干细胞和造血干细胞

键入公司名称 案例分析 干细胞与造血干细胞 韩婉玉韩婉玉 2016 4 16 案例分析 干细胞与造血干细胞研究 作者 韩婉玉 单位 延安大学 日期 2016 04 16 涉及知识点 干细胞 造血干细胞以及细胞分化的相关知识 案例来源 摘自小木虫论坛 造血干细胞研究发展历史引发的思考 唐佩弦 关键词 关键词 造血干细胞 干细胞 细胞分化以及细胞全能性 背景介绍背景介绍 随着人类文化以及各方面的进步 伴随的各种问题也接二连三的出 现 一些医学上的难题也越来越显著 其中血液病尤其是这样 于是我们就经常 可以听到 骨髓移植 细胞学全能性 血液病摧残着人类的身体健康 所以 攻克这一难题刻不容缓 聪明的人类发现人体的所有细胞都由造血干细胞分化 出来 进一步引发思考 那么患有血液病的患者是否可以让造血干细胞新生的 细胞从而产生 全新的血液 来替换病人体内患病的血液 这样的话达到是病 患恢复的目的 这样的想法是白血病等血液病有了治愈的希望 正是因为有这 么多的实际需求 我国乃至全世界有大量的研究人员进行研究 试图突破医学 上的一些难题 使动物细胞也能发挥其全能性 作为细胞治疗的免疫治疗 让 人们看到了攻克癌症和肿瘤的可能 那么作为细胞治疗的另一个方向 干细胞则 在血液系统疾病 神经系统疾病 心血管疾病 自身免疫系统疾病以及内分泌 疾病等各种疾病的治疗上让人们看到了希望 激发了进一步研究 干细胞概念的提出 干细胞的概念 干 g n 细胞 stem cell 是一类具有自我复制能力 self renewing 的多潜能细胞 在一定条件下 它可以分化成多种功能细胞 根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞 embryonic stem cell ES 细胞 和成体干细胞 somatic stem cell 根据干细胞的发育潜能分为三类 全能干 细胞 totipotent stem cell TSC 多能干细胞 pluripotent stem cell 和 单能干细胞 unipotent stem cell 专能干细胞 干细胞 Stem Cell 是一种 未充分分化 尚不成熟的细胞 具有再生各种组织器官和人体的潜在功能 医 学界称为 万用细胞 造血干细胞概念的提出 造血干细胞 Hematopoietic stem cell HSC 是指骨髓中的干细胞 具 有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细胞 最终生成各种血细胞成分 包括红细胞 白细胞和血小板 它们也可以分化成各种其他细胞 它们具有良 好的分化增殖能力 干细胞可以救助很多患有血液病的人们 最常见的就是白 血病 捐献造血干细胞对捐献者的身体并无很大伤害 目前造血干细胞来源只有三种 骨髓来源 外周血来源 脐带血来源 干细胞概念的提出 干细胞的概念 是在 1908 年柏林的一次血液病大会上的一位俄国组织学家 Alexander A Maximow 提出的 就是他 见下图 干细胞的 干 译自英文 stem 意为 树干 和 起源 干细胞就是 起源细胞 大多数动物出生以后 器官和组织在生长发育过程中不再产生其他 类型细胞的发育和分化 而在生命过程中 有些细胞需要不断地更新 如皮肤 小肠和血液细胞 干细胞群的功能即是控制和维持细胞的再生 因此干细胞在医学界也被称为 万用细胞 而与干细胞相关的医学研究有时也 被称为 再生医学 皆是因为干细胞本身具有独特的修复和重建功能 以及再 生成为各种组织器官和人体的潜在能力 简单的来说就像这货 但在 1908 年提出的干细胞假说当时并没被重视 直到 1945 年 人们在对 暴露在致命辐射剂量下的病人进行研究时 重新定义并找到了造血干细胞的证 据 干细胞的定义包括两部分 自我更新和分化 每一次分裂后产生一个新的 干细胞和一个分化后的细胞 干细胞库得到维持 同时分化的细胞也在机体内 发挥功能 多莉 的诞生 上述这些成果都是在小编出生前的事 因此并没有什么感觉 但接下来到了 1997 年 那年除了香港回归外 还发生了一件大事 震惊了世界 那就是利用 干细胞培养出了克隆羊多莉 这是世界上第一只用成体细胞发育成的哺乳动物 也是人类向造物主的能力更进了一大步 在之后的一年 这项技术有了真正的突破 1998 年美国两个实验小组分别独立 地从人体胚胎组织中培养出人的多能干细胞 其后 人类胚胎干细胞研究成果 在 Science 1999 年评选的当年世界十大科技进展中位列榜首 2000 年 Time 周刊又将其评选为 20 世纪末世界十大科技成就之首 干细胞的出现使 人类一直幻想的长生不老成为了可能 干细胞在多个领域的星星之火 随着基础研究的迅速发展 干细胞应用方面也进展迅速 2005 年 美国食品 和药物管理局 FDA 批准了将神经干细胞 NSCs 植入人体大脑 在其他方向上 诸如干细胞在视网膜 糖尿病 心肌梗塞等疾病的临床试验上都有不错的成果 一 肝脏干细胞来源揭秘 Howard Hughes 医学研究所 HHMI 的科学家确定了能够分化为功能性肝细 胞的干细胞 这项研究解开了关于肝脏不断新生的细胞到底从何而来的老谜团 研究者表示 肝脏干细胞就如同其他需要补充丢失细胞的组织 也会增殖和产 生成熟细胞 甚至在没有肝损伤或疾病的情况下 二 糖尿病干细胞治疗 美国爱荷华大学 UI 的研究人员 利用人类皮肤细胞 制备了响应葡萄糖 的人类胰岛素分泌细胞 并使糖尿病小鼠的血糖水平恢复正常 这一发现可能 是开发 1 型糖尿病患者特异性细胞替代疗法的第一步 三 干细胞基因疗法或可有效消除 HIV 的感染 刊登于国际杂志 Molecular Therapy 上的一项研究指出 利用干细胞基因疗 法或许有望帮助机体免疫系统来抵御 HIV 的感染 该研究利用造血干细胞中名 为嵌合抗原受体 Chimeric antigen receptor CAR 分子 对其进行工程化 操作 这样造血干细胞就可以转变为任何类型的血细胞 包括对机体免疫系统 非常重要的 T 细胞和白细胞等 四 利用干细胞培育大脑类器官 揭秘孤独症致病机理 由于致病机制的复杂性 对自闭症和精神分裂症这类影响大脑正常机能的疾 病的研究过程充满艰难险阻而进展缓慢 最近 研究人员通过将自闭症患者的 皮肤细胞培养诱导成多功能干细胞 并在培养皿中培养发育成一个微型大脑 用于揭示孤独症的致病机理 可以预见 随着各国投入力度加大 生物学家和医学家的共同努力 在转化 医学的促进下 干细胞所主导的再生医学 以及基因检测和细胞免疫治疗等医 疗手段 一定会给我们的生活和健康带来巨大改善 作者 biomarker123 新虫 小有名气 出处 小木虫论坛 日期 2016 3 31 干细胞基础研究的发展和临床干细胞移植发展的互动我国干细胞学科整体 发展的起步 造血干细胞移植实际是造血干 祖细胞的移植这些造血祖细胞在 临床干细胞移植中占有极其重要的意义 因为造血祖细胞植入之后可以在体内 增殖并分化 晚期的造血祖细胞更快地分化为有功能的成熟血细胞 有助于 血象提前回升 这挽救了造血干细胞分化成熟为血细胞的漫长过程造成的临 床感染出血的致命危机 减少移植相关死亡率 而使造血干细胞临床移植长 期 重建造血最终获 得成功 所以 一个理想的造血干细胞移植物 必须 含有大量的造血祖细胞 是临床植入成功的关键 所谓造血干细胞移植实际 上是造血干 祖细胞移植 长期重建造血所需要植入的造血干细胞并不多 而需要的造血祖细胞数量却是巨大的 对 干细胞可塑性 的误读干细胞基础研究的正常发展始终是不断纠正 误区的过程造血干细胞体外扩增的注定性失败 脐血中需要扩增的是造血祖细 胞而不是造血干细胞由于要解决脐血有核细胞数量的不足而影响有效地用于成 人 1998 年以后在世界范围开展了脐血造血干细胞体外扩增的研究 投入了 大量人力财力而最后以失败而终 它再一次有力地证实 不对称性有丝分裂 使造血干细胞能不断分化产生新的造血祖细胞 而造血干细胞本身却不能扩增 体外扩增的结果只能扩增各类造血祖细胞 同时培养中外加的可扩增造血 祖细胞的细胞因子也能使干细胞丧失自我维持的特性而分化殆尽 因此至今仍 然没有人报告用体外扩增后的脐血而移植治疗成功的 移植物中保证长期重建 造血和免疫 的造血干细胞是 必须有的 但基础研究表明 移植物造血干细 胞的数量不求多 其实脐血单个核细胞中所含的造血干细胞数量也足够用于儿 童和成人的移植 脐血中缺少的 也是需要扩增的是造血祖细胞而不是造血 干细胞 从事脐血干细胞体外扩增注定失败的原因是学术思路中存在误区 干细胞与祖细胞界限混淆不清以及造血干细胞检测很困难等 干细胞的可塑性 即是干细 胞的分化方向的 可选择性 干细胞分化方向是分化基因所 决定 的 不可曲解为随意的可变性 最原始的胚胎桑葚期囊胚内层的少 量细 胞 称 为胚 胎 干细 胞 e m b r y o n i cs t e mc e l l E S C 它具有全面地向任何 一个胚层分化的潜能 即全面的可塑性 在体外培养 中 E S C 在适当的条件下 可能诱导成某一个胚层的干细胞 但是 由 于现代胚胎学对基因如何 决定 其分化方向的机制知之甚少 所以用实验 方法调节干细胞分化方向的人为能力是很有限的 随着 E S C 胚层干细胞 组织干细胞的逐步分化 基因对分化 决定 的方向的可选性也逐步加 大限制 使细胞分化方向可选择的空间逐步缩小 各胚层干细胞只限于在本 胚层内选择分化方向 组织干细胞限于本组织内选择分化方向 例如 造 血干细胞限于向髓 淋巴系两系造血细胞分化 间充质干细胞只限于在各个 结缔组织细胞中选择分化方向 虽然都来自中胚层 造血干细胞和间充质干 细胞作为两种不同的组织干细胞永不可能互相转化 但有人把各类组织干细 胞都当作有全面分化潜能的 E S C 把可塑性曲解为不受限制干细胞 L S C 的 教育 论文 仍然错误地把白血病祖细胞说成白血病干细胞 甚 至违反逻辑地说 白血病干细胞起源于造血祖细胞 的奇谈 这表明国内 外部分血液学作者至今仍不能区分兼有髓 淋两系全面分化潜能的造血干细胞 和局限分化某系的造血祖细胞 这也说明即使在同行中澄清一个误区仍需要很 长时间 甚至经过好几代人 何况参加干细胞研究的人员来自不同的专业 每人的知识面有局限性 历史将证明 白血病干 祖细胞的认识误区必将 随病理干细胞基础研究的发展而进一步澄清 摘自 造血干细胞研究发展历史引发的思考 唐佩弦 一 教学背景 如今的生活中 各种血液疾病蜂拥而至 由于人类对于长寿与健康 所以 我们需要想办法解决这一系列的问题 干细胞以及造血干细胞的研究也都成了 如今生物科学研究的热点 根据新的教学理念 生物教学应注重与现实生活相 联系 确定本节课的教学目标是 认识与了解干细胞与造血干细胞 和 干细 胞与造血干细胞在医疗上的应用 为增强学生理论联系实际 关注生命科学的 热点问题 培养学生资料搜集和分析能力 以及沟通能力 让他们通过自己的 搜索来加深对知识的认识 二 教材分析 干 g n 细胞 stem cell 是一类具有自我复制能力 self renewing 的多 潜能细胞 在一定条件下 它可以分化成多种功能细胞 根据干细胞所处的发 育阶段分为胚胎干细胞 embryonic stem cell ES 细胞 和成体干细胞 somatic stem cell 根据干细胞的发育潜能分为三类 全能干细胞 totipotent stem cell TSC 多能干细胞 pluripotent stem cell 和单能 干细胞 专能干细胞 干细胞 Stem Cell 是一种未充分分化 尚不成熟的细 胞 具有再生各种组织器官和人体的潜在功能 医学界称为 万用细胞 造血干细胞概念的提出 造血干细胞 Hematopoietic stem cell HSC 是指骨髓中的干细胞 具 有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细胞 最终生成各种血细胞成分 包括红细胞 白细胞和血小板 它们也可以分化成各种其他细胞 它们具有良 好的分化增殖能力 干细胞可以救助很多患有血液病的人们 最常见的就是白 血病 捐献造血干细胞对捐献者的身体并无很大伤害 目前造血干细胞来源只有三种 骨髓来源 外周血来源 脐带血来源 人类 干细胞与造血干细胞对人体的造血功能具有很大的作用 三 学情分析 初一的学生目前已经学习了人体物质的运输 流动的组织 血液 血液的 组织以及血液的功能 能够通过生活中常见的例子让学生理解干细胞以及造血 干细胞的用途和治疗的机理 四 教学思路 1 先通过说明造血干细胞的应用是使一些难以治愈的血液系统疾病 神 经系统疾病 心血管疾病 自身免疫系统疾病以及内分泌疾病等疾病有了痊愈 的可能 让学生认识到学习本节课的重要性及意义 调动学生们的积极性和主 动性 从而引出主题 2 讲述干细胞 造血干细胞的概念以及举出一些通过干细胞治疗疾病的 例子和干细胞 造血干细胞方面的研究成果 使学生更加感兴趣 对干细胞治 疗增强信心 3 举例说明干细胞在医学领域的研究以及用途 五 教学设计方案 一 教学目标 1 知识和技能 1 了解和认识什么是干细胞 以及它的作用及基本应用 2 了解和认识什么造血干细胞 以及它的作用及基本应用 3 了解和学 习细胞全能性的作用机理和应用 2 过程能力和方法 根据 学生为主体 教师为主导 发挥学生的主动性 锻 炼和提高学生的自主能力 3 情感态度价值观 使学生了解医学上的一些疾病 从而知道爱护身体 珍爱 生命的意义 甚至产生愿意捐献骨髓的想法 教学重点 干细胞 造血干细胞的概念 治疗的机理以及应用 教学难点 干细胞 造血干细胞治疗的机理 教学过程 教学流 程 教师活动学生活动 创设情 境 导入 新课 介绍干细胞 造血干细胞在医学领域的应用 以 及事例 让同学们知道学习干细胞 造血干细胞 的重要性 学生通过了 解到干细胞 在医学上的 重要性 对 学习本节课 的内容产生 了很大的积 极性 了解干 细胞 造血干 细胞的 概念 干细胞的 干 译自英文 stem 意为 树干 和 起源 干细胞就是起源细胞 造血干细胞 Hematopoietic stem cell HSC 是指骨髓中的 干细胞 具有自我更新能力并能分化为各种血细 胞前体细胞 最终生成各种血细胞成分 包括红 细胞 白细胞和血小板 它们也可以分化成各种 学生通过教 师形象的解 释认真听所 讲的内容 并展开思考 其他细胞 了解造 血干细 胞 通过几幅图的展示以及克隆羊多莉的成功事例让 大家了解干细胞的作用 学生通过克 隆羊多莉被 吸引了注意 力 激发了 学生的求知 欲 干细胞 在医学 上的应 用 一 肝脏干细胞来源揭秘 二