第7章干细胞与组织工程上

1、上回说到: 第6章 胚胎工程,Q1：简要介绍人类的辅助生殖技术。 Q2：简要介绍哺乳动物性别控制的主要方法及 意义。,第 7 章干细胞与组织工程,什么是干细胞(stem cells),干细胞是具有自我复制和多项分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织、器官的祖先细胞。,干细胞的分类,按来源分类,按分化潜能分类,胚胎干细胞和成体干细胞的比较,定义:当受精卵分裂发育成囊胚时，内细胞团的细胞就是胚胎干细胞。,特点：具有很强的分化能力，可以无限增加，并且可以分化成全身多种细胞类型。,总结：它能长成动物的任何组织和器官,特点：在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序进

2、行分化，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。,What is a stem cell?,A: A cell that can make copies of itself AND make more specialized types of cell B: A cell that helps to fight against infections C: A cell that is specialized D: A cell that can produce all the cell types of the body,Where can scientists obtai

3、n stem cells?,A: Only from an embryo B: Only from adult tissues C: Only from the brain D: From an embryo or adult tissues,干细胞是研究的热点,2006年2月9日，国务院发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)部署了四项重大科学研究规划，发育与生殖研究位列其中。,2007年欧盟经过长时间的辩论后决定拨款资助人类干细胞研究。而此前，美国总统布什首次动用否决权，驳回胚胎干细胞研究的法案，引起轩然大波。这个事件在科学、 伦理和政治的揪扯下，愈演愈烈，最后终于引

4、发了一场激烈的“文化战争”。 （视频1）,中国人对胚胎干细胞研究的看法比较一致,大多数中国人能够接受此项研究,主要是受儒家思想的影响。儒家很早以前就已经指出，人生出来的时候，人才开始。按照大多数中国人的看法，胚胎还不是人，不涉及人权问题。,7.1 胚胎干细胞（embryonic stem cells, ES细胞）,四个基本问题: 什么是ES细胞？（定义） 如何分离培养ES细胞（建系） 如何鉴定ES细胞？ ES细胞有何应用价值？,受精 卵裂 受精后72h 受精后5-7天 精子+卵子 合子 卵裂球 桑椹胚 囊胚 blastocyst 滋养层胎盘及胎儿附属结构 囊胚 内胚层消化道、呼吸道上皮和腺体；

5、肝；胆；胰。 内细胞团 中胚层结缔组织；血液；肌肉；骨骼；泌尿生殖系统 外胚层体表结构；神经系统,人早期胚胎发育,A blastocyst is,A: A very early stage embryo B: A type of stem cell C: Part of the blood system D: A type of brain cell,定义,胚胎干细胞? 是从早期胚胎内细胞团(或生殖脊)分离，并经体外抑制分化培养所获得的干细胞。 这些细胞能在体外进行长期培养增殖，且保持高度未分化状态和正常二倍体核型，具有发育的全能性，能分化出成体的所有种类的细胞（组织和器官），包括生殖细胞。,

6、胚胎干细胞（embryonic stem cells, ES细胞） 胚胎生殖细胞（embryonic germ cells, EG细胞）,7.1.1胚胎干细胞的研究历程,1981年，Martin Evans 鼠 1995年，Thomson猴 1998年，Thomson 119(7):1001-12.,睾丸细胞：胚胎干细胞的新来源,精原干细胞培养成胚胎干细胞,日本科学家分离培养新生小鼠的精原干细胞，体外抑制分化培养，发现这种细胞有分化增殖的现象，并具有多向分化潜能，在体外能诱导分化成各种体细胞，通过囊胚注射获得了具有种系嵌合能力嵌合体后代。精原干细胞制作为又一种“多能细胞”引起了广泛关注。,制备

7、嵌合体,Pluripotency of spermatogonial stem cells from adult mouse testis.,Nature. 2006 Mar 24,诱导多能干细胞,2006年，Takahashi等通过巧妙的实验设计，从24 个候基因中筛选出4 个与胚胎干细胞多能性更为密切相关的基因Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4，并将它们导入到小鼠胚胎成纤维细胞和鼠尾成纤维细胞，成功地将其重编程为具有胚胎干细胞多能性的细胞诱导多能干细胞 (induced pluripotent stem cell, iPS cell),十年磨一剑,诱导多能干细胞,2007年11月20

8、日，美国威斯康星大学詹姆斯汤姆森的研究小组在科学杂志发表体细胞转变成“诱导性多能干细胞”（iPS细胞）的成果，而日本京都大学教授山中伸弥领导的研究小组也于同日在细胞杂志发表类似的研究结果。 ips细胞的诞生仿佛给沉寂一时的国际干细胞研究打入了一剂强心剂。,视 频 5,Junying YU, James A. Thomson. Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells. Science, 2007, 318(5858): 1917-1920,这项技术可能会诺贝尔奖，这位在美国研究的中国科学家俞君英博士

9、，出生于浙江诸暨，1997年毕业于北京大学，赴美国美国宾夕法尼亚大学留学。2003年进威斯康星大学詹姆斯汤姆森实验室进行研究工作。如果梦想成真，第一位获诺贝尔奖的中国籍的学者是俞氏的一位女性。,诱导性多能干细胞(iPS cells),定义： iPS cells是被重新编程从而进入一个类似胚胎干细胞状态的体细胞。,诱导多能干细胞,人iPS诞生仅一月有余，相关科研成果和技术革新就屡见报端，一些国家及科学界对这种细胞表现出强烈的关注，纷纷制订相关的研究计划。,诱导多能干细胞,“PS细胞”具有和胚胎干细胞类似的功能，却绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍，因此在医疗领域的应用前景非常广阔

10、。这一新技术也被权威科学杂志自然、科学分别评为2007年第一大和第二大科学进展，又在2008年荣登Science十大科技进展榜首。,诱导多能干细胞,由于一些国家明确反对胚胎干细胞研究，使国际上许多有关的干细胞研究处于进退两难的境地。在一些国家陆续宣布禁止胚胎干细胞研究后，这一干细胞研究领域最有前途的研究道路被逐渐堵死，这也大大打击了一些国家的科学家对于干细胞研究的积极性。 而“细胞”的出现则让大家站在了公平竞争的起跑线上，“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞”，国际干细胞研究摆脱了许多顾忌，有关研究的竞争态势日益显现。,诱导多能干细胞,“细胞”研究成果公布不久，一直对胚胎干细胞研究持反对意见的美国白宫迅速

11、发表声明，对这一新成果表示欢迎。似乎是受到了“鼓舞”，美国科学家在这一领域迅速跟进。紧接着美国怀特黑德生物医学研究所的科学家利用“细胞”治疗老鼠的镰状细胞血症获得进展，这是科学界利用“细胞”进行医疗研究的首次尝试。美国哈佛大学科学家又宣布直接从志愿者身上提取皮肤细胞，并将其改造成了“细胞”。,日本是这场竞争的领跑者,日本媒体报道说，围绕干细胞医疗应用的国际竞争必将加剧，因此日本政府对“细胞”表现了极大的热情，希望抓住这样一个能够提高日本科研竞争力的良机。日本文部科学省决心整合全国的干细胞研究力量，在京都大学设立“细胞”研究中心。文部科学省日决定明年投入亿日元（美元约合日元），未来年共计投入亿日

12、元，全力支持“细胞”研究。,竞 争,在“细胞”研究成果正式公布之前，世界第一只体细胞克隆动物多利羊的培育者、英国苏格兰爱丁堡大学教授伊恩威尔莫特就宣布放弃人类胚胎干细胞克隆研究，转而进行“细胞”研究，他认为这种细胞比胚胎干细胞更具潜在优势。 其他不少国家的政府和科学家也都认识到了“细胞”的应用前景，并积极地参与到有关的研究竞争中来。这是造福人类的竞争，在这场竞争中没有“失败者”，受益的应该是全人类。,新方向,诱导方法：（1）不转基因而加入蛋白 （2）小分子化合物 ips机制的研究，主要是表观遗传学方面机制的研究 ips模型的建立，目前已有的模型为猪、鼠、人的干细胞模型，下一步将扩展为猴子、大熊

13、猫等动物。,iPS 细胞的全能性,中国科学院动物研究所研究员周琪领导的研究组和上海交通大学医学院教授曾凡一领导的研究组共同完成的首次利用iPS细胞（诱导性多能干细胞），通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠，从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。,“小小”（Tiny）,小小接过了多利点燃的火炬,研究小组成功培育了27只实验鼠,克隆鼠“小小”三个月大时的照片,1 自我更新的机理，定向分化的机理 2 胚胎干细胞建系（尤为人胚胎干细胞） 3 治疗性克隆 4 胚胎干细胞定向发育成三维器官 5 胚胎干细胞移植的安全性问题,胚胎干细胞的重点研究方向,美国胚胎干细胞研究加速,美国解禁干细胞研究 美国首批胚