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锵跻葛
5 years ago
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1 改变生活的生物技术会七十二变的细胞 - 干细胞 1

2 超人的遗憾与梦想超人具有超能力, 刀枪不入, 超级力量, 超高, 超级听力等 Christopher Reeve 是第一代超人扮演者因马术比赛意外导致脊椎受损, 全身瘫痪, 后致力于推动干细胞研究 2004 年 10 月 9 日时, 里夫因为心肌梗塞陷入昏迷, 并于隔日逝世, 享年 52 岁 2

3 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 3

4 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 4

5 什么是干细胞? 干细胞 (stem cells) 是一类具有自我复制能力 (self-renewing) 的多潜能细胞. 干细胞在一定条件下, 它可以分化成多种功能细胞, 它是形成哺乳类动物各组织器官的原始起源细胞视频 1 5

6 干细胞的分化细胞不断分裂趋于专门化的现象被称为分化正常情况下, 一旦细胞分化为有专门功能的细胞, 就不再具有形成其他功能细胞的能力 6

7 细胞分化后不能复原 1942 C.H. Waddington 细胞分化后不能复原的现象好比是从山顶滚向谷底的球 7

8 干细胞的特征染色体端粒生化特征 : 具有高端粒酶活性人类细胞每分裂一次, 染色体末端的端粒短一截端粒酶负责合成端粒 DNA 序列, 从而来维持端粒的长度形态特征 : 圆形或椭圆形, 核质比大增殖特征 : 增殖缓慢且稳定 ( 与肿瘤细胞的本质区别 ) 分化特征 : 具有分化潜能 ( 金标准 ) 8

9 干细胞研究发展简史 1908 年, 俄国组织学家 Alexander Maksimov 提出了干细胞的概念, 他认为血液中所有的组分都来源造血干细胞 1963 年, 加拿大科学家 Joseph Altman 和 Gopal Das 发现在小鼠骨髓中存在自我更新的细胞, 证明了干细胞的存在 1978 年, 在人类脐带血中发现了造血干细胞 1981 年, 美国科学家 Gail Martin 和英国科学家 Martin Evans 建立老鼠胚胎干细胞系 1998 年, 美国科学家 James Thomson 建立人类胚胎干细胞系 9 9

10 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 10

11 干细胞种类一按发育阶段分 : 胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cell ) 成体干细胞 (Adult Stem Cell ) 二按分化潜能分 : 全能干细胞 (Totipotential Stem Cell) 多能干细胞 ( Pluripotential Stem Cell) 专能干细胞 ( Limited Potential Stem Cell) 11

12 干细胞种类一按发育阶段分 : 胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cell ) 成体干细胞 (Adult Stem Cell ) 二按分化潜能分 : 全能干细胞 (Totipotential Stem Cell) 多能干细胞 ( Pluripotential Stem Cell) 专能干细胞 ( Limited Potential Stem Cell) 12

13 胚胎干细胞 (ES 细胞 ) 来源于囊胚期的内细胞团, 是一种高度未分化细胞, 具有发育的多能性, 能分化出成体动物的所有组织和器官, 包括生殖细胞, 参与胎儿所有组织器官发育过程 ( 视频 2) 囊胚 13

14 体外小鼠 ES 细胞系的建立 Sir Martin Evans University of Cambridge 2007 Nobel prize Gail Martin UCSF 1981 年, 两组科学家在体外建立了小鼠的 ES 细胞系 Gail Martin 首先提出了 ES 细胞的概念 14

15 关键点 : 饲养细胞层提供了抗分化因子, 如 LIF,BMP 15

16 体外人 ES 细胞系的建立 1998 年,James Thomson 利用自愿捐献的, 在治疗不育症过程中多余的胚胎在体外建立了人的 ES 细胞系建立的策略与小鼠 ES 细胞系相同 James Thomson University of Wisconsin, Madison Science (1998) 282:

17 干细胞的分化在不同因子的处理下, 胚胎干细胞可以分化为除胎盘以外所有组织的细胞, 包括脂肪细胞, 神经细胞, 巨噬细胞, 平滑肌细胞, 星形胶质细胞和少突细胞 ( 视频 3) 维甲酸胰岛素, 甲状腺激素脂肪细胞维甲酸巨噬细胞集落刺激因子白介素神经细胞联丁酰基 camp, 维甲酸巨噬细胞平滑肌细胞成纤细胞生长因子成纤细胞生长因子, 成纤细胞生长因子, 表皮生长因子血小板源生长因子 17 胶质细胞和少突胶质细胞

18 干细胞种类一按发育阶段分 : 胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cell ) 成体干细胞 (Adult Stem Cell ) 二按分化潜能分 : 全能干细胞 (Totipotential Stem Cell) 多能干细胞 ( Pluripotential Stem Cell) 专能干细胞 ( Limited Potential Stem Cell) 18

19 成体干细胞成体干细胞是存在于成体动物的已分化组织中的未分化细胞, 可以自我更新, 同时在一定的条件下也可以分化, 产生各种特异的细胞类型成年动物的许多组织和器官, 比如表皮和造血系统, 具有修复和再生的能力成体干细胞在其中起着关键的作用在特定条件下, 成体干细胞按一定的程序分化, 形成新的功能细胞, 从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡 19

20 成体干细胞成体干细胞的种类 : 造血干细胞神经干细胞间充质干细胞脂肪干细胞 ( 视频 4) 20

21 干细胞种类一按发育阶段分 : 胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cell ) 成体干细胞 (Adult Stem Cell ) 二按分化潜能分 : 全能干细胞 (Totipotential Stem Cell) 多能干细胞 ( Pluripotential Stem Cell) 专能干细胞 ( Limited Potential Stem Cell) 21

22 按分化潜能分类全能干细胞具有形成完整个体的分化潜能, 受精卵分裂 3 次以内的细胞是全能的多能干细胞可以分化除了胎盘以外的绝大多数的器官, 如 ES 细胞专能干细胞已经失去了多能性, 只具备了分化成具有专门功能的细胞的能力如造血干细胞, 神经干细胞等胚胎干细胞神经干细胞 22

23 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 23

24 人类胚胎干细胞引发的伦理问题胚胎干细胞具有多能的分化潜能, 因此在临床和科研上的用途最大但是, 人类胚胎干细胞系的建立和研究会损伤或者毁坏胚胎在某些人看来, 胚胎也是生命, 因此这种做法侵犯了人权 24

25 什么时候开始算人? 胚胎发育 14 天时出现原条胚胎发育 14 天后, 神经系统出现, 意识可能出现, 因此可被视作人该定义受到多国科学家的支持中国的人胚胎干细胞研究伦理指导原则说明 : 胚胎体外培养时限不得超过 14 天胚胎干细胞诱导成的胚胎, 在培养 14 天之前不算人 25

26 各国对胚胎干细胞研究的管理规定日本澳大利亚加拿大等允许使用体外受精丢弃的受精卵获取胚胎干细胞 ; 中国韩国印度以色列新加坡允许治疗性克隆 ; 英国最宽松, 不但允许治疗性克隆, 还允许在严格管理和监控下的生殖性克隆 ; 美国 : 变化 ( 布什禁止 ; 奥巴马允许 ) 26

27 美国对于干细胞研究的态度变化 2001 年, 美国总统小布什发布政令, 限制联邦经费用于胚胎干细胞的研究 2009 年, 奥巴马上台后解除禁令 27

28 常规的胚胎干细胞制备方法从胚胎中分离提取干细胞采用 James Thomson 的方法, 但胚胎来源受到限制核移植技术制备干细胞采用与克隆羊多利相似策略, 将体细胞核移植到卵细胞中, 来制备胚胎干细胞该方法存在技术难关, 在 2013 年之前一直没有突破该方法还需要提供卵细胞技术难度和伦理问题导致发展新的胚胎干细胞制备技术非常必要! 28

29 滚到谷底的球还能回到山顶吗? 1942 C.H. Waddington 谷底的球是分化后的体细胞, 山顶的球是胚胎干细胞把滚到谷底的球推回山顶, 就可以获得胚胎干细胞! 29

30 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 30

滚到谷底的球可以回到山顶! 山中伸弥 Cell (2006) 126: 663 676.

31 滚到谷底的球可以回到山顶! 山中伸弥 Cell (2006) 126: 年 8 月 25 日, 京都大学的山中伸弥在 Cell 上发表论文, 宣布可以将小鼠的皮肤细胞, 诱导为具有多种分化潜能的干细胞这种细胞被成为诱导多能干细胞 (Induced pluripotent stem cells, ips cells) 31

32 从外科医生到胚胎干细胞学家山中伸弥和导师 Thomas Innerarity 在 Gladstone 研究所国立神户大学医学部失败的骨科实习生大阪市立大学博士 Gladstone 研究所博士后 : 从失败的胆固醇代谢研究转到干细胞研究大阪市立大学助理教授 :PAD 综合症 32

33 开启不可能的任务 Gurdon 的体细胞克隆实验 Dolly 奈良先端科学技术研究生院副教授 : 将分化的成体细胞变回多能的干细胞 Gurdon 实验和 Dolly 的提示失败的 Fbx15 33

34 完成不可能的任务 Cell (2006) 126: 京都大学副教授 Fbx15 的废物利用 24 个因子的转化, 完成不可能的任务 34

35 神奇的 4 因子经过筛减, 只需要 4 个转录因子基因, 可以获得 ips 细胞干细胞的特性是由一个基因网络来维持, 通过上调某些关键基因可以重建这个网络, 从而逆转细胞的命运 35

36 人类诱导多能干细胞的建立 James Thomson 山中伸弥 2007 年 11 月 20 日,James Thomson 和山中伸弥分别在 Science 和 Cell 上发表论文, 同时宣布找到了 4 个初始化基因, 利用人的皮肤细胞, 成功培养出诱导多能干细胞 36

神奇 4 因子在人中也奏效 Cell. 2007 Nov 30;131(5):834-5.

37 神奇 4 因子在人中也奏效 Cell Nov 30;131(5): 山中伸弥 : Oct4,Sox2,Klf4,c-Myc Thomson: Oct4,Sox2,Lin28,Nanog Science Dec 21;318(5858):

38 早期 ips 细胞技术的问题效率低体细胞重编程 ips 细胞的比例仅为 % 致癌风险病毒载体基因组插入 ;4 因子中有 2 个癌基因 38

39 更高效更安全的 ips 细胞技术用重组蛋白代替转录因子代表人物 : 丁盛, 美国加州大学旧金山分校 Gladstone 研究所研究员用化学小分子代替转录因子代表人物 : 邓宏魁, 北京大学生科院教授 39

40 小保方晴子事件小保方晴子 2014 年 1 月,RIKEN 的小保方晴子在 Nature 发表论文, 提出采用酸浴和挤压等方法简便地培育出刺激触发的多能性获得细胞, 简称 STAP 细胞 STAP 细胞产生条件简单, 不需要遗传操作, 是对 ips 细胞技术的革命性发展 40

41 小保方晴子事件笹井芳树论文确认造假 2014 年 6 月, 小保方晴子的 Nature 论文被撤销 2014 年 8 月, 小保方晴子的日方导师, 干细胞科学家笹井芳树自缢身亡 2014 年 12 月, 小保方晴子从 RIKEN 辞职 2015 年 11 月, 小保方晴子的博士学位被早稻田大学取消 41

42 ips 细胞的诺贝尔奖时刻山中伸弥 John Gurdon 山中伸弥获得了 2012 年诺贝尔生理和医学奖与其共同获奖是体细胞克隆之父 John Gurdon 他们获奖的原因是发现了成熟的细胞可以通过重编程, 被逆转为多能的细胞 42

43 ips 细胞技术是新的里程碑细胞来源方便, 操作简单使用自身细胞, 减少免疫排斥规避了胚胎干细胞研究的伦理壁垒 ips 细胞技术助推再生医学的快速发展 43

44 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类胚胎干细胞的伦理问题横空出世的 ips 细胞干细胞治疗 44

45 干细胞治疗干细胞治疗 : 利用干细胞的多能性, 以干细胞为种子, 培育出新的组织器官替换损伤的自身病变或衰老的组织器官目前唯一成熟的干细胞治疗是骨髓移植 45

46 白血病白血病, 亦称作血癌, 通常发病于骨髓, 造成不正常的白血球大量增生这些异常增加的白血球都尚未发育完成, 称之为芽细胞或白血病细胞大量增生的白血病细胞积聚并浸润其他器官和组织, 同时使正常造血受抑制正常人的血液 ( 左 ) 和白血病患者的血液 ( 右 ) 46

47 骨髓移植治疗白血病 1956 年,Fred Hutchinson 肿瘤研究所的 E. Donnall Thomas 进行了首例骨髓移植手术他向白血病患者注射新鲜的骨髓来治疗疾病骨髓中发挥治疗作用的是造血干细胞 Thomas 获得 1990 年诺贝尔生理或医学奖 E. Donnall Thomas University of Washington 1990 Nobel prize 47

48 治疗白血病的策略白血病 : 造血系统原始细胞出现恶性增生 ; 治疗白血病的方法就是将这些恶性细胞全部杀灭化疗 : 化疗不分敌我, 在杀灭癌细胞的同时也杀死了正常的造血干细胞如果这时候没有补充新的造血干细胞的话, 病人生命可能会终结骨髓移植 : 注入正常的造血干细胞, 让病人恢复造血功能干细胞来源 : 配型成功的志愿者的造血干细胞 ; 出生时储存的脐带血或胎盘中的造血干细胞 48

49 造血干细胞的采集采集造血干细胞 : 一种是从捐献者髂骨中抽取骨髓血, 第二种是外周血中采集干细胞, 目前主要采用第二种, 其流程方便, 和普通献血过程相同方法 : 注射动员剂增加外周血中干细胞数量, 数天后通过大臂采集全血, 血细胞分离机提取干细胞, 将剩余血液成份回输体内安全, 简单, 副作用小, 人体经过 1~2 周时间可以恢复正常 49

50 骨髓移植流程患者清髓 : 患者接受大剂量化疗或化疗联合全身放疗, 尽可能多杀死自身的造血干细胞, 其中包括恶性细胞, 为供者的造血干细胞准备空间移植 : 输注供者的造血干细胞, 过程类似于输液 50

51 干细胞与气管移植患者一个气管受损, 呼吸困难 2008 年, 西班牙科学家获得一位死者气管的胶原质结构随后, 从患者身上提取骨髓干细胞, 送往英国, 培养了 600 多万个作为气管壁的软骨细胞软骨细胞送往意大利, 生长在气管的胶原质结构, 用机器塑形在患者左侧主支气管上嫁接了定制的气管, 该气管不会引起排斥反应两个月后, 患者的肺部功能完全恢复这是全球首例结构干细胞培植完整器官移植 Lancet Dec 13;372(9655):

52 ips 细胞疗法治疗小鼠糖尿病人类胰岛细胞 ( 绿色 ) 在小鼠体内生长 2014 年 10 月, 美国科学家在 Cell 上报道了将 ips 或 ES 细胞转化为胰岛 β 细胞的研究转化后的细胞植入小鼠 2 周后, 可以产生了足够了胰岛素, 缓解小鼠的糖尿病症状, 这为治疗 I 型糖尿病提供了重要的方法 52

53 ips 细胞疗法治疗小鼠糖尿病 D. Melton 的一对儿女也是 I 型糖尿病的患者在 I 型糖尿病中, 自身免疫系统杀死了胰岛 β 细胞, 导致机体无法合成胰岛素仅仅依靠外源的胰岛素很难维持 I 型糖尿病患者的血糖水平, 补充正常的胰岛 β 细胞是治疗的重要手段 Harvard 大学的 D. Melton 课题组历经十余年, 研究能够将干细胞定向诱导为胰岛细胞的信号通路该项工作被 Science 评为 2014 年十大科技进展之一 53

54 2013 年 11 月 7 日 Cell 封面 ips 细胞培育为肌肉细胞 2013 年, 哈佛医学院研究人员利用斑马鱼 (Zebrafish) 系统筛选 ipscs 刺激因子,iPSCs 在小鼠中分化成肌细胞, 促进了肌肉的生长, 逆转了杜氏肌营养不良症而且利用相同的化合物配方, 成功的在培养皿中生长出了人类肌斑马鱼 Cell,155(4): , 2013 细胞 54

报道了用小鼠 ips 细胞转化为精子的实验 2012 年 10 月, 同一课题组报道了用小鼠 ips

55 ips 细胞转化为精子和卵子 ips 细胞转化为精子由 ips 细胞转化的卵子受精后获得的小鼠 2011 年 8 月, 京都大学的斋藤通纪 (Mitinori Saitou) 课题组在 Cell 上发表论文, 报道了用小鼠 ips 细胞转化为精子的实验 2012 年 10 月, 同一课题组报道了用小鼠 ips 细胞转化为卵子的实验该项进展为治疗不育症提供了全新的途径被 Science 评为 2012 年十大科技进展 55

56 世界首例 ips 细胞临床治疗试验 2013 年 7 月, 日本 RIKEN 眼科医生高桥政代领导团队开展 ips 细胞临床试验现年 70 岁的女性患者因老年性黄斑变性而出现视网膜损伤研究团队提取了该患者的皮肤细胞, 将其诱变为 ips 细胞, 并诱导这些细胞变成视网膜组织 2014 年 9 月 8 日, 高桥政代提供证据显示这些细胞具有遗传稳定性和安全性 56

57 干细胞治疗在中国 - 真热! 2012 年, 中国卫生部加大了力度强行禁止临床应用未经批准的干细胞治疗然而, 直到现在, 全国各地的企业仍在向患者收取高达数千美金的费用提供这些未经验证的治疗 2012 年 4 月 11 日, Nature 发布热点新闻, 披露了这一现象 57

58 中国的干细胞治疗除个别项目外, 干细胞技术仍处于临床前期或小规模临床试验研究阶段, 安全性有效性仍需认证, 还未到达全面临床应用阶段我国尚未批准除造血干细胞治疗白血病外的任何干细胞临床项目 58

59 谢谢! 59

Microsoft PowerPoint 干细胞技术-余垚

Microsoft PowerPoint 干细胞技术-余垚改变生活的生物技术会七十二变的细胞 - 干细胞 1 超人的遗憾与梦想超人具有超能力, 刀枪不入, 超级力量, 超高, 超级听力等 Christopher Reeve 是第一代超人扮演者因马术比赛意外导致脊椎受损, 全身瘫痪, 后致力于推动干细胞研究 2004 年 10 月 9 日时, 里夫因为心肌梗塞陷入昏迷, 并于隔日逝世, 享年 52 岁 2 改变生活的生物技术干细胞的概念干细胞的分类