer CD44+/CD Zhang S, 2008 Prostate cancer CD133+/CD Maitland NJ, 2008 Melanoma CD4+/CD25+/FoxP Schatton T, 2008 Gastric cancer CD Takaishi S, 肿瘤干细胞表面标记物 Hui H et al: Stem Cells: General Features and Characteristics,

61 How Do Cancer Stem Cells Arise? 61

62 肿瘤干细胞肿瘤干细胞的特点自我更新分化潜能高致瘤性 : 主要从两个方面进行评价 : 1. 癌干细胞的体外克隆形成 (clonogenicity) 能力, 即源自原发性肿瘤组织或肿瘤细胞系的癌干细胞在软琼脂 (soft agar) 或基底膜类似物 (matrigel) 上形成克隆数及其大小 2. 癌干细胞在免疫缺陷动物体内的肿瘤形成 (tumorigenicity) 能力, 即将分选的相同数量的癌干细胞和非干细胞分别原位或异位接种免疫缺陷动物, 观察其在相同时间内成瘤情况 ( 统计成瘤动物数, 比较形成肿瘤的大小等 ) 耐药性具有与非致瘤细胞不同的表面标志 ( 所占比例少 ) 62

63 1. 不对称分裂即一个肿瘤干细胞分裂产生的两个子代细胞中, 一个总是进一步分化成肿瘤细胞群, 另一个总是肿瘤干细胞, 以维持干细胞的数量不变 2. 对称分裂肿瘤干细胞肿瘤干细胞分裂方式即一个肿瘤干细胞分裂成两个相同的子代细胞, 然后随机决定其中一个仍为肿瘤干细胞, 而另一个继续分化成为肿瘤细胞群 63

64 肿瘤干细胞肿瘤干细胞的耐药性 ABC transporter Candace A. Gilbert and Alonzo H. Ross:Targets for New Combination Therapies In Cancer Stem Cells Theories and Practice,

65 肿瘤干细胞治疗 A Candace A. Gilbert and Alonzo H. Ross:Targets for New Combination Therapies In Cancer Stem Cells Theories and Practice, 2011

66 肿瘤干细胞肿瘤干细胞理论提出的意义为肿瘤的治疗和发病机制的研究提供了新的视野 : 1. 正常干细胞和其它细胞突变后成为肿瘤干细胞, 导致肿瘤的发生 ; 2. 根治肿瘤 : 即要靶向性清除肿瘤干细胞, 又不影响正常干细胞的存活 ; 3. 干细胞修复组织和器官时警惕干细胞突变 ; 66

67 Currently Available Methods to Generate Pluripotent Stem Cells 基因蛋白化合物理论上证明了女儿国存在的可行性单性繁殖则是未受精的卵子最终发育成胚胎 67

68 干细胞的应用前景用于药物开发用于基因发育用于器官移植用于疾病机理研究 68

69 干细胞的应用前景 Keller G Genes Dev. 2005;19: by Cold Spring Harbor Laboratory Press 69

70 胚胎干细胞研究的伦理学 2001 年, 美国总统布什禁止一切包含人类胚胎的克隆研究 ( 共和 - 保守 ); 2009 年, 美国总统奥巴马通过行政命令, 允许治疗性克隆的研究 ( 民主 - 开明 ); 70

71 3 热点问题观察 71

72 3.1 黄禹锡事件 1987 年, 开始克隆研究 ; 1999 年, 克隆牛 ; 2002 年, 克隆猪 ; 2003 年, 培育出抗疯牛病牛 ; 2004 年, 克隆出人类胚胎干细胞 ; 2005 年, 克隆出病人胚胎干细胞 ; 黄禹锡韩国最高科学家民族英雄 2005 年, 克隆狗斯纳皮 ; 2008 年, 克隆藏獒 2011 年, 异种克隆出郊狼 Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst Science 303:1669 Patient-specific embryonic stem cells derived from human SCNT blastocysts Science 308:

73 3.1 黄禹锡事件 2005 年 11 月 12 日, 夏腾突然指控黄禹锡在获取干细胞方面存在伦理学问题 2005 年 11 月 24 日, 黄禹锡因其主导的科研团队使用本队女研究员的卵细胞从事研究, 并发生了与细胞获得有关的费用, 黯然宣布辞去首尔大学的一切公职 Gerald Schatten 716 个克隆猴卵全部失败,2004 年加入黄禹锡团队, 要求其 4 万美元酬劳费, 并要求黄禹锡再给他 20 万美元的研究经费, 而且希望这笔经费每年都能更新 2005 年 12 月 18 日, 首尔大学介入调查, 有关人体干细胞的研究论文部分造假事实成立 2007 年哈佛大学的乔治达利教授, 黄禹锡博士建立的人类疾病基因胚胎干细胞株, 已被确认这些细胞株的建立方法是不含外源性基因污染的单性繁殖胚胎干细胞, 是历史性的创举传统的 SCNT 胚胎干细胞克隆, 成功率仅为 3% ~5%, 而胚胎干细胞的单性繁殖成功率高达 20 %, 73

74 3.1 黄禹锡事件黄氏干细胞是不含外源性基因污染的单性繁殖胚胎干细胞为实现糖尿病, 帕金森氏病, 早老性痴呆综合症和脊椎神经损伤等等细胞治疗目标, 大大迈进了一步然而这一切却因伦理和造假而未被发现研究小组在运用基因追踪技术分析后发现, 单性繁殖方式培育出的干细胞脱氧核糖核酸 (DNA) 中存有特殊记号, 这种记号在黄禹锡培育的干细胞实验中也能找到, 由此可以确定, 黄禹锡曾在无意中采用单性繁殖手段培育出了干细胞此前, 科学家一直希望利用单性繁殖培育干细胞, 但基本未获成功单性繁殖则是未受精的卵子最终发育成胚胎 74

75 3.1 黄禹锡事件克隆 SCNT 遥遥领先! 单性繁殖失之交臂! 黄禹锡胚胎干细胞学术史上最具有戏剧性的造假案之一! 举报者 Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst Science 303:1669 Patient-specific embryonic stem cells derived from human SCNT blastocysts Science 308:1777

76 3.1 黄禹锡事件 2009 年 10 月 26 日, 韩国法院当天进行了长达 100 分钟的宣判判决称, 黄禹锡不仅非法利用人体卵子, 还以做假账等手段骗取冒领经费达 8.3 亿韩元 (1 美元约合 1180 韩元 ), 犯罪性质严重法院同时认定, 黄禹锡此前在美国科学杂志上发表的有关人体干细胞的研究论文部分造假事实成立但法院考虑到黄禹锡本人在科研领域的贡献等几方面因素, 决定对其处以缓刑最终韩国首尔中央地方法院对历时 3 年多的黄禹锡案作出一审判决, 以侵吞政府研究经费和非法买卖卵子罪, 判处黄禹锡有期徒刑 2 年, 缓期 3 年执行 ; 并取消黄禹锡进行人类胚胎干细胞研究的资格 ; 在 2006 年 8 月 18 日, 黄禹锡就已经开始商业行动他重新设立研究机构 ( 私人投资 25 亿韩元 ), 开展动物克隆研究在首尔南部的生物研究设施, 共集聚了 30 多名以前实验室的工作人员 ;2006 年年 6 月,SCI 论文 27 篇无锡博雅干细胞集团视频 : 胚胎干细胞克隆 76

77 3.1 黄禹锡事件果壳网 :

78 3.2 小保方晴子事件 1. 论文有木有造假 Paul 在他 2 月 18 日的博文里, 指出小保方工作里十大最奇怪问题其中问题 9 里, 他发现小保方等人在 2011 年的论文里有多处明显的数据重用, 那么这两篇论文是不是也存在造假的嫌疑? 2. 这玩意儿是不是真的如 Nature 评论里忽悠的那样 easy? 这方法看起来就像是给细胞洗个澡就能重编程出多能细胞, 真有那么简单? 大家能重复的出来吗? 小保方晴子 : 美女科学家到底有没有造假?

79 然后 3 月 14 日,RIKEN 的初步调查报告出来了, 证明晴子的实验方法和结论都存在致命错误, 但不能肯定是蓄意造假 4 月 1 日 RIKEN 的最终报告发布, 认为晴子是蓄意造假, 篡改实验数据, 实验记录混乱且不全, 根本无法证明其实验结果

81 果壳网 :

82 3.3 干细胞治疗细胞治疗是指将正常或遗传改造过的人体细胞直接移植或输入患者体内, 以达到替代受损细胞治疗疾病的目的利用干细胞及其分化细胞进行细胞治疗是干细胞临床应用的重要研究方向胚胎干细胞和成体干细胞都能用于细胞治疗, 但目前只有少数成体干细胞在细胞治疗上己开始取得临床疗效, 大多数的干细胞治疗还在实验阶段 82

83 3.2 干细胞治疗 83

84 4699 studies found for: stem cell 461 studies found for: ips

85 美国 FDA 两例, 韩国 KFDA 三例, 欧洲 EMA 澳洲 TGA 加拿大 Health Canada 各一例, 这些产品主要为干细胞产品而非药品, 韩国的三例和加拿大批复的 Prochymal 为干细胞药物资料来源 : 85

86 生物谷 :

87 科学网 :

88 国内外干细胞下游产业的差距早在 2004 年 12 月, 我国第一个干细胞创新药物中国医学科学院基础医学研究所研发申报的骨髓原始间充质干细胞, 就拿到了 CFDA 颁发的一期临床试验批件 2006 年 4 月, 该药物获二期临床试验批件在国家临床药理基地完成安全性有效性研究后, 该药物于 2008 年 9 月向 CFDA 提交了三期临床试验申报材料, 到目前还没有下文除年有另外两个干细胞药物拿到临床试验批件之外,8 年来国内申报的其它干细胞药物都没有获得临床批件目前国内获批上市的干细胞药物仍为零 2015 年 4 月, 中源协和子公司和泽生物在食药监总局申报的治疗用生物制品新药 -- 脐带间充质干细胞抗肝纤维化注射液获批临床试验生物谷 :

90 干细胞治疗中的难点异体移植的免疫排斥反应解决途径 : 自身体细胞核移植 ( 治疗性克隆 ) 成瘤性的危险干细胞基因改造采用自身干细胞胚胎干细胞植入动物体内会形成畸胎瘤, 如何防止干细胞移植后可能因分化不彻底形成肿瘤, 是必须解决的问题解决途径 : 完善定向诱导分化方法改进筛选纯化技术视频 : 干细胞治疗 90

91 干细胞治疗 - 组织工程人体器官匮乏异体移植免疫排斥问题严重还记得之前提到的人兽嵌合体吗? 91

92 EpiBone: 这家公司一年能减少 90 万例手术 EpiBone 利用干细胞和一种特殊类型的培养皿, 生长出了耐用的活体骨头但前方的道路将是非常具有挑战性的到目前为止, 在实验室中生长的骨骼只有少量在动物体内中进行了测试, 这种骨头对人体长期影响的一些全面性研究还有待完成来源 :

93 试验一 : 神经干细胞移植治疗脊髓损伤试验二 :1 型糖尿病干细胞疗法的临床试验试验三 : 新型单抗以癌症干细胞为靶标治疗白血病

95 干细胞治疗 - 中国现状干细胞美容 : 世界在试验, 中国已疯狂 95

96 干细胞治疗 - 中国现状 1. 治青光眼 : 人体实验未有影 2. 治糖尿病 : 尚处研究阶段 3. 治神经系统病 : 未有确切疗效 4. 治疗脊椎损伤 : 正在试验中卫生部发文整顿干细胞临床研究和应用项目, 叫停未经卫生部和国家食品药品监督管理局批准的干细胞临床研究和应用干细胞治疗前景美妙, 但目前唯一获批的治疗项目只有造血干细胞移植治疗 96

97 2014 年美国盖伦奖 (Prix Galien USA Award)

98 本章小结 1. 克隆和干细胞的基本概念 ; 2. 克隆和干细胞的应用前景和现状 ; 相关视频链接 : 1. 克隆人 2. 人胚胎干细胞克隆 3. 干细胞治疗

99 作业题目 : 你认为未来社会至少需要具备哪些条件, 才能使克隆人研究, 甚至克隆人商业化被人们普遍接受? 简述原因, 字数不限提交方式 : 发送至 :ustcbiot@ustc.edu.cn 截止时间 :

100 生命科学导论 -- 生物技术与生命科学 Thank you! 100

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幻灯片 1 生命科学导论 -- 生物技术与生命科学干细胞治疗 2018-11-19 方芳 Tel: 0551-63600536(O) Email: gmp@ustc.edu.cn 安徽省重组蛋白质药物工程技术研究中心 1 心脏干细胞疗法第一人 Piero Anversa 2 3 内容 1 干细胞基本理论知识 2 干细胞研究发展史 3 干细胞治疗应用 4 1 基本理论知识 - 干细胞 5 6 干细胞 (stem