【医学课件大全】干细胞与人造肝脏

干细胞与人造肝脏 Stem Cell and Artificial Liver,05级生物技术系2班 张高建,肝脏在人体位置和形态结构:,肝脏位于人体右上腹，并占据上腹的一部分，小部分位于左上腹。 大部分肝为肋弓所覆盖，仅在腹上区、右肋弓间露出并直接接触腹前壁，肝上面则与膈及腹前壁相接。从体表投影看，肝上界在右锁骨中线第5肋骨，右腋中线平第6肋骨处；肝下界与肝前缘一致，起自肋弓最低点，沿右肋弓下缘左上行，至第8、9肋软骨结合处离开肋弓，斜向左上方，至前正中线，到左侧至肋弓与第7、8软骨之结合处。一般认为，成人肝上界位置正常的情况下，如在肋弓下触及肝脏，则多为病理性肝肿大。幼儿的肝下缘位置较低，露出到右肋下一般均属正常情况。,肝脏示意图,肝脏形态示意图,肝脏结构图,肝脏的功能,在人体内，肝脏肩负着非常重要的功能，有人把肝脏比喻成人体的“化工厂”，还是非常确切的。肝脏结构复杂，功能强大，在肝内进行的生物化学反应多达500种以上，这些生化反应与肝功能是与人的生命活动息息相关的。肝脏除了参与糖、脂肪和蛋白质三大物质代谢外，它的重要功能之一是分解由肠道吸收或身体其他部分产生的有毒物质，以无害物质的形式分泌入胆汁和血液继而排出体外。肝脏的另一重要功能是合成许多重要化合物和特殊蛋白，满足机体的各种功能需求。,肝脏的主要功能：,1 物质代谢功能: 糖代谢 .脂肪代谢.蛋白质代谢 2肝脏对胆汁生成及胆红素排泄的作用 3解毒功能 4维生素代谢 5激素代谢 6防御功能 7制造凝血因子,肝细胞,肝脏是由肝细胞组成，并有丰富的血管网，呈红褐色，质软而脆，易受暴力打击而破裂，引起致命性大出血。肝细胞极小，肉眼看不到，必须通过显微镜才能看到。人肝约有25亿个肝细胞，5千个肝细胞组成一个肝小叶，因此人肝的肝小叶总数约有50万个。肝细胞为多角形，直径约为20-30加(微米)，有6-8个面，体积约4g0皿3，不同的生理条件下大小有差异，如饥饿时肝细胞体积变大。,肝细胞,每个肝细胞表面可分为窦状隙面、肝细胞面和胆小管面三种。肝细胞里面含有许许多多复杂的细微结构：如肝细胞核、肝细胞质、线粒体、内质网、溶酶体、高尔基氏体、微粒体及饮液泡等组成。每一种细微结构都有极其重要而复杂的功能，这些功能保证了人的生命的存在，保证了人能够活下去。,肝细胞形态图,肝细胞形态图,肝细胞形态图,人造器官基本知识,人造器官在生物材料医学上是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料;或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。 人造器官主要有三种：机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官、生物性人造器官。,人造器官,械性人造器官是完全用没有生物活性的高分子材料仿造一个器官，并借助电池作为器官的动力。 半机械性半生物性人造器官是将电子技术与生物技术结合起来的仿生器官,生物性人造器官,生物性人造器官是利用动物身上的细胞或组织，“制造”出一些具有生物活性的器官或组织。生物性人造器官又分为异体人造器官和自体人造器官。比如，在猪、老鼠、狗等身上培育人体器官的试验已经获得成功；而自体人造器官是利用患者自身的细胞或组织来培育人体器管。,人造器官,前两种人造器官和异体人造器官，移植后会让患者产生排斥反应，因此科学家最终的目标是患者都能用上自体人造器官. 重点看利用干细胞制造的人造肝脏（自体人造器官）,干细胞,干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称之为“万用细胞”。人类寄希望于利用干细胞的分离和体外培养，在体外繁育出组织或器官，并最终通过组织或器官移植，实现对临床疾病的治疗。,干细胞,干细胞有两大类：一是胚胎干细胞，二是成体干细胞。胚胎干细胞一直被视为有分化成全身各组织器官的能力，如心、肝、肺和肠；骨骼、血液和肌肉；皮肤、眼睛和神经系统等。而成体干细胞主要分布于骨髓、血液、大脑、胰腺等处。其作用有限：一是功能固定，如骨髓中的造血干细胞只是分化成各种血液细胞；二是数量有限，较难分离和提纯；三是全能性低于胚胎干细胞，也就是说分化成各种类型的组织细胞的能力有限。,现在脐带血干细胞得到广泛应用,脐带血是从脐带和胎盘采集的血，其中含有丰富的脐干细胞，即脐带血干细胞是一种成体干细胞，但具有较强的分化能力 脐血干细胞主要是脐血造血干细胞,脐血造血细胞的主要特征有：,1）能在体外长期存活； 2）具有广泛的增殖能力，这可能是由于它们具有快速脱离细胞周期G0/G1期的性质； 3）作为以逆转录病毒为媒介的高效基因转移的理想靶细胞。,生产步骤,干细胞的提取分离干细胞的培养（增殖和分化）成为人造器官(肝脏)（移植）,干细胞的提取,现在的干细胞提取技术是体细胞核转移技术，俗称“治疗性克隆”。它是将体细胞的细胞核注入去掉细胞核的卵细胞内，然后让这种新组合而成的细胞发育成胚泡（早期胚胎），再从胚泡中提取干细胞。这种干细胞携带的是体细胞提供者的基因。 但是运用这种技术，一个早期胚胎在提取干细胞后就被废弃，部分反对“治疗性克隆”的人士因此认为，这种技术相当于摧毁一个未来的生命，这也是围绕“治疗性克隆”的伦理争议根源所在。,不破坏胚胎就能提取胚胎干细胞的新技术,2006年8月，英国自然杂志公布了一项新的技术突破，美国科学家在不损伤胚胎的情况下，成功提取了人类胚胎干细胞。新的干细胞提取法只需要在胚胎发育的最初阶段提取一个细胞，而胚胎中的其余细胞可以继续发育成胎儿。,干细胞的培养,相关具体机理尚处研究中；操作性强 对生存微环境要求苛刻 受bFGFSNPNOV等物质的影响,干细胞的培养举例（人工支架）,科学家已经可以在培养皿中培养细胞，而且已成功地促使干细胞生长、分化为不同类型的组织。但是，由干细胞培养的组织细胞到一定程度后，便好像不再继续生长发育了，即干细胞不能够进一步构建为器官样的复杂组织结构。干细胞很可能需要一个更自然的三维空间环境，使之能在其中生长、分化。美国罗勃特-朗杰和舒拉米特-理文伯格他们用可生物降解的聚合物，制作了一个人工支架，以给干细胞生长提供足够的物理性支持，从而使细胞聚集和组织为更大型的结构。人工支架为含有毫米大小孔径的海棉状支架。朗杰和理文伯格等设计在人工支架不同部位，应用不同的生长激素，然后在支架上种植干细胞。几天之内，干细胞便增生，并开始分化。结果，朗杰和理文伯格等在人工支架中应用激素的相应区域，发现了神经组织、软骨和肝脏细胞。朗杰和理文伯格等然后将载有干细胞分化组织的支架，种植到抑制了免疫系统功能的小鼠皮下。两周之后，他们惊讶地发现，人工组织中长出了新生血管，并且将其与小鼠脉管系统联系起来。更令人振奋的是，该人工组织仍然继续产生人类神经、软骨、肝脏细胞的蛋白。同时，人工支架本身则缓慢降解。,不含有干细胞(左)和含有干细胞（右）的人工多聚物支架。,最新研究成果,据英国每日邮报年10月31日报道，英国科学家采用婴儿脐带血中的干细胞，于日前成功培育出了世界首个“人造肝脏”组织。虽然目前它只是一块如硬币大小的“迷你肝脏”，可是一个功能完善、可供移植的完整人体肝脏将有望在未来15年内培育出来。,下图为人造肝脏 上图为两位发明者,培育步骤,据悉，这种在实验室中培育人体肝脏的方法总共分为四个步骤：第一步，利用试管从出生仅几分钟的婴儿脐带血中分离出干细胞；第二步，将这些干细胞放入一个“生物反应器”之中。这个由美国宇航局开发的电子装置可以在地面上模拟出零重力下的实验环境，而通常在失重的环境中，细胞分裂繁殖的速度要比常态下快得多；第三步，在细胞繁殖的过程中，科研人员适时加入各种荷尔蒙和化学物质，从而诱使干细胞转化成为肝脏组织；第四步，继续培育得到的“迷你肝脏”，使其生长为一块重量约为1.4公斤，体积约为23厘米15厘米13厘米的完整肝脏。,第一步利用试管从出生仅几分钟的婴儿脐带血中分离出干细胞,第二步将这些干细胞放入一个“生物反应器”中培养,第三步适时加入各种荷尔蒙和化学物质，诱使干细胞转化成肝脏组织,第四步继续培育得到的“迷你肝脏”，使其生长为一块完整肝脏。,是利用试管从出生仅几分钟的婴儿脐带血中分离出干细胞之前，曾有科学家利用胚胎干细胞培育出肝脏细胞.这一次，纽卡斯尔大学首次用脐带血中的干细胞培育出具有相当体积的肝脏组织，不能不说是历史上的一大突破。因为在胚胎上提取干细胞就意味着杀死胚胎，从这点上讲，利用脐带血也更符合伦理,干细胞的提取,干细胞的培养,将这些干细胞放入一个“生物反应器”之中。这个由美国宇航局开发的电子装置可以在地面上模拟出零重力下的实验环境，而通常在失重的环境中，细胞分裂繁殖的速度要比常态下快得多。在细胞繁殖过程中，他们适时加入各种荷尔蒙和化学物质，诱使干细胞转化成为肝脏组织。继续培育得到的“迷你肝脏”，使其生长为一块完整肝脏。,意义,“人造肝脏”问世后，首先获益的领域是新药检测。作为纽卡斯尔大学再生医学领域的权威教授，科林麦克古金说：“我们成功从脐带血中获得干细胞并培育出小型的迷你肝脏，从此，制药公司可以利用这种（人工）肝脏组织进行新药测试。”他预计，两年内，人造肝脏就可以用于新药检测，从而避免了活体试验的风险。,展望15年内育出完整肝脏,纽卡斯尔大学科学家取得的突破性进展，给肝脏疾病专家带来了好消息。“英国肝脏基金”