干细胞生物学与疾病治疗LYX-2.ppt

干细胞生物学与疾病治疗,天津市生命科学中心实验室,课程回顾,干细胞的应用前景,（一）治疗方面作为细胞治疗与组织器官替代治疗的种子细胞作为疾病基因治疗的载体（二）研究方面探讨胚胎发育的调控机制利用胚胎干细胞体外整合外源基因，研究基因功能及与疾病的关系药物筛选平台的建立，药理研究与新药开发,内容,干细胞生物学干细胞工程原理与技术干细胞治疗研究及临床应用干细胞研究前沿与展望,干细胞治疗研究及临床应用,神经干细胞:中风,MS,ALS,脑瘫,痴呆，记忆力丧失，脑外伤，脊髓损伤，失明间充质干细胞:肾脏、肝脏、胰腺和脑损伤，肠道疾病，骨关节病肝/胰腺干细胞:I型和II型糖尿病，肝炎和肝病，肝癌造血干细胞：贫血，骨髓疾病，免疫系统疾病，慢性感染，狼疮，类风湿关节炎皮肤干细胞：烧伤，皮肤移植，皮肤疾病肌肉干细胞：肌营养不良症，心肌病，心脏病发作造成的损伤肺细胞干细胞：肺气肿，肺部疾病,造血干细胞移植（白血病、淋巴瘤）,临床试验（ClinicalTrial）指在人体（病人或健康志愿者）内进行的药物的系统性研究，以证实或揭示药物的作用、不良反应及药物的吸收、分布、代谢和排泄情况，目的是确定试验药物的疗效与安全性。,全球干细胞临床研究情况,Mapof2823studiesfoundbysearchofadultstemcell,/ct2/results/map?term=stem+cell,胚胎干细胞研究受限:伦理道德和法律问题胚胎干细胞的安全性（致畸作用）,2009.1.23用人类胚胎干细胞来源的少突胶质细胞治疗急性脊髓损伤被批准进入临床试验阶段,干细胞治疗,造血干细胞移植糖尿病心脏病神经系统疾病,造血干细胞移植Hematopoieticstemcelltransplantation(HSCT),造血干细胞移植技术的发展简史萌芽阶段（20世纪30年代初）动物研究发现对致死照射后的小鼠输注同种骨髓可恢复其造血功能初入临床1955-1968年，E.DonnallThomas进行了近两百例的骨髓移植，其中只有三例存活，这三例都是HLA完全配合的兄弟间的移植。该时期最重要的发现：移植排斥和移植物抗宿主病（graft-versus-hostdisease,GVHD）快速发展（20世纪70年代以后）1968年骨髓移植治疗重症联合免疫缺陷综合症(SCID)获得成功。70年代以后，人类白细胞抗原的发现、免疫抑制剂的应用、及抗菌、抗病毒药物和重组造血生长因子等支持疗法的发现，大大促进了骨髓移植的进展,/index.html,肾移植和骨髓移植的开创者,造血干细胞移植,造血干细胞移植的分类按照干细胞来源分类骨髓造血干细胞移植外周血造血干细胞移植脐带血造血干细胞移植按照供者遗传学分类自体血造血干细胞移植同基因造血干细胞移植（单卵孪生同胞移植）异体造血干细胞移植,骨髓干细胞：骨髓造血干细胞和骨髓间充质干细胞,骨髓穿刺,脐带血细胞,CharacteristicsofVariousSourcesofStemCells,造血干细胞移植,造血干细胞移植的适应症及机制替代治疗：如遗传缺陷性疾病、再生障碍性贫血等。大剂量放化疗后的支持治疗：用大剂量放化疗治疗肿瘤时，会导致患者骨髓抑制及肝肾功能损伤，联合造血干细胞移植可以使患者重建免疫和造血功能。免疫治疗：DC细胞（承载肿瘤特异性抗原）或识别肿瘤抗原的特异性CTL回输疗法目前已成功用于治疗多发性骨髓瘤、非霍奇金氏淋巴瘤等恶性肿瘤。基因治疗：将免疫调节分子基因、抑癌基因等导入造血干细胞，再将其回输体内进行基因治疗。,*儿童不常见，主要为成人移植,造血干细胞移植的疾病治疗,ArthritisResearch35:348356,骨骼肌成肌细胞移植17.5个月后对心肌瘢痕进行尸检：A和B，苏木素和伊红染色；C和D，骨骼肌肌球蛋白的免疫组化,干细胞与神经系统疾病,神经干细胞(neuralstemcell，NSCs)是存在于成体的神经组织中的一类具有分裂潜能和自我更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。,干细胞与神经系统疾病,ArchNeurol.2008;65(4):452-6.,干细胞治疗帕金森病,帕金森病病理改变：脑黑质致密区多巴胺神经元变性，数目减少临床症状：进行性加重的静止性震颤、肌强直、运动迟缓、表情减少等,NEnglJMed.2001Jul12;345(2):146,正电子发射断层扫描（PET）显示帕金森病人治疗前和干细胞移植之后的图像，红色表示脑内的多巴胺摄取量。,干细胞与脊髓损伤,正常脊髓包括上行神经元（绿色）和下行神经元（红色）。脊髓损伤后，上行和下行神经元的轴突变性，炎性细胞侵润，瘢痕形成，局部髓鞘少突胶质细胞和神经灰质受损。干细胞提供的生长因子有利于对脊髓损伤修复，或替代坏死的神经元。,内容,干细胞生物学干细胞工程原理与技术干细胞治疗研究及临床应用干细胞研究前沿与展望,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术诱导性多潜能干细胞肿瘤干细胞干细胞与基因治疗干细胞研究所面临的主要问题,AlternativeMethodsforPreparingPluripotentStemCells,核移植技术,核移植技术（nucleartransplantation，NT）就是将动物早期胚胎卵裂球或体细胞的细胞核移殖到去核的（同种或异种）受精卵或卵母细胞中，构建新合子，并使其发育为与供体细胞基因型完全相同的后代。核移植技术的四个发展阶段：胚胎细胞核移植，连续细胞核移植，体细胞核移植，异种细胞核移植核重编程（reprogramming）是指供体细胞核移入卵母细胞后必须停止本身的基因表达程序并恢复为胚胎发育所必需的特定的胚胎表达程序。只有供核发生完全重编程,重构胚胎才能正常发育。,核移植技术的应用:生殖性克隆：通过代孕母亲产生与供体在遗传上完全一致的新生个体治疗性克隆：是指把克隆出来的组织或者器官用于治疗疾病,Dolly,whowascreatedattheRoslinInstituteinEdinburgh,wasactuallybornon5July1996andsheliveduntiltheageofsix,(d.February14,2003).Dollyisthefirstmammaltohavebeensuccessfullyclonedfromanadultcell.,治疗性克隆,美国科学家首次利用体细胞核转移技术获得了人类的囊胚,A1:人类卵母细胞A2:吸去细胞核B1:原核形成(66%)B2:早期卵裂(47%)B3:囊胚(23%),诱导性多潜能干细胞,诱导性多潜能干细胞（Inducedpluripotentstemcell,iPS）是将体细胞经过基因改造转化为具有多向分化潜能和自我更新能力的人造干细胞。iPSgenes:Oct-3/4Soxgenefamily(Sox1,Sox2,Sox3,andSox15)Klffamily(Klf1,Klf2,Klf4,andKlf5)Mycfamily(C-myc,L-myc,andN-myc)NanogLIN28,Inducedpluripotentstemcell,Aschemeofthegenerationofinducedpluripotentstem(iPS)cells.(1)Isolateandculturedonorcells.(2)Transfectstemcell-associatedgenesintothecellsbyviralvectors.Redcellsindicatethecellsexpressingtheexogenousgenes.(3)HarvestandculturethecellsaccordingtoEScellculture,usingmitoticallyinactivatedfeedercells(lightgray).(4)AsmallsubsetofthetransfectedcellsbecomeiPScellsandgenerateES-likecolonies.,iPS的鉴定,细胞生物学特性表型圆形、核大胞浆少，形成与ESCs相似的克隆生长特点有丝分裂活跃、能够自我更新和增殖、分裂比率与ESCs相似干细胞标记分子：SSEA-3,SSEA-4,TRA-1-60,TRA-1-81,TRA-2-49/6E,Nanog干细胞基因：Oct-3/4,Sox2,Nanog,GDF3,REX1,FGF4,ESG1,DPPA2,DPPA4,andhTERT端粒酶活性：高分化潜能多向分化潜能表观遗传重新编程甲基化：广泛启动子区甲基化，多潜能相关基因启动子区低甲基化组蛋白修饰：与Oct-3/4,Sox2和Nanog基因相互作用的组蛋白去甲基化,日本科学家首次宣布成功把人人皮肤成纤维细胞改造成类似胚胎干细胞的多潜能干细胞,Cell2007;131,861872,将人皮肤成纤维细胞诱导成为多潜能干细胞,Cell2007;131,861872,诱导性多潜能干细胞的自发和定向分化,Cell2007;131,861872,德国科学家成功把人类睾丸精原细胞改造成多潜能的生殖系干细胞,1.从成人睾丸中筛选精原细胞2.体外诱导产生生殖系干细胞,Nature2008;456,344-349,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术诱导性多潜能干细胞肿瘤干细胞干细胞与基因治疗干细胞研究所面临的主要问题,肿瘤干细胞,肿瘤干细胞（cancerstemcell,CSCs)是肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤的细胞。急性髓性白血病（AML)脑肿瘤乳腺癌结肠癌卵巢癌胰腺癌前列腺癌,肿瘤干细胞的发现,肿瘤干细胞的发现,肿瘤干细胞的起源基因突变,NatureReviewsCancer2005;5,899-904,肿瘤干细胞的起源细胞融合,Cellfusionandhorizontalgene-transferphenomenainthecontextoftumourprogression.,NatureReviewsCancer2005;5,899-904,肿瘤干细胞的信号调控,Signallingpathways,stemcellsandcancer,NatureReviewsCancer2003;3,895902,Controlofstem-cellself-renewalbytheWNTandBMI1pathways.,NatureReviewsCancer2003;3,895902,促进细胞增殖、存活、转移,促进细胞增殖，抑制细胞凋亡,肿瘤干细胞的意义,Stemcellspecificandconventionalcancertherapies,针对预防和治疗肿瘤干细胞的临床干预措施,JClinOncol.2008;26(17):28132820,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术诱导性多潜能干细胞肿瘤干细胞干细胞与基因治疗干细胞研究所面临的主要问题,干细胞与基因治疗,干细胞与基因治疗,干细胞基因治疗的靶标以干细胞为靶标修饰干细胞的潜能，如通过导入基因来维持、增强或抑制干细胞的增殖和分化能力以干细胞的子代细胞为靶标改善器官的性能，如治疗遗传缺陷性疾病,Biochemistry(Mosc).2008;73(13):1438-52.,干细胞研究前沿与展望,核移殖技术诱导性多潜能干细胞肿瘤干细胞干细胞与基因治疗干细胞研究所面临的主要问题,干细胞研究的主要问题,技术难题如何维持干细胞未分化状态？如何定向诱导干细胞分化，并获得高数量和高纯度的分化细胞？干细胞用于临床治疗的安全性问题，及如何克服移植物排斥？干细胞可塑性的机制？,伦理学争议胚胎干细胞的来源是否合乎法律和道德？将人类胚胎干细胞嵌入家畜胚胎中创建嵌合体来获得移植用人体器官是否道德？利用体外核转移技术对人类克隆存在争论提取卵母细胞是否侵害妇女权益,干细胞研究的政策,欧洲：禁止：奥地利，丹麦，法国，德国，爱尔兰限制：芬兰，希腊，荷兰，瑞典和英国。美国：法制化和资助：康涅狄格，佛罗里达，伊利诺伊州，马萨诸塞州，密苏里州，新罕布什尔州，纽约州，宾夕法尼亚州，得克萨斯州，华盛顿州，威斯康星州限制：阿肯色州，爱荷华州，堪萨斯州，路易斯安那州，内布拉斯加，北达科他，南达科他州和弗吉尼亚州。禁令：阿肯色州，印第安纳州，路易斯安那州，密歇根州，北达科他州和南达科他州中国：非限制,NIH关于胚胎干细胞研究的指导原则,允许、从人胚中获得新细胞系、使用私人资助、已经获得的来自人胚的细胞系进行研究、从胎组织中获得新细胞系禁止1、使用来自胎儿组织的细胞系进行研究2、用干细胞创建人胚胎的研究3、将人胚胎干细胞与动物胚胎结合的研究4、使用干细胞进行生殖克隆5、来自为研究目的而专门创建的胚胎的干细胞有关研究,RaynardSKington,M.D.,Ph.D.ActingDirector,NIHJuly7,2009,中国人胚胎干细胞研究伦理指导原则,第一条为了使我国生物医学领域人胚胎干细胞研究符合生命伦理规范，保证