最新干细胞基础知识PPT课件.ppt
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1、干细胞基础知识干细胞基础知识 In early October,a Colorado couple has a baby named Adam,whose umbilical cord stem cells could cure his six-year-old sister Mollys Fanconi anemia.20002000年十月发生在美国年十月发生在美国ColoradoColorado的一个故事的一个故事291011 1981年年Evans和和Kaufrnan及及Martin首次由小鼠中分离得首次由小鼠中分离得到鼠的胚胎干细胞。到鼠的胚胎干细胞。至今已分离得到的胚胎干细胞物种有:
2、至今已分离得到的胚胎干细胞物种有:金黄地鼠(金黄地鼠(1988)、貂()、貂(1993)、猪()、猪(1994,1997)、鸡)、鸡(1996)、恒河猴()、恒河猴(1995)、绒猴()、绒猴(1996)。)。分离得到人的胚胎干细胞(分离得到人的胚胎干细胞(1998),),分离得到人的胚胎生殖细胞(分离得到人的胚胎生殖细胞(1998),),目前不断报道成年组织来源的的干细胞。目前不断报道成年组织来源的的干细胞。1213二、干细胞的分类二、干细胞的分类按分化潜能大小来分类按分化潜能大小来分类:全能干细胞全能干细胞(Totipotent stem cell):它具有形成完整个 体的分化潜能。如受精
3、卵,胚胎干细胞。在生物发育学里,当精子和卵子结合成为受精卵后,一个受精卵分裂成为二个完全相同的细胞,二个细胞分裂成为四个细胞、八个细胞,在此时期此八个细胞中任何一个细胞单独放入成熟女性子宫中均可发育成为单独且完整之个体,此种细胞即称为totipotent stem cells。14 事实上,所谓同卵双胞胎、三胞胎、四胞胎,即为受事实上,所谓同卵双胞胎、三胞胎、四胞胎,即为受精卵分裂成二个或四个精卵分裂成二个或四个totipotent stem cells 后,每个细胞后,每个细胞单独分开发育,故成为双胞胎或四胞胎,至于三胞胎则单独分开发育,故成为双胞胎或四胞胎,至于三胞胎则为四个为四个toti
4、potent stem cells中的一个在发育过程中不幸未中的一个在发育过程中不幸未能成熟之故。能成熟之故。Totipotent stem cells时期大约仅维持四天,时期大约仅维持四天,即进入下一阶段之发育,形成特殊分化细胞,称为原始即进入下一阶段之发育,形成特殊分化细胞,称为原始胚囊体(胚囊体(blastocyst)。)。15多多能干细胞(能干细胞(pluripotent stem cell),具有分化出多具有分化出多种组织细胞的潜能,但却失去了发育成完整个体的能种组织细胞的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育力,发育 潜能受到一定的限制。潜能受到一定的限制。在在blastocy
5、st时期,细胞已可被区分成外层之滋养时期,细胞已可被区分成外层之滋养层细胞(层细胞(trophoblast cells)和内层之内细胞团)和内层之内细胞团(innercell mass),中间具有一个囊腔。滋养层细胞),中间具有一个囊腔。滋养层细胞将来和子宫壁结合发育成为胎盘,供应胚胎发育所需将来和子宫壁结合发育成为胎盘,供应胚胎发育所需之营养。内细胞团则发育成为真正人体的所有组织和之营养。内细胞团则发育成为真正人体的所有组织和器官,包括三个胚层。器官,包括三个胚层。16Pluripotent stem cells可分化成为特定组织的干细胞,如血可分化成为特定组织的干细胞,如血液干细胞(液干细
6、胞(heamatopoitent stem cells)、神经干细胞)、神经干细胞(neural stem cells)、皮肤干细胞()、皮肤干细胞(skinstemcells)等等。)等等。这些特定之干细胞仅能发育成为特定组织之分化细胞这些特定之干细胞仅能发育成为特定组织之分化细胞(end-differentiation cell terminal cells),例如血液干细),例如血液干细胞除可不断分裂成为相同之血液干细胞外,亦可接受不同胞除可不断分裂成为相同之血液干细胞外,亦可接受不同刺激分化成为骨髓细胞和淋巴细胞;骨髓细胞则可进一步刺激分化成为骨髓细胞和淋巴细胞;骨髓细胞则可进一步分化
7、成为红血球、血小板、嗜中性粒细胞等。分化成为红血球、血小板、嗜中性粒细胞等。1718专能干细胞(专能干细胞(multipotent stem cell),这类干细胞只能向 一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织、基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞等。19根据来源来分根据来源来分:来源于胚胎来源于胚胎-胚胎干细胞胚胎干细胞 ESC (Embryonic Stem Cell)胚胎性生殖细胞胚胎性生殖细胞 EGC (Embryonic Germ Cell)来源于成体来源于成体-成体组织来源的干细胞成体组织来源的干细胞 ASC (Adult-derived Stem Cell)20根据干细胞组
8、织发生的名称进行分类根据干细胞组织发生的名称进行分类:胎胎干细胞胎胎干细胞造血干细胞造血干细胞骨髓间质干细胞骨髓间质干细胞肌肉干细胞肌肉干细胞成骨干细胞成骨干细胞内胚层干细胞内胚层干细胞视网膜干细胞视网膜干细胞胰腺干细胞胰腺干细胞21三、胚胎干细胞三、胚胎干细胞22 1998年美国有两个小组分别培养出了人多能(pluripotent)干细胞:uJames A.Thomson在 Wisconsin大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是:人卵体外受精后,将胚胎培育到囊胚阶段,提取 inner cell mass细胞,建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 marker
9、 和酶活性,证实它们就是胚胎干细胞。用这种方法,每个胚胎可取得1520个细胞用于培养。uJohn D.Gearhart在 Johns Hopkins大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是:从受精后59周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞(primordial germ cell)。由此培养的细胞株,证实具有多能干细胞的特征。2324252627282930 Induced differentiation of human ES-derived cells in culture.31Pluripotent murine embryonic germ cells ident
10、ified by red staining32A culture dish containing hundreds of colonies of murine embryonic germ cells.Each red-stained spot represents an individual colony comprised of hundreds or thousands of stem cells.331.ES细胞的全能性主要体现在以下几方面:细胞的全能性主要体现在以下几方面:形成畸胎瘤。将形成畸胎瘤。将ES细胞注入同源动物皮下可形成畸胎瘤,包括三个胚层细胞注入同源动物皮下可形成畸胎瘤,
11、包括三个胚层细胞;细胞;形成类胚体。培养形成类胚体。培养ES细胞在非粘附底物中悬浮生长,或控制增殖细胞数细胞在非粘附底物中悬浮生长,或控制增殖细胞数目。能够使之生成类胚体,它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、目。能够使之生成类胚体,它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、具有三个胚层组织;具有三个胚层组织;直系分化。通过控制直系分化。通过控制ES细胞生长环境,或遗传操纵特定基因表达,细胞生长环境,或遗传操纵特定基因表达,ES细胞可直接分化成某特定种系细胞,例如将神经决定基因细胞可直接分化成某特定种系细胞,例如将神经决定基因NeuroD2和和NeuroD3转人转人ES细胞,可使之分化为神
12、经细胞;细胞,可使之分化为神经细胞;形成嵌合体。将形成嵌合体。将ES细胞注射到同种动物囊胚腔中后,可以形成嵌合体细胞注射到同种动物囊胚腔中后,可以形成嵌合体(chimera),),ES细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检验一个细胞系是否为验一个细胞系是否为ES细胞的标准。细胞的标准。342.ES2.ES细胞生物学特性细胞生物学特性细胞形态结构及核型细胞形态结构及核型细胞的高度分化潜能细胞的高度分化潜能碱性磷酸酶的表达碱性磷酸酶的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达35 ESES细胞形态结构及核型细胞
13、形态结构及核型 (1)(1)各种动物的各种动物的ESES细胞具有与早期胚胎细胞相似细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构,胞体体积小,核大,有一个或几个核的形态结构,胞体体积小,核大,有一个或几个核仁。仁。(2)ES (2)ES细胞与卵圆柱期(细胞与卵圆柱期(egg cylinder stageegg cylinder stage)胚胎外胚层和胎儿生殖脊的原始生殖细胞类似。胚胎外胚层和胎儿生殖脊的原始生殖细胞类似。(3)(3)细胞中多为常染色质,胞质结构简单,散布着细胞中多为常染色质,胞质结构简单,散布着大量核糖体和线粒体,核型正常,保留了整倍体性大量核糖体和线粒体,核型正常,保留了整倍体性质。
14、正常质。正常ESES细胞染色体正常,如发生异常则其很难细胞染色体正常,如发生异常则其很难发育分化形成动物个体。发育分化形成动物个体。36(4)ES细胞在体外分化抑制培养中,呈克隆状细胞在体外分化抑制培养中,呈克隆状生长,细胞紧密地聚集在一起,形似鸟巢,生长,细胞紧密地聚集在一起,形似鸟巢,细胞界限不清,克隆周围有时可见单个细胞界限不清,克隆周围有时可见单个ES细胞和分化的扁平状上皮细胞。细胞和分化的扁平状上皮细胞。(5)ES细胞增殖迅速,每细胞增殖迅速,每1824 h分裂增殖分裂增殖 1次。次。(6)此外,其还可以在体外进行选择、操作、此外,其还可以在体外进行选择、操作、冻存。冻存的细胞可在需
15、要时随时解冻,冻存。冻存的细胞可在需要时随时解冻,继续培养不失其原有特性,并且来自一个继续培养不失其原有特性,并且来自一个克隆的细胞具有同样的特征。克隆的细胞具有同样的特征。37 ESES细胞的高度分化潜能细胞的高度分化潜能 ESES细胞的全能性是其区别于成纤维细胞等细胞的全能性是其区别于成纤维细胞等体细胞的显著特点体细胞的显著特点(1)ES(1)ES细胞在体外需在饲养层细胞上培养才细胞在体外需在饲养层细胞上培养才能维持其未分化状态,一旦脱离饲养层就自能维持其未分化状态,一旦脱离饲养层就自发地进行分化。发地进行分化。(2)(2)在单层培养时细胞自发分化成多种细胞,在单层培养时细胞自发分化成多种
16、细胞,悬浮培养中:悬浮培养中:“简单类胚体简单类胚体”“囊状胚囊状胚体体”细胞分化物。细胞分化物。38(3)ES细胞可进行诱导分化细胞可进行诱导分化 *用用RA(维甲酸)作诱导(维甲酸)作诱导90以上的以上的ES细胞分细胞分化为神经胶质细胞,化为神经胶质细胞,*聚集培养的聚集培养的ES细胞诱导分化则可分化为有节律细胞诱导分化则可分化为有节律性收缩的心肌细胞。性收缩的心肌细胞。*将将ES细胞注射到同源动物皮下,可形成组织瘤,细胞注射到同源动物皮下,可形成组织瘤,其细胞组成可代表其细胞组成可代表3个胚层细胞。个胚层细胞。*用用ES细胞作核供体进行细胞核移植,可以得到细胞作核供体进行细胞核移植,可以
17、得到可发育重构胚和动物个体。可发育重构胚和动物个体。39 碱性磷酸酶的表达碱性磷酸酶的表达 许多资料表明,小鼠、大鼠的桑椹胚细胞和囊许多资料表明,小鼠、大鼠的桑椹胚细胞和囊胚细胞均有碱性磷酸酶(胚细胞均有碱性磷酸酶(AKPAKP)表达,小鼠的)表达,小鼠的ECEC细细胞和胞和ESES细胞中均含有丰富的细胞中均含有丰富的AKPAKP。而在已分化的。而在已分化的ECEC细胞和细胞和ESES细胞中细胞中AKPAKP呈弱阳性或阴性。猪、兔的呈弱阳性或阴性。猪、兔的桑桑椹椹胚和早期囊胚胚和早期囊胚AKPAKP呈阳性。因此,呈阳性。因此,AKPAKP常用来作为常用来作为鉴定鉴定ECEC细胞或细胞或ESES
18、细胞分化与否的标志之一。细胞分化与否的标志之一。40胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达 早期胚胎细胞表面均表达胚胎阶段早期胚胎细胞表面均表达胚胎阶段特异性表面抗原(特异性表面抗原(SSEASSEA1 1)。)。在胚胎的原始外胚层细胞、在胚胎的原始外胚层细胞、ESES细胞、细胞、ECEC细胞和原始生细胞和原始生殖细胞的表面均可检测到殖细胞的表面均可检测到SSEASSEA1 1的表达。小鼠的表达。小鼠SSEASSEA1 1的表的表达自达自8 8细胞期开始,直到原始外胚层形成期。早期囊胚细胞期开始,直到原始外胚层形成期。早期囊胚ICMICM细细胞全部呈强阳性,晚期囊胚中
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