人的胚胎干细胞及其研究进展.ppt

人的胚胎干细胞及其研究进展 周学宝 吴敏 谢国良 周海俊 张同同 许磊涛 杨雷 卜令娜 徐臣超 摘要 胚胎干细胞具有自我复制并分化为人体各种功能细胞的潜能 胚胎干细胞具有的独特生物学特性使其被广泛应用于生物学研究的各个领域 已成为研究人类早期胚胎形成 药物筛选以及基因治疗的最佳工具 他潜在的医学应用已成为世界范围内的热点 但是由于胚胎干细胞的来源为移植前的早期胚胎 人胚胎干细胞自诞生之日起就倍受争议 本文将从人胚胎干细胞的来源 特征 应用前景以及研究中存在的困难给予概述 关键词 胚胎干细胞 自我更新 再生 Abstract Embryoniccellsareabletoself renewanddifferentiateintoallkindsofhumancells Duetotheiruniqueproperties EScellsareusedindiversefieldsofbiologicalresearch EScellsarebecomethebesttollfortheresearchinhumanearlygermlayerspecificationandorganogenesisdurgscreenandgenetherapy meanwhile theirpotentialmedicalapplicationbecomearesearchhot potworldwidly SincepreimplantationeggsaresourcetogenerateEScells theuseofembryonicstemcellsisthereforecontroversial ThisreviewwilloutlinecharacterizationofEScells theapplicationsofthecellinthreating diseases aswellasethicalissuesrelatedtohumanEScellsresearch Keywords Embryoniccell applicationself renew 胚胎干细胞的研究是最近几年生命科学研究领域发展最快和最受重视的前沿生物技术之一 干细胞的研究成果被 science 杂志评为1999 2000 2003年年度世界 十大 重大科技进展之一 是取为引人注目的科技成果之一 胚胎干细胞图 一 胚胎干细胞的基本知识 1什么是胚胎细胞在胚胎发育的早期 动物囊胚中存在一群尚未分化的原始细胞 称为内细胞团 这些细胞体外培养就成为胚胎干细胞 它具有无限的自我更新和能分化为一种以上高度分化的了细胞的能力 胚胎了发育始于受精卵 它可以发育为完整个体 当受精卵分裂到8 16个细胞形成一个实心球体时 称为桑葚胚 这已经是多细胞了 称为桑葚胚 桑葚胚进入子宫分裂成为由一层滋养层细胞围成 一端为内群细胞 内群细胞是个发育的起始细胞 虽然它们失去了发育成完整个体的能力 但具有发育分化为包括生殖细胞在内的成人三胚层所有组织细胞的能力 受精后的第三个星期 2 胚胎干细胞的形态结构与生长特性 人胚胎干细胞圆形 较小 直径为15um 20um 细胞核大 核质比高 有一个或多个核仁 细胞多为常染色质 核仁正常 细胞结构简单 但其中散在分布着大量核糖体和线粒体 胚胎干细胞体外抑制分化生长 形似培养时量集落状态鸟巢 细胞紧密堆积 难以看清细胞的轮廓 集落边界清晰 有折光性 立体感强 胚胎干细胞的分裂增殖的特点 胚胎干细胞的分裂增殖有一个非常重要的特点 就是在一定的条件下 它们分裂产生的子代细胞不仅形状和功能完全相同 而且它们的基因表达图谱也完全一致 这就是胚胎干细胞的自我复制 自我复制是胚胎干细胞基本特性之一 3 胚胎干细胞分化潜能 将胚胎干细胞接种于免疫缺陷的同一品系动物体内时 可以形成含三胚层的畸胎瘤 通过手术取瘤 用常规方法制作切片 染色并观察分化结果 结果显示分化潜能高的细胞分化迅速 分化细胞类型多 而在体外时将胚胎干细胞消化离散并制成悬液 培养在铺有明胶的培养基中 胚胎干细胞最终分化成两种结果 一部分细胞聚集帖壁生长 最后 约十天 分化成神经 肌肉等不同类型的细胞 还有一部分细胞则悬浮聚集 形成简单胚体 分化成外部的外胚层样细胞和内部的干细胞 继续培养 十天以后 会形成圆泡状并含空腔的囊胚层 4 胚胎干细胞的来源 胚胎干细胞的来源于体外的受精后发育到囊胚期的细胞团 此外还可用体细胞核移植技术制造具有与供体细胞基因完全相同的胚胎干细胞 把已分化体细胞的核注入到一个卵细胞中 重新启动已分化的供体细胞核的原始发育程序 使其发育成为囊胚后 再从中分离胚胎干细胞 这就是常说的治疗性克隆技术 也叫体细胞核移植技术 体细胞核移植技术 这种用体细胞核移植技术制造的胚胎干细胞与供核的体细胞具有相同的基因组 因此利用此技术可以建立与宿主遗传背景几乎完全相同的胚胎干细胞 用后者作为移植细胞的来源就能从根本上面克服免疫排斥 胚胎干细胞获取示意图 二 胚胎干细胞的应用 生命最大的奥秘便是人如何从一个细胞发育为复杂得不可思议的生物体 人类胚胎干细胞系的建立及胚胎干细胞的研究可以帮助我们了解人类发育过程中的复杂事件 并深刻认识一直困扰着胚胎学家的一些基本问题 促进对人类胚胎发育细节的基础研究 1 揭示人体的发育机制及其影响因素 2 药学研究 1 胚胎干细胞系可以分化为多种细胞类型 是能在培养基中不断自我更新的细胞来源 胚胎干细胞可用于药物或化学产品的效能和毒性检测 是毒理学研究的有效工具 可以减少试验动物的使用数量 2 胚胎干细胞还是基因治疗的理想靶细胞 人的胚胎干细胞即使遗传操作仍能稳定地进行自我复制 同时可在体外筛选表型正常的细胞作为导入外源基因的载体 为克服目前的基因治疗的主要障碍开辟了新途径 3 胚胎干细胞最深远的潜在用途在于它可能成为细胞替代治疗和器官移植的新来源 胚胎干细胞的无限复制能力和全能分化能力解决了替代治疗的两大难题 例如某些I型号糖尿病患者胰岛内的所有功能细胞都遭到破坏 胚胎干细胞能在体外有效地分化为胰岛的所有细胞类型 利用组织工程技术 移植到患者体内 有可能从根本上治疗这种疾病 3 研究干细胞定向分化 制造组织器官 胚胎干细胞最激动人心的潜在应用是修复甚至替代丧失功能的组织和器官 因其具有的分化成构成机体的所有类型组织细胞的能力 任何细胞损伤或病变引起的疾病都可用其分化而来的特异组织细胞或器官移植来治疗 如中风 心脏病 糖尿病 肝炎等 三 最新研究进展 我国科学家在人胚胎干细胞建系方面取得最新进展 2002年11月16日 中山大学附属第二医院正式宣布 第一株中国人胚胎干细胞系建系成功 他们在国内首次成功诱导胚胎干细胞发育成为造血干细胞 这一成果对将来在临床 开展胚胎干细胞来源的造血干细胞移植探索 将具有重要的科学意义 北大深圳医院的科学家在人胚胎干细胞向生殖细胞分化的研究方面取得最新进展 目前暨南大学医学院血液研究所研究人员已经有胚胎干细胞诱导分化出血细胞 心肌细胞神经细胞等 据最新研究证实 人的胚胎干细胞可在体外诱导分化成胰岛素分泌细胞 我国成功利用胚胎干细胞构建新药筛选模型 该模型不仅可以重现胚胎心肌发育过程的全部生物信息 反映人类疾病的发生机制和发展过程 研究人员成功地将胚胎干细胞体外定向分化而成心肌细胞 并在此基础上首次利用胚胎干细胞成功地构建了新药筛选模型 最近 美国科学家在利用干细胞治疗疑难顽症领域取得了一项重大进展 美国学者首次利用干细胞疗法恢复了瘫痪大鼠跑动的能力 根据2006年7月份的 神经学期刊 报道 这一突破性成果是美国约翰斯 霍普金斯大学取得的 科研小组下一步准备以猪为对象进行实验 科研人员采集的胚胎干细胞 美国哈佛大学2006年6月6日宣布 学校将启动用于治疗目的的人类胚胎干细胞克隆研究项目 哈佛大学教务长史蒂芬 海曼说 我们确信胚胎干细胞克隆研究有巨大前景 此次哈佛大学启动的胚胎干细胞研究项目旨在寻找糖尿病 运动神经元疾病和血液病的治疗办法 英科学家利用胚胎干细胞成功制造软骨 近日 英国伦敦帝国学院的科学家成功地利用人类胚胎干细胞培养出了软骨细胞 文章的第一作者ArchanaVats博士说 利用干细胞培养软骨的技术在临床研究中具有巨大的应用价值 股间的连接部位就是软骨 Cartilage 目前英国的老龄化问题越来越严重 长寿不可避免地成为备受关注的话题 在此之前 医生也能进行关节移植 却不能移植软骨 而更换软骨后就可以避免再对关节进行移植 研究人员在特定系统实验室的有盖培养皿中培养人类胚胎干细胞 进而促使其变成软骨细胞 股间的连接部位就是软骨 胚胎干细胞疫苗可抗肺癌 据 自然 杂志网站近日报道 美国肯塔基州路易斯维尔大学的首席研究员约翰 伊顿发现 在晶胚和肿瘤之间存在类似之处 受此启发他研制出了胚胎干细胞疫苗 2006 11 13 肺泡模式图 资料图片 据美联社10月22日报道 他们在 自然医学 杂志上撰文称 干细胞移植显然有助于老鼠恢复健康 但其中一些细胞开始以不同与其它细胞的方式生长 最终有可能导致肿瘤形成 胚胎干细胞移植或可引发脑瘤 四 胚胎干细胞的未来 胚胎干细胞研究是21世纪生命科学的一大热门课题 假设你的亲人或者朋友患有糖尿病或其他严重的组织缺损性疾病 人们可以从他身上任何部位取下一些体细胞 通过核移植技术 将其体细胞显微注射到去核的人卵细胞中 通过电压诱导这个改良的卵子加以复制 几天后便可培育出与供者基因相同的 胚胎干细胞 再据需要在体外诱导它产生胰岛细胞 心肌细胞等 将这些细胞移植到发病部位 则能修复患者的组织或器官 解除患者的痛苦 目前关于移植治疗的研究还停留在细胞代替阶段 体外组织器官培养的技术尚不成熟 即使是将胚胎干细胞应用于临床的细胞替代治疗 也需要解决如下问题 1 研究胚胎干细胞的体外复制机理 在确保足够数目的同时防止其致瘤性 2 摸索胚胎干细胞分化条件 提高定向分化的效率 3 克服胚胎干细胞衍生物移植导致的免疫排斥 由异体胚胎干细胞得到的分化细胞用于移植而引起的免疫排斥 但是由于胚胎干细胞的来源为移植前的早期胚胎 人胚胎干细胞自诞生之日起就倍受争议 胚胎算不算生命 胚胎算不算人 人的生命从何时开始 胚胎是否具有人类生物学生命 是否具有人类人格生命 有人认为胚胎又与儿童和成人一样的道德地位 即有权利生活 不能为了他人或社会的利益而牺牲胚胎 另一些人认为胚胎只具有人类生物学生命 而不具有人类人格生命 因此毁掉胚胎不是 杀人 不应对研究它们有伦理限制 国参议院通过了 增加对人类胚胎干细胞研究经费 的议案 布什总统首次动用总统否决权 否决了这一议案 理由是 胚胎干细胞研究跨越了我们这个社会应当尊重的道德底线 进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎 而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式 如果支持进行胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人 扼杀生命 是不道德的 违反伦理的 7月19日 布什在白宫举行的活动中抱起一名一岁男孩 观点 胚胎干细胞研与道德无关任何精子和卵子的结合都有发育成人的可能 但是他们这种能力的发挥是在人类需要的基础上 用于研究的胚胎可以说只是反应的产物 不能称之为生命 只是用于治疗疾病的手段 与道德无关 何祚庥 人类胚胎干细胞研究与道德何干 霍金 禁止研究无异于反对利用死者捐赠的器官 美国参议院的提案以及布什的扬言否决都是胚胎干细胞研究的伦理之争的体现 在胚胎干细胞研究的伦理之争中 我们相信通过科学家 法学家 伦理学家之间的合作 通过公众参与 通过国际交流和对话 完全可以在科学利益和人道利益 在科学与人文之间寻求某种结合 某种平衡 我们的观点 1 科学需要探索 但是道德也需要准绳我