干细胞的基础研究与临床应用

干细胞的基础研究与临床应用,主要内容,干细胞定义：,干细胞（stem cells, SCs）是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。,成体干细胞（adult stem cells, ASCs）,据发育阶段,胚胎干细胞（embryonic stem cells, ESCs）,单能干细胞（unipotent stem cells, USCs）,据发育潜能,全能干细胞（totipotent stem cells, TSCs）,多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）,20世纪初20世纪60年代1963197819811991199219982006 近30年来，干细胞的研究取得了突破性进展，主要包括以下两个方面:1、成功建立了可分化为人体任何组织类型成熟细胞的人类 胚胎干细胞系；2、发现成体各种组织中均有未分化成熟的干细胞分布，包 括骨髓、血液、脑、皮肤、肌肉、脐带、胎盘、脂肪等。,干细胞研究历史：,内源性因素：1、细胞内蛋白对细胞分裂的影响，如膜收缩蛋白；2、转录因子调控，如Oct-4。外源性因素：1、体内微环境中分泌的因子影响，如TGF家族；2、膜蛋白介导的细胞间相互作用的影响，如Notch信号；3、整合素与细胞外基质的影响，如 1 integrin。,干细胞的发育受多种内在机制和微环境的影响：,ESCs：,自1981年首次成功分离培养获得小鼠ESCs系，国内外研究 人员已在鼠、 兔、猪、牛、羊、猴和人都分离获得了ESCs 系，可作为体外研究细胞分化和发育调控机制的模型及基 因重组的载体2007 Nobel Prize 。且已证明，无论是在体外还是体内环境中，ESCs都能被诱 导分化为机体几乎所有的细胞类型，这将为移植医学带来一 场革命。, 2009年1月，美国FDA批准美国杰龙生物医药公司开展利用 胚胎干细胞疗法治疗脊髓损伤的临床试验。 2010年11月，美国FDA批准美国先进细胞技术公司开展利用 胚胎干细胞疗法治疗黄斑变性的临床试验。,ESCs研究的两个方向：1、培育成体生命最终成果便是“多利羊” ；2、获取治疗用干细胞对ESCs的生长环境加以调节,使其 在体外大量增殖，在数量上满足临床治疗的需要，即为 细胞重新编写发育程序。,诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）,2006年，日本京都大学山中申弥教授等在Cell杂志上报道，利用病毒载体 转染四种转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc）将小鼠皮肤成纤维细胞 重编程，可发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗 传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面 都与ESCs相似。 2007年11月20日，美国威斯康星大学的研究小组和日本京都大学的研究 小组同一天分别在Science杂志和Cell杂志上发表将终末分化的皮肤细胞转 变成iPS细胞的研究成果。 紧接着美国另一研究小组将来自患病小鼠尾巴的皮肤细胞产生了iPS细胞。 2009年2月3日，日本东京大学的研究小组宣布，在世界上首次利用iPS方 法，将人类皮肤细胞“制成”血小板。 2010年，利用iPS方法的又培养出听神经组细胞和肝细胞。,羊膜干细胞（amnion stem cells）：,是界于胚胎干细胞和成体干细胞之间的一种干细胞状态。2009年11月， 美国研究者发现羊膜干细胞能够形成三维聚合体细胞 胚样小体(embryoid bodies,EBs)，该阶段的细胞可直接发育成人 体所有类型的细胞，首次证明了羊膜干细胞的全能性。研究表明羊膜干细胞具有以下特性，被认为是一种非常有治疗应用 前景的干细胞：A、在体外培养中不需饲养层细胞及LIF等因子；B、能在多次传代后依然保持正常的核型和三胚层的分化能力；C、被注射到裸鼠皮下不会形成畸胎瘤；D、正常羊水中有大约1%的这种全能干细胞，方便分选及保存备用。,郭礼和教授领导的研究小组通过移植人类的羊膜细胞，使一只脊椎受损的猴子重新长出了神经纤维，恢复了运动功能。,神经干细胞（neural stem cells, NSCs）：,1、定义：NSCs是来源于中枢神经系统的多能干细胞，具有自我更新和多向 分化潜能，可以分化成中枢神经系统的各类细胞，包括神经元、星形胶 质细胞和少突胶质细胞（1992）。2、鉴定标志物：表达Nestin（Neuroepithdial stem protein）。3、体内分布：普遍存在于脑组织中，包括纹状体、海马、 嗅球、大脑皮 质、间脑、中脑、室管膜区、室管膜下区等。,6、用于移植治疗的可能机制：A、具有多向分化潜能而起到细胞替代作用；B、可分泌多种神经营养因子和细胞因子，改善内环境；C、具趋化归巢能力，可聚集于损伤部位进行修复；D、可增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路 。,7、常用的移植方法： 腰椎穿刺蛛网膜下腔注射 通过手术或立体定位法植入,8、目前有报道的可用NSCs移植进行治疗的疾病有： 中风（脑梗塞、脑出血）、脑外伤后遗症、脊髓损伤、共济失调、脑瘫、 脑萎缩、PD、MS、ALS、MSA、面瘫、视神经萎缩 。,间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）:,1、来源：最初来源于骨髓，现已从脂肪、肝脏、肌肉、羊水、胎盘、脐带血、 脐带、牙髓等多种组织分离得到了MSCs 。2、生物学特性：A、具有自我更新能力、多向分化及跨胚层分化潜能；B、有造血支持的作用；C、可抑制免疫反应；3、鉴定：缺乏特异的标记物，以下三点为国际细胞治疗协会（ISCT）规定鉴 定人MSCs的最低标准。（1）在体外标准培养条件下贴壁生长；（2）CD105+、CD73+ 、CD90+，CD34-、CD45-、CD11a-、CD19-、HLA-DR- ；（3）在体外可诱导分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。,4、用于移植治疗的可能机制：A、可分化为功能细胞，促进缺损组织更新；B、可分泌多种细胞因子和营养因子，通过旁分泌作用改善受体微环境； C、能通过细胞与细胞的直接接触及分泌可溶性因子的方式抑制免疫反 应，增强受体宿主的免疫耐受能力；D、通过抑制促炎性因子、促进抑炎性因子的分泌和表达，来调节炎症 反应，发挥抗炎作用；E、通过调节天生和获得性免疫系统中的T细胞、B细胞、DC细胞、NK 细胞等，来发挥免疫抑制作用。F、多种趋化因子及其受体、整合素、选择素、粘附分子共同参与所抑制 MSCs向受损和炎症部位的趋化归巢。,5、动物模型移植治疗： 研究表明，对神经损伤（脑损伤、脊髓损伤）、肝损伤、GvHD、心肌 梗死、重症肌无力、肾损伤、骨创伤、皮肤损伤等50多种疾病的动物模 型进行MSCs移植治疗，均有一定的疗效。6、临床应用： 临床上对GvHD、恶性血液病、实体肿瘤、免疫异常性疾病、遗传病、 重症肌无力、脑中风、心肌梗死、肾功能不全、急慢性肝损伤、股骨头 坏死、脊髓损伤、运动神经元病等60多种疾病进行MSCs移植治疗，均 在不同程度上显示了有治疗作用。 截至2010年4月，全球被批准进行利用MSCs治疗的临床试验已有80项。 且MSCs已被FDA批准用于治疗GvHD。,脐带来源MSCs的优势：,1、来源更容易，废物利用，不涉及伦理道德问题；2、采集方便，易于保存和运输；3、供者无痛苦，对母婴均无损害；4、脐带中MSCs较骨髓中含量更为丰富；5、细胞更原始，分化潜能更大，扩增效应更强；6、组织相容性抗原表达低或不表达，更适宜于异体间的移植治疗。,脐带MSCs因数量丰富、增殖力强、安全可靠、调节免疫、 适用面广，将有可能成为最具临床应用前景的多能干细胞。脐带间充质干细胞库： 细胞产品国家工程研究中心间充质干细胞库（2007全球首家） 天津昂赛细胞基因工程有限公司 山东省人类脐带间充质干细胞库（2009）军事医学科学院 吴祖泽院士 深圳市北科生物科技有限公司下属有深圳市间充质干细胞库。 黑龙江省干细胞库在开展脐带MSCs的储存项目。,干细胞应用前景：,现有的基础研究和临床应用结果证明，干细胞在治疗中确实 发挥了作用，应用前景非常乐观。国内外知名干细胞研究机构有： 国外 国内加州再生医学研究所 科技部国家干细胞工程技术研究中心哈佛干细胞研究所 细胞产品国家工程研究中心京都大学iPS细胞研究与应用中心 人类胚胎干细胞国家工程研究中心澳大利亚干细胞中心 华南干细胞与再生医学研究所罗斯林研究所 四大细胞库（北京、华东、南方、伦敦环球大学干细胞与再生医学中心 中国科学院）苏格兰爱丁堡大学再生医学中心,在真正进行干细胞治疗的临床推广前，还需要更多的、更长期的研究 证据，以确保治疗的有效性和安全性，如：A、目前治疗的患者数量还比较少，治疗后的疗效观察时间还很短；B、干细胞增殖、分化的条件和调控机