干细胞研究

干细胞研究,A life story,11/27/2017,2,11/27/2017,3,自20世纪90年代以来，干细胞技术的出现与日趋成熟，使干细胞研究成为生命科学的一个主攻热点。有相当一部分干细胞技术目前已投入临床应用，并取得了不错的效果。,11/27/2017,4,干细胞（stem cell）是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可通过分裂维持自身细胞的特性和大小，又可进一步分化为各种组织细胞，从而在组织修复等方面发挥积极作用。,11/27/2017,5,概 念,干细胞治疗,迄今，已有近100项MSC临床实验在全球展开。目前，利用MSC治疗GVHD和自身免疫性肠炎（Crohn病）已经进入三期临床。鉴于MSC在治疗GVHD的二期临床实验上的出色表现（94%的有效率，74%的缓解率），美国食品及药品监督管理局（FDA）已批准MSC作为治疗GVHD的一线药物进入三期临床，标志着其成为正式的临床药物已经为期不远。,6,国内现状,科技部门奋力抢跑鼓励干；卫生部门紧闭双眼不让干；药监部门眼盯美国看着干；学者专家崇尚信仰大胆干；企业老板趋利避害晕着干；医疗机构追名逐利偷着干；美容机构胡说八道忽悠干；数万患者被做白鼠花钱干。,7,卫生部关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作,2009年3月2日卫生部颁布了医疗技术临床应用管理办法2011年底，卫生部与国家食品药品监督管理局决定开展为期一年的干细胞临床研究和应用规范整顿工作成立了干细胞临床研究和应用规范整顿工作领导小组2012年7月1日前，暂不受理任何申报项目。,8,干细胞 stem cell,干细胞是存在于人和动物发育个阶段（包括早期胚胎和成熟组织）的一类原始状态的未分化细胞。它们一方面进行自我更新（self-renew)，产生与亲本完全相同的子代细胞，以保持干细胞数量的恒定；另一方面在一定条件下可以进入分化程序，通过不对称分裂产生分化的子代细胞，最终形成功能特异的组织类型，在组织修复和新陈代谢中起重要作用。,11/27/2017,9,What is a stem cell?,11/27/2017,10,11/27/2017,11,胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）：来源于受精56天的胚泡（blastocyst）中未分化的细胞。成体干细胞（adult stem cell, ASC）：来源于机体组织器官中的未分化细胞。,11/27/2017,12,分 类（依发生学）,11/27/2017,13,11/27/2017,14,组织性干细胞 组织干细胞（tissue stem cell ) 又叫成体干细胞（adult stem cell )，是指存在于人或动物的已分化组织中的未分化细胞。如：神经干细胞、骨髓间质干细胞、造血干细胞、胰腺干细胞等。,11/27/2017,15,11/27/2017,16,11/27/2017,17,Potential uses for stem cells,Aging?Diabetes?Skin?,胚胎干细胞和成体干细胞比较,11/27/2017,18,全能干细胞（totipotent SC）：具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能（相当于卵裂球细胞）。,11/27/2017,19,分 类（依分化潜能）,多潜能干细胞（pluripotent SC）：有分化成多胚层细胞的能力，但不能分化成完整个体（相当于胚胎干细胞）。,11/27/2017,20,专能干细胞（unipotent SC）：存在于身体各部，只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞（相当于组织内的成体干细胞）。,胚胎干细胞,11/27/2017,21,骨髓干细胞,11/27/2017,22,神经干细胞,11/27/2017,23,干细胞的研究与应用,基础研究药物开发器官移植,11/27/2017,24,干细胞是生命的主宰！,11/27/2017,25,基础研究,在基础研究方面，多功能干细胞的研究能帮助人类了解，从一个受精卵细胞到发展成一个婴儿如此复杂的过程中所发生的事件，最主要的工作在于找到细胞发展过程中的决定因子。,11/27/2017,26,药物研究,药物开发过程中，药物安全性的分析，亦可由特定干细胞或由干细胞分化的专一细胞作为试验的标的，而非传统上必须进行耗时费力又昂贵的动物实验。,11/27/2017,27,器官移植,干细胞有可能产生新的细胞、组织或是器官。我们需要器官移植，但是器官的短缺限制了移植手术而产生了很多不幸。多功能干细胞经过刺激以后，可以发展成特定的细胞。对于很多疾病来说，它都是一个新的治疗方式。,11/27/2017,28,梁实秋的小品中年有这么一段：“突然发现额上刻了横纹，那线条是显明而有力，像是吴道子的“莼菜描”，心想那是抬头纹，可是低头也还是那样，再一细看头顶上的头发有搬家到腮旁颔下的趋势，而最令人怵目惊心的是，鬃角上发现几根白发，这一惊非同小可，平夙一毛不拔的人到这时候也不免要狠心的把它拔去，拔毛连茹，头发根上还许带着一颗鲜亮的肉珠。.”,11/27/2017,29,头发末端带着的那颗“鲜亮的肉珠”，这毛囊里面居然可以找到“与伦理无关”的毛囊干细胞，也许将来可以头发移植、皮肤移植.,11/27/2017,30,干细胞研究为秃顶和烧伤患者带来希望,11/27/2017,31,美国科学家报告了最新的研究成果，他们在头发毛囊深处发现的主细胞可能为秃顶的人以及烧伤患者找到了一个新疗法。他们发现的干细胞是一种已经分化的干细胞，这是一种不成熟的主细胞，保有在一定程度上发生类型变化的能力。它们具有自我更新的能力，具有分化成各种表皮和毛发的多能性。它们与从胚胎中提取的干细胞是有区别的，而从胚胎中提取干细胞这一手段还存在广泛争议。,11/27/2017,32,这种方法将比现有的秃头治疗方法好很多。现有的移植治疗是移动任意一丛残留的毛发来覆盖光秃点，这种方法常常形成斑杂的情况。而像Propecia这样的生发药物能够减少一些男性的头发的损失，但是这种药物治疗还存在许多问题，比如影响雄性激素水平。 烧伤的治疗也可以使用相同的移植方法。目前，病人接受外层皮肤的移植，而这种外层皮肤不含毛囊或汗腺。研究人员说，将来如果移植皮肤干细胞将可能形成正常皮肤所有类型的细胞。,11/27/2017,33,用神经干细胞治愈脊髓损伤,11/27/2017,34,研究人员发现，脊髓受损的实验鼠在注射人类神经干细胞之后天，行走能力就得到改善。作为对照，另一组实验鼠没有接受注射，而第三组实验鼠注射了人类纤维原细胞，结果都没有出现好转。 在进一步的实验中，脊髓严重受损而部分瘫痪的实验鼠在接受人类神经干细胞注射后，已能依靠后肢爬行，且运动比较协调，而对照实验鼠没有类似的改善。接受人类神经干细胞移植的实验鼠，运动机能的改善至少持续了个月。但是，当研究人员为实验鼠注射只杀死人类细胞的白喉毒素后，它们马上又回到部分瘫痪状态，这表明是人类神经细胞治好了它们的伤病。,11/27/2017,35,近20来，干细胞研究一直成为生命科学中的热点，其研究内容几乎涉及所有生命科学的生物医学领域，除了在细胞治疗、组织器官移植和基因治疗中发挥重要作用外，还在发现新基因、基因功能分析、发育生物学模型及新药开发等方面产生重要影响。,11/27/2017,36,美国Science杂志,1999年将“干细胞研究的新发现”列入十大科技进展之首2000年再次入选年度十大科技进展2002年列入值得关注的六大科技领域之一,11/27/2017,37,美国加州每年提供干细胞研究经费达3亿美元,我国有关干细胞的研究也十分活跃，已有多个有关干细胞的“973”项目，召开过多次全国性或国际性学术会议，出版过多本专（译）著。“863”计划近期将为干细胞研究提供2亿元人民币的经费。,11/27/2017,38,随着干细胞研究的不断深入，不同的结果或不同的观点逐渐显露出来，有些甚至是针锋相对的看法。,11/27/2017,39,两个有争议的问题 ： 成体干细胞的可塑性（plasticity） 干细胞治疗的现状和前景,一、成体干细胞的可塑性,11/27/2017,40,上世纪90年代后期，Nature，Science等杂志报道，脏器中特异性的祖细胞（progenitor）和干细胞可发生跨系和跨胚层的转分化或横向分化（transdifferentiation），,11/27/2017,41,11/27/2017,42,间胚层组织类型干细胞转分化为同胚层另一组织类型细胞,间胚层组织类型干细胞转分化为内胚层组织类型细胞,间胚层组织类型干细胞转分化为外胚层组织类型细胞,由此认为，成体干细胞有较大的可塑性。,研究还表明，骨髓来源的干细胞在特定环境中可向肝脏、胰腺、肌肉及神经细胞分化；肌肉、神经干细胞也可向造血细胞分化。,11/27/2017,43,造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）既可分化为成熟的造血细胞，也可分化为成熟的皮肤表皮细胞、肺和胃肠道细胞。 Krause. Cell. 2001,105:369-377,11/27/2017,44,但是，不少学者对干细胞跨系、跨胚层的分化提出了质疑，甚至完全否定。Orkin将成体干细胞转分化实验称之为“干细胞炼金术”（stem cell alchemy），认为我们所面临的许多生物现象尚难以解释，更多的是“像是”而非真实（more apparent than real）。 Orkin SH. Nat. Med. 2000,6:1212-1213,11/27/2017,45, “跨胚层干细胞”是否就是典型的组织特异的干细胞？ 这些细胞的发育分化潜能是否接近于胚胎干细胞的一些亚群的干细胞？ 成体干细胞在体外培养过程中因环境因素的改变可能会表现出一定的可塑性，但在体内是否也能同样的特性？,11/27/2017,46,问 题：, Chaudry. Bio Teach.,推断：可能有一些较为原始的、有多种分化潜能的干细胞存留于许多组织中，与更具有组织特性的干细胞并存，而这些细胞正是成体组织内严格谱系干细胞的基础，或是在发育过程中移至此处的一种有多种分化潜能和完全“独立历史”的细胞。 Weissman. Cell. 2000,100:157-168,11/27/2017,47,证实或推断：,在成体组织中仍然残留胚胎发育过程中各胚层定向和组织定向的各类干细胞。在胚胎发育的各个阶段，有少部分干细胞中止参与胚胎发育，并转入G0期。这些细胞既不增殖又不分化，仍然保持干细胞的基本特性。,11/27/2017,48,出生后随年龄的增长，体内组织中保留的各类成体干细胞基本特征不变。但是，在体外一定细胞因子诱导刺激下，它可以从G0静止期转入细胞周期而增殖，并分化为某种组织定向细胞。,11/27/2017,49,11/27/2017,50,组织干细胞分化的可塑性是很有限的，它只能沿着本组织各支系纵向分化（如造血干细胞的多向分化，仅限于髓系和淋巴系的造血细胞各支系的纵向分化），不能跨越本组织定向的限制，更不能突破胚层的界限。在生物界或人类医学史上也从未出现过因横向分化所至的疾病或怪胎。,11/27/2017,51,跨胚层转分化可能的原因是：骨髓中成体干细胞不仅包括造血干细胞，间质干细胞，而且还有其他各胚层来源的干细胞及其分化的后代，即各类非造血组织的干细胞，如神经干细胞、肝脏干细胞等。,11/27/2017,52,所谓成体干细胞多向分化的可塑性，其实是胚胎发育期存留于造血组织等部位的各胚层干细胞的自然属性，如肌肉匀浆中不仅含有肌细胞，脂肪组织中不仅含有脂肪细胞，其中还有各种成体干细胞，它们的分化过程并没有跨越组织定向的限制。,11/27/2017,53,对于转分化的不同看法，其根本原因是至今尚无可能用绝对纯化的正常组织干细胞克隆来证明组织定向干细胞可向非自身组织的方向分化。,11/27/2017,54,二、干细胞治疗的现状和前景,11/27/2017,55,1999年，Science杂志编者Bloom：“干细胞给人类提供了极大的可能性：用干细胞修复病损的脏器和细胞缺损”，他还说“最终可能用干细胞制成像肾、肝这样复杂的器官”。,11/27/2017,56,源于胚胎干细胞的细胞已能或可能治疗许多疾病,11/27/2017,57,治疗,成体干细胞中，造血干细胞（包括骨髓、脐血和外周血中的干细胞）已用于治疗重度白血病和某些遗传性血液病。,11/27/2017,58,可经诱导向软骨细胞分化，并能分泌特异性型胶原基质，因此可望成为工程化软骨的种子细胞；分化为肌细胞，可能成为肌萎缩、肌营养不良时促进肌组织再生的靶细胞；,11/27/2017,59,骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cell, MSC）：,与基因治疗结合，可强化治疗效果，对某些基因突变所致的遗传性疾病；可分离其自体的间充质干细胞，体外进行改造，敲除突变基因，导入正常基因，然后重新输入体内，既纠正了遗传缺陷，又避免发生移植反应。,11/27/2017,60,梗死的心脏注入富含鼠的骨髓干细胞后，40%的心肌层得到恢复。 Olic. Nature. 2001,410:701-705用人的骨髓来源的成骨干细胞使心肌梗死鼠30%40%的心功能得到改善。 Kocher. Nat Med. 2001,7:430-436,11/27/2017,61,心脏有相当数量的干细胞，这些细胞可分化为心肌细胞，病理组织学观察显示，有0.015%的心肌细胞处于有丝分裂期，心肌梗死时为0.08%。 Anversa. Nature. 2002,415:240-243,11/27/2017,62,在性别不匹配的心脏移植中可见受者循环中的干细胞能移居并定位于移植的心脏，生成新的心肌纤维。 Quain. N Engl. J. Med, 2001,344(23):1750-1757,11/27/2017,63,新近的研究表明，成体非心脏来源的干细胞，如骨髓、脑、骨骼肌、脂肪组织、肝脏和外周血干细胞，通过自然迁移或实验植入心脏均可分化为心肌细胞，提示成体干细胞可成为心肌梗死后再生的心肌细胞，目前已很快进入临床研究。,11/27/2017,64,成体干细胞及其子代细胞移植或动员脑组织内的干细胞治疗神经退行性疾病已获初步成效。动物实验证实移植的神经元可替代修复已损坏的神经通路。临床试验也证实细胞替代治疗可使症状缓解。,11/27/2017,65,帕金森病的主要病变是黑质纹状体中多巴胺能神经元的退行性变，给病人纹状体内移植胎儿中脑组织的结果显示，移植的神经元可以存活并恢复对纹状体的