干细胞与组织的维持和再生医学PPT.ppt

干细胞,主要内容,第一节干细胞概述第二节胚胎干细胞第三节组织干细胞第四节干细胞与医学,StemCellandTissueRegeneration,第一节干细胞概述,一、干细胞的存在二、干细胞的形态和生化特征三、干细胞的增殖特性四、干细胞的分化特性五、干细胞生理活动的微环境,StemCellandTissueRegeneration,干细胞：是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。存在部位：个体发育全过程中的各种组织中。功能：生长发育、组织器官的结构和功能的动态平衡，损伤后的再生修复。,一、干细胞的存在,(一)干细胞(stemcell)的存在,StemCellandTissueRegeneration,胚胎发育和个体形成,精子穿卵受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4月胚胎,StemCellandTissueRegeneration,1.全能干细胞（totipotentstemcell）,(二)干细胞的类型,8细胞期之前的胚胎细胞，可发育为完整个体,StemCellandTissueRegeneration,一、干细胞的存在,有分化为成熟个体中所有类型细胞的潜能，但不能形成完整个体,也称胚胎干细胞（embryonicstemcell，ES细胞）内细胞团细胞。,2.多能干细胞（pluripotentstemcell）,3.组织特异性干细胞（tissuespecificstemcell）,概念：专能性干细胞(multipotentstemcell)、成体干细胞(adultstemcell)。功能：参与发育，并持续存在于个体的整个生命过程。实现所在组织中细胞的新旧更替，维持组织器官结构和功能的动态平衡。,StemCellandTissueRegeneration,一、干细胞的存在,StemCellandTissueRegeneration,胚胎干细胞的来源与早期分化,StemCellandTissueRegeneration,二、干细胞的形态和生化特征,1.干细胞的形态特征,原始细胞特征：呈圆形或椭圆形；体积小；核质比大；细胞器不发达。,StemCellandTissueRegeneration,二、干细胞的形态和生化特征,2.干细胞的生化特性,高端粒酶活性；生化标志，nestin为神经干细胞标志。,三、干细胞的增殖特征,1.干细胞的增殖速率具有缓慢性,StemCellandTissueRegeneration,有利于干细胞对特定的外界信号作出反应。减少基因突变的危险，有更多时间校正复制错误。,2.干细胞增殖系统具有很强的自稳定性,自稳定性,三、干细胞的增殖特征,对称分裂不对称分裂：干细胞维持自身数目恒定的基本方式,干细胞的不对称分裂A干细胞的简单不对称分裂B.干细胞的种群不对称分裂,四、干细胞的分化特征,1.干细胞分化的谱系限定性,2.干细胞分化的可塑性,四、干细胞的分化特征,a.去分化；b.转决定；c.转分化；d.直接诱导分化,细胞重编程的主要策略,A体细胞核转移（SCNT）；B.细胞融合;C.iPS细胞；D.谱系转化,五、干细胞生理活动的微环境,“干细胞巢”(stemcellniche)：由干细胞及其外围细胞、参与其增殖分化调控相关因子组成，具有动态平衡特性的局部环境。,成骨细胞mTORC1活化小鼠骨髓血管形成减少,30,CtrlTsc1KO,成骨细胞mTORC1抑制小鼠骨髓血管形成增加,31,CtrlRaptorKO,成骨细胞mTORC1促进Cxcl9分泌抑制骨髓血管形成,32,NatCommun,Accepted,第二节胚胎干细胞,一、胚胎干细胞的生物学特性二、胚胎干细胞的体外分化,一、胚胎干细胞的生物学特征,StemCellandTissueRegeneration,二、胚胎干细胞的生物学特征,1、生化特征胚胎阶段特异性抗原(SEEA)、碱性磷酸酶、端粒酶,2、分化潜能多能干细胞，分化为内、中、外胚层,金标准嵌合体试验：,二、胚胎干细胞的体外分化,StemCellandTissueRegeneration,脂肪,骨骼,骨髓基质,肌腱，韧带,基因传递,软骨,心肌,生物制药,第三节组织干细胞,一、造血干细胞二间充质干细胞三、神经干细胞四、肝干细胞五、精原干细胞,目前已分离或鉴定的组织干细胞：造血干细胞(hematopoiesisstemcell，HSC)；间充质干细胞(mesenchymalstemcell,MSC)；神经干细胞(neuralstemcell,NSC)；肝干细胞(liverstemcell)；皮肤干细胞(epidermalstemcell)；小肠干细胞(intestinalstemcell)；角膜的干细胞(cornealstemcell)；肾脏干细胞(renalstemcell)；肌肉干细胞(myogenicstemcell)；胰腺干细胞(pancreaticstemcell)；肺脏干细胞(lungstemcell)。,StemCellandTissueRegeneration,组织干细胞示意图,一、造血干细胞,1961年Till和McCulloch首次通过小鼠脾集落形成实验证实了造血干细胞（hematopoiesisstemcell，HSC）在成体内的存在。,小鼠脾集落形成实验,造血干细胞的分化,存在骨髓腔中，可分化为多种间充质组织：如骨、关节、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓基质等。,二、间充质干细胞,MSC,地塞米松、-磷酸甘油、Vc和含有10%FBS,脂肪细胞,软骨细胞,TGF3，无血清培养,成骨细胞,1-甲基-3-异丁基黄嘌呤、地塞米松、吲哚美辛,三、神经干细胞,具有自我更新及分化产生成熟脑细胞的能力。生物学标记：中间纤维nestin。可从嗅球、海马、下脑室、脑干、大脑等部位获得,StemCellandTissueRegeneration,Nestin是神经干细胞的生物学标,中枢神经系统的成体干细胞分化成神经元(蓝色,左上),星形胶质细胞(棕色)，以及少突胶质细胞(蓝色，左下).,人神经干细胞表达nestin(绿色).,成年哺乳动物SVZ部位NSC的微环境与神经发生过程,成年哺乳动物SGZ部位NSC的微环境与神经发生过程,肝索细胞是个体发育中的肝干细胞(liverstemcell),四、肝干细胞,小鼠肝干细胞系LEPCs,StemCellandTissueRegeneration,诱导后的小鼠肝干细胞系（LEPCs）具有成熟肝细胞的形态学特征,培养在Matrigel基质胶中的LEPCs具有胆管细胞的形态特征,1.精原干细胞存在于曲细精管的基底膜。是精子发生的细胞基础,五、精原干细胞,2.精原干细胞的分化具有一个复杂的调控机制,A1精原细胞是精子生成过程中不可逆的调控点。,StemCellandTissueRegeneration,五、精原干细胞,第四节干细胞与医学,一、干细胞与器官和个体衰老二、干细胞与肿瘤的发生和复发三、干细胞与组织再生四、干细胞在疾病治疗中的作用,StemCellandTissueRegeneration,一、干细胞与器官和个体衰老,衰老是组织器官中细胞更替能力的降低。随着年龄增长，组织干细胞的特性改变。骨髓造血干细胞移植病人，供体年龄越大，成功率就越低,二、干细胞与肿瘤的发生和复发,肿瘤的发生被认为起源于其组织中的组织特异性干细胞的可能性较大。,StemCellandTissueRegeneration,肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织中的一小部分具有干细胞性质的细胞群体，具有自我更新能力、肿瘤形成能力和分化为不同分化程度肿瘤细胞的能力，对肿瘤的发生、转移、恶化和复发起决定性作用。,三、干细胞与组织再生,机体修复组织器官损伤的现象叫做组织再生。在成年个体中，机体根据组织损伤程度的高低，启动不同分化等级的细胞的增殖与分化的程序，来实现其修复的需求。,StemCellandTissueRegeneration,四、干细胞在疾病治疗中的作用,细胞治疗是将正常的干细胞或由其分化产生的功能细胞植入病变部位代偿病变细胞丧失的功能。干细胞提供了可用于移植的细胞。,RegenerationofnewtissuesfromourowncellswillnotbefarbehindScience,December6,2002:1901,