生命的奥秘9重建身体ppt课件

生命的奥秘AJourneyintoLife,1,2,重建身体,2,一、干细胞特征和类别1.特征2.类别二、几种干细胞特性1.胚胎干细胞2.成体干细胞3.诱导多能干细胞三、干细胞的应用1.造血干细胞移植2.重见光明3.人类的无性繁殖4.组织器官修复,内容：,3,干细胞是未成熟細胞，它未充分分化，再生各种组织器官和人体的潜在功能;干细胞是有自我更新和分化潜能的细胞。皮肤、小肠和血液等组织需要不断地更新-由干细胞完成的。,4,一.干细胞的特征和类别,1.特征,肠隐窝中的干细胞：Lgr5细胞（绿色）位于肠隐窝基底，数量多且具有增殖性（图中紫色部分为胶原蛋白,4,干细胞的特征,（1）非分化终端。（2）无限地增殖分裂。（3）可连续分裂几代，也可长时间静止状态。（4）干细胞通过两种方式生长-对称分裂：形成两个相同的干细胞；非对称分裂：由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配，一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，作为干细胞保留下来。,5,5,2.干细胞的类别,6,分化潜能：全能;多能;单能干细胞,按发育状态：胚胎;成体干细胞,分化潜能：,6,发育状态分类,7,8,处于发育不同阶段的干细胞,8,1.胚胎干细胞,9,全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞；,囊胚的形成,二、几种干细胞特性,？,9,胚胎的不同阶段,胚泡/囊胚blastocyst,Blastocystinnermasscells,8-cellstage,cleavage,10,11,人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取innercellmass细胞，全能干细胞。每个胚胎可取得15-20干细胞用于培养。,11,胚胎干细胞体外诱导分化,外源诱导因子诱导ES细胞分化诱导因子：维甲酸(RA)、骨形成蛋白BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等转基因诱导ES细胞分化用转基因技术使某种促分化基因在ES细胞中表达、调节其分化与其他细胞共培养诱导ES细胞分化创造细胞分化的微环境,12,全反式维甲酸,12,外源诱导因子诱导胚胎干细胞分化,ProductionofdifferentiatedcellsfrommouseEScellsinculture.,巨噬细胞克隆刺激因子，白介素3，4,成纤维生长因子,双丁酰环磷腺苷维甲酸,维甲酸，胰岛素，甲状腺素,脂肪细胞,巨噬细胞,星型细胞，寡突胶质细胞胞,13,2.成体干细胞,概念：在成体组织内具有自我更新能力并能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞。在特定的条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或按一定程序分化，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。,14,14,15,多能成体干细胞,15,成体干细胞的特点,16,数量少，难以识别、分离纯化体外培养时不能长时间增殖具有可塑性,造血干细胞间充质干细胞精原干细胞神经干细胞表皮干细胞肠干细胞肝干细胞,部分已知的成体干细胞,精原干细胞,造血干细胞,16,干细胞与其外周的分化细胞有固定的组织方式，形成增殖结构单元。,分泌因子、外周的细胞、胞间基质构成干细胞巢,生长期,静止期,生长初期,角质粒状刺状基底,杯状吸收内分泌隐窝潘氏,17,3.逆转生命的时钟-体细胞的重编程,2012年诺贝尔生理医学奖,核移植,体细胞重编程的经典方法有4种:核移植、转录因子诱导、细胞融合、胞质孵育。,18,获取乳腺组织细胞,降低血清浓度，获得G0期细胞,19,宠物克隆,北德克萨斯女士的猫LittleNicky,2004由GeneticSavings&Clone公司，花费US$50,000。一条狗Missy2008年被克隆。加尼福尼亚人的狗Booger，由SNL(Korea)克隆成5条，花费50K马以2006克隆，花费US$150KHumans?Dinosaurs?Mammoths?,20,诱导多功能干细胞,2012年诺贝尔生理医学奖,细胞融合小鼠囊胚内细胞团细胞、胚胎干细胞、胚胎癌细胞,具有很强的自我更新能力,由此引发了人们通过细胞融合实现重编程的研究。但细胞融合产生异核体或杂种细胞,不能用于再生治疗。,21,诱导多能干细胞（inducedpluripotentstemcells,iPScells）,d.胞质孵育多能干细胞的提取物诱导体细胞的分化,22,23,诱导式多能性干细胞实验流程,嵌合鼠的不同组织中的iPS细胞发育成相邻的组织,23,诱导多能干细胞(iPS)出现的重大意义,基因调控和发育帮助理解疾病机理,理论：,实践：,绕开了胚胎干细胞的伦理限制取材便利,24,三.干细胞的应用,1.骨髓移植2.器官修补更新,25,25,组织修复：受到破坏的脑组织：阿茨海默病和帕金森病脊髓损伤血液病：白血病，再障皮肤：烧伤I型糖尿病黄斑变性,治疗疾病,26,27,干细胞的应用,骨质疏松和骨折,关节炎,脊髓损伤,糖尿病,帕金森病,心力衰竭,骨髓移植,27,1976年EdwardDonnallThomas报道100例晚期白血病病人经HLA相合同胞的骨髓移植后，13例奇迹般长期生存。应用骨髓移植治疗白血病，再生障碍性贫血等方面取得巨大成功。Thomas获得了1990年度的诺贝尔医学奖。,28,骨髓移植,1.造血干细胞移植,28,29,造血干细胞的分化,29,30,造血干细胞的采集：粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子，刺激骨髓造血干细胞不等分裂，并将干细胞动员到外周血中，利用带抗CD34抗体的磁珠吸附血液中的造血干细胞，待用，其它血液成份回输捐献者体内又称为外周血干细胞移植。,造血干细胞（hematopoieticstemcells）能自我更新、能分化成不同的血液细胞。主要来自骨髓。,30,外周血造血干细胞移植步骤,31,1.主要组织相同抗原配型HLA-I,HLA-II等位基因匹配血源性恶性瘤清除受体大剂量放化疗+补充血小板防止内出血）采集外周血造血干细胞造血干细胞输入到受体体内细胞定居骨髓。（白细胞3000/mm3出院）,31,造血干细胞移植的关键制约因素,存在于人体有核细胞表面，用于免疫系统识别“自己”和“非已”标志。如果HLA不一致将诱发免疫排斥反应。,32,人类白细胞抗原Humanleukocyteantigen,HLA,配型,捐献者中与患者的HLA相合率：同卵(同基因)双生兄弟姐妹为100%，非同卵(异基因)双生或亲生兄弟姐妹是1/4。非血缘的单个HLA型别中，相合几率是1/400-1/10000。,32,中国造血干细胞捐献者资料库（简称中华骨髓库）,需造血干细胞移植的患者数百万人，移植需要HLA型匹配。否则产生移植物抗宿主反应，危及生命。资料库容量越大，匹配机会就越多。,33,？,33,34,34,自体造血干细胞移植,小剂量服用化疗药物注射粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子动员造血干细胞到血液中并收集体外抗癌处理干细胞，清除癌变造血干细胞病人大剂量放化疗回输自体造血干细胞,35,（1）角膜再生,2.重见光明,右图为21岁病人活体取右眼角膜上皮，体外培养后移植到干细胞缺损的左眼,左上：3x4mm缘结膜上皮剥取右上：一周后伤口缩小到2x1mm左下：十天后伤口小缝右下：两周后完全长好,36,取对侧角膜边缘未损害的边缘干细胞（limbalstemcell)，1-2mm2组织体外培养，添加3T3-J2为饲养细胞和纤维蛋白体外诱导为角膜后移植到病人眼中取,自体或异体角膜上皮体外培养系统,2015年意大利干细胞治疗产品Holoclar治疗角膜缘干细胞缺损获批欧盟,37,112例自体边缘干细胞移植治疗眼部灼伤(ocularburns)。76.6%获得成功，46例复明。,38,总结,角膜缺损可由角膜缘干细胞再生角膜缘干细胞在体外环境中可以再生为角膜再生角膜可以移植可以实现自体或异体角膜再生移植,39,Pax6在小鼠眼部发育和晶状体发育中重要作用,绿色的为Pax6表达细胞，蓝色为DAPI细胞核荧光染料A矢状的切表示pax6在晶状体的表达，Bpax6杂合子的右手列可见晶状体纤维是形成，C无pax6表达的眼睛,（2）晶状体再生,40,兔子晶状体细胞的体外培养,A。PAX6，SOX2蛋白表达阳性的兔子晶状体细胞B类晶状体体外形成c.类晶状体,晶状体上皮细胞(lensepithelialcell,LEC),41,兔眼微创手术证实晶状体再生,A.1.2mm2晶状体微创b.裂隙灯检查晶状体再生c.7周后晶状体愈合，可见眼底,42,28d,兔眼的晶状体再生,晶状体干细胞在囊袋中分布和生长,前面,后面,LEC：晶状体表皮干细胞,术后7周兔晶状体Pax6蛋白染色，示干细胞,43,微创手术治愈先天性白内障congenitalcataract,微创手术移除部分晶状体组织，保持晶状体囊袋的完整,每年人工晶体植入2000万人,44,C.眼前节分析系统显示六月后囊袋中的晶状体组织重生，眼底有光D.六月后双凸透镜形成，眼底清晰。,指出图中的不同点？,45,总结：兔眼的晶状体发育体外培养晶状体干细胞可以形成晶状体取走兔眼晶状体，再生晶状体4.取走人眼晶状体，再生晶状体,46,3.人类的无性繁殖,胚状体中的绿色细胞表明存在SOX17基因,在囊胚中，一些细胞形成了内细胞团(胎儿)，另一些则形成外壁(胎盘)。内细胞团-多能干细胞一小部分会变成原始生殖细胞(primordialgermcells，PGCs)，具有分化成为生殖细胞(精子和卵子)的潜力。,47,成熟精子和卵子细胞的关键基因SOX17导入人胚胎干细胞,激活人类原始生殖细胞BLIMP1抑制体细胞基因表达,SOX17基因,CD38人类原始生殖细胞表面标记,无性生殖？,48,4.组织器官修复,组织工程：开发能够修复、维持或改善损伤组织的人工生物替代物。,49,待移植病人已移植病人,器官移植统计数据,人造组织：利用人体自身细胞，使原先缺损的组织和器官沿着设计好的支架、模型顺其自然地成长起来。,三要素：细胞：增殖、分化、自组装成组织和器官生长因子：调节细胞的增殖和分化胞外基质：支撑和指导细胞增殖、分化,49,人干细胞相关细胞产品的安全性评估起始原料（startingmaterial），细胞的复制差异性（reproducibledifferentiation）细胞生产过程进行评估，细胞产品的均一性和体内特性评估（生物分布性（biodistribution）、致瘤性（tumorigenicity）、毒性（toxicity）免疫原性（immunogenicity）等指标）,50,干细胞产品移植要求：充分增殖并产生足够量的细胞供给组织重建能够分化为既定细胞类型移植后能够在受体上存活并整合到周围组织中去能够发挥功能避免对受体造成伤害，也避免免疫排斥问题,51,自体软骨组织修复,治疗：股骨头软骨部分缺损,Genzyme公司,Genzyme公司的Carticel产品,1.取健康软骨骨膜2.体外扩增千万级软骨细胞3.种植细胞在覆盖健康骨膜的缺损面,损伤,活体取健康软骨,52,清理损害软骨,缺口缝合健康骨膜,剥离健康骨膜备用,骨科手术,53,54,第一种方式：治疗性复制(therapeuticcloning)，也就是利用体细胞核转移(SCNT)的技术，病患本身的体细胞DNA微注射至去核卵子里，从得到的囊胚里分离出胚胎干细胞。第二种方案：将体细胞经iPS变成胚胎干细胞。,订做干细胞,纤维母细胞,卵子,体细胞核移植,囊胚,核移植-胚胎干细胞,分化,54,利用胎儿成纤维细胞核与去核卵子形成囊胚和胚胎干细胞,2013,胎儿纤维母细胞未处理的低质量囊胚（内细胞团不明显，部分细胞外溢）C.直接进行核移植的多核卵子。可见原卵子和供体细胞的纺锤体。D.Caffeine处理后的体细胞纺锤体。E.Caffeine处理后囊胚。F.收集培养后的胚胎干细胞。,55,定制治疗用iPS实验流程,56,干细胞治疗安全么？,56,57,人工动脉管：聚合物管状骨架+血管内皮细胞人工角膜：用医用高分子材料制成的类似人体角膜的产品。人工角膜一般包括光学镜柱和周边支架两部分。要求具有良好的组织相容性。,TransCyte皮肤替代物：它由取自皮肤真皮或表皮层的细胞在一个生物可降解的聚合物上生长而成。TransCyte能作为创口的临时覆盖物，可用于2度或3度烧伤的病人。,其它人体组织器官类商业产品,57,3D打印技术即3D打印，是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。,58,3D打印组织器官,58,3D立体打印技术,1986年，CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”设计制造出3D