细胞生物学干细胞及其利用.pptx

《细胞生物学干细胞及其利用.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学干细胞及其利用.pptx（47页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、教学要求1、掌握：干细胞的概念、分类；干细胞的生物学干细胞的概念、分类；干细胞的生物学特征；胚胎干细胞的概念和生物学特征。特征；胚胎干细胞的概念和生物学特征。2、熟悉：成体干细胞的种类；肿瘤干细胞的概念成体干细胞的种类；肿瘤干细胞的概念和来源。和来源。3、了解：干细胞增殖和分化的调控、干细胞的定干细胞增殖和分化的调控、干细胞的定向诱导分化、干细胞的应用；向诱导分化、干细胞的应用；第1页/共47页新闻1 1、“万能的皮肤细胞万能的皮肤细胞”皮肤细胞造精子皮肤细胞造精子 皮肤细胞变皮肤细胞变“心脏心脏”2 2、世界首例干细胞气管移植手术完成、世界首例干细胞气管移植手术完成第2页/共47页皮肤细胞造

2、精子皮肤细胞造精子英国纽卡斯尔大学的科学家用英国纽卡斯尔大学的科学家用皮肤干细胞皮肤干细胞首次制造出了首次制造出了人类精子人类精子。这对成。这对成千上万的不育男性来说无疑是个福音，也许只是从身上取下一小块皮肤，千上万的不育男性来说无疑是个福音，也许只是从身上取下一小块皮肤，就可以让他们做父亲。就可以让他们做父亲。不过，这一尖端技术引起了不过，这一尖端技术引起了医学和伦理上的争议医学和伦理上的争议，因为这意味着可以完全，因为这意味着可以完全凭人工手段生孩子，甚至让死了很长一段时间的男子也可以做凭人工手段生孩子，甚至让死了很长一段时间的男子也可以做“父亲父亲”。用皮肤细胞制造精子的过程：先将这些细

3、胞放入用特殊培养基中培养，使用皮肤细胞制造精子的过程：先将这些细胞放入用特殊培养基中培养，使细胞的生物钟细胞的生物钟回到胚胎干细胞回到胚胎干细胞阶段，之后再阶段，之后再转变成精子转变成精子。最后，利用。最后，利用试管试管受精技术受精技术将这些人造精子注入卵子，使卵子受精，这样就可以让那些自身将这些人造精子注入卵子，使卵子受精，这样就可以让那些自身不能产精的男子有自己的孩子。不能产精的男子有自己的孩子。第3页/共47页皮肤细胞变皮肤细胞变“心脏心脏”新加坡国家心脏中心一组科研人员取得重大医学突新加坡国家心脏中心一组科研人员取得重大医学突破，他们通过无菌的方式，成功将人体皮肤改造成破，他们通过无菌

4、的方式，成功将人体皮肤改造成人类人类诱导多能干细胞诱导多能干细胞，并培育出与普通心脏一样具，并培育出与普通心脏一样具有脉搏跳动功能的有脉搏跳动功能的心肌细胞心肌细胞，希望以此为心脏衰竭，希望以此为心脏衰竭病患提供多一种治疗方式。病患提供多一种治疗方式。由于皮肤组织来自于病患本身，改造后的细胞特性由于皮肤组织来自于病患本身，改造后的细胞特性与体内细胞相同，因此在植入身体后，与体内细胞相同，因此在植入身体后，不必担心会不必担心会产生排斥反应，也不需要用到免疫抑制药物。产生排斥反应，也不需要用到免疫抑制药物。”第4页/共47页世界首例干细胞气管移植手术完成世界首例干细胞气管移植手术完成日前，英国和意

5、大利两国医生联合完成世界首例日前，英国和意大利两国医生联合完成世界首例气管移植手术气管移植手术。这个手术。这个手术的特别之处在于，植入患者体内的捐献者的气管已经被剥离掉细胞，只剩的特别之处在于，植入患者体内的捐献者的气管已经被剥离掉细胞，只剩一个一个“架子架子”，而医生则将从患者体内提取的，而医生则将从患者体内提取的干细胞干细胞注入这个注入这个“架子架子”中。中。这样，最终长成后的气管就不会产生任何排异现象，从而攻克了气管移植这样，最终长成后的气管就不会产生任何排异现象，从而攻克了气管移植手术抗排异难这一世界性难题。手术抗排异难这一世界性难题。据悉，利用这种气管手术的原理，医生们还可以据悉，利

6、用这种气管手术的原理，医生们还可以移植声带和食道等移植声带和食道等组织。组织。如果未来推广到全世界，将使万千病人解除病痛，从此可以轻松地生活。如果未来推广到全世界，将使万千病人解除病痛，从此可以轻松地生活。第5页/共47页第一节第一节 干细胞概干细胞概述述n一、干细胞的概念一、干细胞的概念n1 1、干细胞（stem cellstem cell）：是指具有无限或较长期的自我更新（self-renewalself-renewal）能力，并能产生至少一种高度分化子代细胞的细胞。n它存在于人体或动物个体发育各个阶段的组织器官中，是各种分化细胞或特化细胞的初始来源。概述第6页/共47页第一节第一节 干细

7、胞概述干细胞概述概述u根据分化潜能的高低：全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞 u根据细胞来源时期不同:胚胎干细胞 成体干细胞n一、干细胞的概念一、干细胞的概念2、干细胞的分类、干细胞的分类第7页/共47页全能干细胞（totipotent stem celltotipotent stem cell）：能发育为一个完整个体的原始细胞。（受精卵、人体（受精卵、人体8-168-16细胞以细胞以前的卵裂球）前的卵裂球）多能干细胞（pluripotent stem cellpluripotent stem cell）：来源于囊胚腔的内细胞团，失去发育为完整个体的能力，但理论上具有分化形成个体多种细胞的细胞

8、。（胚胎干细胞、胚（胚胎干细胞、胚胎生殖细胞、骨髓基质干细胞）胎生殖细胞、骨髓基质干细胞）单能干细胞（monopotent stem cellmonopotent stem cell）：只能向密切相关的一种或少数几种类型的细胞分化的细胞。（上皮（上皮组织基底层的干细胞、肌肉中成肌细胞）。组织基底层的干细胞、肌肉中成肌细胞）。第8页/共47页胚胎干细胞(embryonic stem cell；ES cell)：存在于存在于早期胚胎组织早期胚胎组织中、具有高度增殖能力和中、具有高度增殖能力和多向分化潜能，但多向分化潜能，但尚未分化尚未分化的干细胞。的干细胞。成体干细胞（adult stem cel

9、l）：存在于存在于成体成体各组织器官各组织器官的的未分化未分化细胞，在体内具有终生自我细胞，在体内具有终生自我更新能力和分化潜能。更新能力和分化潜能。第9页/共47页二、干细胞的生物学特性（一）干细胞的形态和生化特征1、形态特征通常呈圆形或椭圆形，通常呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比例相体积较小，核质比例相对较大。对较大。第10页/共47页二、干细胞的生物学特性（一）干细胞的形态和生化特征1、形态特征2、生化特征干细胞都具有较高的端粒酶活性；不同的干细胞具有不同的生化标志。如：nestin为神经干细胞的标志分子；角蛋白15是确定毛囊中表皮干细胞的标志分子；CD34是造血干细胞的标志分子等等。干

10、细胞的生化特性常被用作鉴定干细胞在组织中的存在和评价其分化程度的干细胞的生化特性常被用作鉴定干细胞在组织中的存在和评价其分化程度的标志。标志。第11页/共47页二、干细胞的生物学特性（二）干细胞的增殖特性1、缓慢性2、自稳性第12页/共47页1、缓慢性 干细胞自身的增殖非常缓慢。干细胞自身的增殖非常缓慢。干细胞意义意义:n有利于干细胞对特定的外界信号作出反应，以决定进行增殖还是进入特定的分化程序；n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，具有防止体细胞自发突变的作用。一般情况下，干细胞处于休眠或缓慢增殖状态，当其接受刺激而进行分化时，需产生过渡类型细胞再到分化细胞。

11、第13页/共47页1、缓慢性干细胞自身的增殖非常缓慢。干细胞自身的增殖非常缓慢。干细胞短暂增殖细胞短暂增殖细胞：分裂速度快。意义：可使少量干细胞产生较多的分化细胞，同时保护干细胞。在干细胞到分化细胞的发育过程中，有两种过渡类型的细胞短暂增殖细胞和祖细胞。祖细胞：为前体细胞，经过几次分裂后，产生的细胞为终末分化细胞。祖细胞第14页/共47页2、自稳性干细胞通过自我更新以干细胞通过自我更新以维持自身数目恒定。维持自身数目恒定。干细胞短暂增殖细胞祖细胞（1）对称分裂（symmetry division）：当干细胞分裂时，产生的2个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞（2）不对称分裂（asymmetry

12、division）：当干细胞分裂时，产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞第15页/共47页2、自稳性在个体的发育过程中，干细胞通过在个体的发育过程中，干细胞通过自我更新以维持自身数目恒定。自我更新以维持自身数目恒定。是区别于肿瘤细胞的本质特征。是区别于肿瘤细胞的本质特征。（1）对称分裂（symmetry division）：当干细胞分裂时，产生的2个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞（2）不对称分裂（asymmetry division）：当干细胞分裂时，产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞第16页/共47页（1 1）在正常生理状态下在正常生理状态下，干细胞多以干细胞多以不对称不对称分裂方式分裂

13、方式用于补充组织在自我更新过程中衰用于补充组织在自我更新过程中衰老和死亡的细胞老和死亡的细胞。（不对称分裂使机体对干。（不对称分裂使机体对干细胞的调控更具有灵活性，可以更灵活地应细胞的调控更具有灵活性，可以更灵活地应对机体生理变化的需要。）对机体生理变化的需要。）（2 2）在创伤等应激状态时在创伤等应激状态时，由于需要大量的，由于需要大量的细胞代替和补充坏死的组织细胞，干细胞的细胞代替和补充坏死的组织细胞，干细胞的分裂方式可能就不再局限于不对称方式，可分裂方式可能就不再局限于不对称方式，可以以对称分裂的方式快速增殖。以以对称分裂的方式快速增殖。2、自稳性第17页/共47页1、干细胞的分化潜能

14、干细胞分化具有干细胞分化具有多潜能性多潜能性，不同干细胞的，不同干细胞的分化潜能不同。分化潜能不同。干细胞可按其分化潜能分为：干细胞可按其分化潜能分为：全能干细胞全能干细胞、多能干细胞多能干细胞和和单能干细胞单能干细胞。（三）干细胞的分化特征（三）干细胞的分化特征二、干细胞的生物学特性二、干细胞的生物学特性第18页/共47页1、干细胞的分化潜能 2、干细胞的转分化和去分化目前的研究发现，目前的研究发现，成体干细胞成体干细胞具有一定的具有一定的可可塑性（塑性（plasticityplasticity），即不同组织来源的成体，即不同组织来源的成体干细胞之间可相互转化。包括干细胞的干细胞之间可相互转

15、化。包括干细胞的转分化转分化和和去分化去分化。（三）干细胞的分化特征（三）干细胞的分化特征二、干细胞的生物学特性二、干细胞的生物学特性第19页/共47页一种组织类型的干细胞在适当条件下可以分化为另一种组织类型的细胞，称为干细胞的转分化。19971997年，研究首次证明成年动物的造血干细胞年，研究首次证明成年动物的造血干细胞可分化成为脑的星形胶质细胞、少突胶质细胞和可分化成为脑的星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞。小胶质细胞。目前，类似的发现还包括成体造血干细胞分化成目前，类似的发现还包括成体造血干细胞分化成为肌细胞、肝细胞；神经干细胞转化为造血干细为肌细胞、肝细胞；神经干细胞转化为造血干细

16、胞等等。胞等等。第20页/共47页第二节第二节 胚胎干细胞胚胎干细胞概念：胚胎干细胞：是指存在于是指存在于早期胚胎早期胚胎中，具有中，具有多向分化潜能多向分化潜能和较长期地进行和较长期地进行自我更新自我更新的细胞。的细胞。包括：包括：囊胚囊胚内细胞团内细胞团的胚胎干细胞（的胚胎干细胞（ESES细胞）细胞）早期胎儿（早期胎儿（5-95-9周）周）原始生殖嵴原始生殖嵴的生殖干细胞（的生殖干细胞（EGEG细胞）细胞）第21页/共47页第22页/共47页一、一、生物学特性生物学特性1、形态特征：圆形；细胞体积小；圆形；细胞体积小；核质比例高，细胞核明显，核质比例高，细胞核明显，有一个或多个核仁，染色质

17、有一个或多个核仁，染色质较分散；核型正常、二倍体；较分散；核型正常、二倍体；细胞质内散布着细胞质内散布着大量的核糖大量的核糖体和线粒体体和线粒体。第23页/共47页2 2、生长特征：体外培养细胞呈多层体外培养细胞呈多层集落集落状生长状生长，紧密堆积在一起，无，紧密堆积在一起，无明显细胞界限，明显细胞界限，形似形似鸟巢。鸟巢。一、生物学特性一、生物学特性 关键关键:维持干细胞的未分化状态。维持干细胞的未分化状态。饲养层细胞（成纤维细胞株）培养体系饲养层细胞（成纤维细胞株）培养体系 无饲养层培养体系无饲养层培养体系第24页/共47页3、生化特征（1 1）表面抗原：胚胎阶段性特异抗原胚胎阶段性特异抗

18、原（stage-specific embryonic antigens,stage-specific embryonic antigens,SSEASSEA）一、生物学特性一、生物学特性 SSEA SSEA是一种糖蛋白，在胚胎发育早期表达，常作为胚胎干细胞的标志之一，具有种属特异性。如：人的ES细胞表达SSEA-3、SSEA-4，而小鼠的ES细胞表达SSEA-1；第25页/共47页3、生化特征（1 1）表面抗原：阶段特异性胚胎抗原阶段特异性胚胎抗原一、生物学特性一、生物学特性n（2）碱性磷酸酶（碱性磷酸酶（AKPAKP）碱性磷酸酶（AKPAKP）是鉴定胚胎干细胞分化与否的标志之一。n（3）端粒

19、酶）端粒酶胚胎性干细胞端粒酶持续高水平表达；使这些细胞在分裂后保持端粒长度，维持细胞的分裂增殖能力。第26页/共47页4、分化潜能人胚胎干细胞具有分化形成人胚胎干细胞具有分化形成外、中、内外、中、内三个三个胚层的潜能。胚层的潜能。一、生物学特性一、生物学特性第27页/共47页二、胚胎干细胞定向诱导分化二、胚胎干细胞定向诱导分化 定向分化：在适宜条件下，使胚胎干细胞按照人们的意愿分化为某一特定谱系的细胞，称为胚胎干细胞的定向分化。第28页/共47页1、基因功能研究2、发育机制研究3、药物监测系统的构建4、细胞替代疗法和组织器官移植三、胚胎干细胞的应用三、胚胎干细胞的应用 第29页/共47页四、诱

20、导性多能干细胞四、诱导性多能干细胞 人胚胎干细胞的主要来源：流产的胎儿和体外受精制造的胚胎 第30页/共47页第31页/共47页20012001年年8 8月月，美国时任总统，美国时任总统布什布什宣布对宣布对胚胎干细胞胚胎干细胞研究设限研究设限，规定联邦政府对胚胎干细胞研究的资，规定联邦政府对胚胎干细胞研究的资助仅限于研究当时助仅限于研究当时已有的胚胎干细胞已有的胚胎干细胞，不不得得资助资助从新胚胎中提取干细胞进而开展研究。从新胚胎中提取干细胞进而开展研究。20092009年年3 3月，月，美国总统奥巴马前天签署行政令，美国总统奥巴马前天签署行政令，推推翻翻20012001年禁用政府经费资助人类

21、胚胎干细胞研究年禁用政府经费资助人类胚胎干细胞研究的条例的条例，科学家为此鼓掌、支持者高声欢呼。，科学家为此鼓掌、支持者高声欢呼。干细胞研究经费解禁干细胞研究经费解禁 科学界对奥巴马新政欢呼科学界对奥巴马新政欢呼（2009-03-11）第32页/共47页 人胚胎干细胞的主要来源：流产的胎儿和体外受精制造的胚胎 诱导产生的多功能干细胞（细胞）四、诱导性多能干细胞 第33页/共47页诱导产生的多功能干细胞（细胞）诱导产生的多功能干细胞（细胞）2006 2006 年,Takahashi,Takahashi 和YamanakaYamanaka将几个转录因子导入已分化的小鼠皮肤成纤维细胞,进而获得了类似

22、于胚胎干细胞(embryonic stem(embryonic stem cells,ES cells,ES 细胞)多能性干细胞,称之为“诱导产生的多能性干细胞”(induced pluripotent stem cells,iPS(induced pluripotent stem cells,iPS 细胞).).这一研究明确地证实了分化的细胞可以通过少数几个因子的外源导入而被重编程到具有多能性的状态,因而受到了整个生命科学领域的广泛关注。年月，美国和日本科学家分别宣布独立发现将普通皮肤细胞转化为干细胞的方法，得到的干细胞称为诱导多功能干细胞，这一发现分别被自然和科学杂志评为年第一和第二大科学

23、进展。第34页/共47页年月，美国加利福尼亚大学科学家报告称，他们将实验鼠皮肤细胞改造成细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。年月，日本东京大学科学家宣布，成功利用人类皮肤细胞制成的细胞培育出血小板，而且从技术上说用细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的；紧接着，日本庆应大学科学家又宣布，成功用实验鼠的细胞培育出鼠角膜上皮细胞。年月伊始，细胞研究便相继迎来两项重大突破。英国和加拿大科学家发现了不借助病毒、安全将普通皮肤细胞转化为细胞的方法；美国科学家则在细胞杂志上宣布，他们可以将细胞中因转化需要而植入的有害基因移除，且保证由此获得的神经元细胞的基本功能不受影响。诱导产生的多

24、功能干细胞（细胞）诱导产生的多功能干细胞（细胞）第35页/共47页年月，细胞研究在临床应用道路上又迈出非常重要的一步。据英国自然杂志网站日报道，中国科学家周琪和高绍荣等人利用细胞克隆出活体实验鼠，首次证明细胞具有全能性。该成果让人们看到了细胞具有实用性。继前不久在世界上首次得到完全由诱导多能干细胞（即iPSiPS细胞）发育的小鼠之后，中国科学家在iPSiPS细胞研究领域又取得重大进展：首次从孕妇产前的羊水细胞中高效快速建立iPSiPS细胞，所需时间只有6 6天，为目前人类iPSiPS细胞相关报道中最短。美国时代周刊在其网站上公布了20102010年十大医学突破名单，其中“可降低HIVHIV感染

25、风险的抗艾滋病药”、“人工合成细胞”、“老年性痴呆症的血液检测”及“更快更安全培育iPSiPS细胞”等成果入选。诱导产生的多功能干细胞（细胞）诱导产生的多功能干细胞（细胞）第36页/共47页成体干细胞（adult stem cell）:成体组织成体组织中具有中具有自我更新自我更新能力及能能力及能分化分化产产生一种或一种以上子代组织细胞的生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞未成熟细胞。成体干细胞的进一步分化是成年机体组织损伤修复和再生的保证，维持组织细胞功能的稳态。干细胞广泛存在于各种组织中。第三节第三节成体干细胞成体干细胞第37页/共47页第38页/共47页第三节第三节成体干细胞成体干细胞

26、第39页/共47页胚胎干细胞与成体干细胞的比较胚胎干细胞与成体干细胞的比较相同点：成体干细胞和胚胎干性细胞一样，具成体干细胞和胚胎干性细胞一样，具有有自我更新的能力自我更新的能力，并可在适宜条件下分化形，并可在适宜条件下分化形成特殊形态和特定功能的子细胞成特殊形态和特定功能的子细胞（分化潜能）。（分化潜能）。第40页/共47页不同点：两者的来源不同。这是最根本的区别。胚胎性干细胞来源清胚胎性干细胞来源清楚，成体干细胞来源有待进一步研究证明。楚，成体干细胞来源有待进一步研究证明。两者增殖能力有差别。胚胎性干细胞可无限增殖；而成体干胚胎性干细胞可无限增殖；而成体干细胞的增殖能力则很有限。细胞的增殖

27、能力则很有限。两者分化潜能有差别。胚胎性干细胞的分化潜能高于成体干胚胎性干细胞的分化潜能高于成体干细胞。细胞。第41页/共47页第四节第四节 肿瘤干细胞肿瘤干细胞一、肿瘤干细胞和肿瘤干细胞学说肿瘤干细胞(cancer stem cell，CSC):存在于存在于肿瘤组织中的具有干细胞性质的肿瘤细胞群体。肿瘤组织中的具有干细胞性质的肿瘤细胞群体。肿瘤干细胞学说：肿瘤组织中存在极少量在肿瘤肿瘤组织中存在极少量在肿瘤中充当干细胞角色的肿瘤细胞，具有无限增殖的中充当干细胞角色的肿瘤细胞，具有无限增殖的潜能，在启动肿瘤形成和生长中起着决定性作用；潜能，在启动肿瘤形成和生长中起着决定性作用；而其余大多数细胞

28、，经过短暂的分化，最终死亡。而其余大多数细胞，经过短暂的分化，最终死亡。第42页/共47页第四节 肿瘤干细胞二、肿瘤干细胞的来源 1 1、干细胞起源假说：、干细胞起源假说：成体干细胞突变而来。成体干细胞突变而来。2 2、分化祖细胞和成熟体细胞起源假说、分化祖细胞和成熟体细胞起源假说：肿瘤肿瘤细胞起源于细胞起源于单个单个正常体细胞发生了正常体细胞发生了突变突变后的形后的形成的后代子细胞（后裔）。成的后代子细胞（后裔）。3 3、异常融合细胞起源假说、异常融合细胞起源假说第43页/共47页教学要求1、掌握：干细胞的概念、分类；干细胞的生物学干细胞的概念、分类；干细胞的生物学特征；胚胎干细胞的概念和生

29、物学特征。特征；胚胎干细胞的概念和生物学特征。2、熟悉：。成体干细胞的种类；肿瘤干细胞的概。成体干细胞的种类；肿瘤干细胞的概念和来源。念和来源。3、了解：干细胞增殖和分化的调控、干细胞的定干细胞增殖和分化的调控、干细胞的定向诱导分化、干细胞的应用；向诱导分化、干细胞的应用；第44页/共47页1 1、干细胞的概念、分类、生物学特征、干细胞的概念、分类、生物学特征2 2、胚胎干细胞的概念、生物学特征、胚胎干细胞的概念、生物学特征复习思考题 第45页/共47页 练 习 题名词解释：干细胞、胚胎干细胞问答题：1、干细胞的生物学特性有哪些？2、胚胎干细胞生物学特性及应用。3、胚胎干细胞和成体干细胞的异同点。第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页