现代生命科学与生物技术干细胞工程

1、1Stem cell engineering 第九章干细胞工程23利用干细胞工程技术有可能实现：利用干细胞工程技术有可能实现：完美地修复或替代人体组织、肢体或器官的伤残完美地修复或替代人体组织、肢体或器官的伤残根治恶性肿瘤根治恶性肿瘤、帕金森病、中风等疾病、帕金森病、中风等疾病9.1 概述概述概述概述41896年，年，E. B. Wilson首次使用首次使用干细胞干细胞名词名词 1961年年Till和和McCulloch首先描述了首先描述了造血干细胞造血干细胞 的特征的特征 1967年，美国华盛顿大学的多纳尔年，美国华盛顿大学的多纳尔托马斯开拓了托马斯开拓了 干细胞干细胞临床应用临床应用的研究

2、的研究 1981年，英国剑桥大学的年，英国剑桥大学的Evans和和Kaufman建立建立 了了胚胎干细胞系胚胎干细胞系 9.1.1 干细胞研究的进展干细胞研究的进展概述概述51998年年1111月，美国威斯康星大学的月，美国威斯康星大学的Thomson和和 Shamblott成功地使成功地使人类胚胎干细胞人类胚胎干细胞在在体外体外生生 长和增殖长和增殖 1999年年3月，美国科学家月，美国科学家Goodell发现小鼠发现小鼠肌肉肌肉 组织干细胞可以组织干细胞可以横向分化横向分化为为成血成血细胞。细胞。 2001年年11月月25日日，美国马萨诸塞州先进细胞技，美国马萨诸塞州先进细胞技 术公司培育

3、出术公司培育出人体早期胚胎人体早期胚胎概述概述6n2002年年2月，麻省理工学院科学家首次用人体月，麻省理工学院科学家首次用人体ES细胞培育出细胞培育出毛细血管毛细血管n随后的随后的35年期间，各国的科学家们进一步致力年期间，各国的科学家们进一步致力于于诱导诱导胚胎干细胞胚胎干细胞分化分化、成体干细胞的成体干细胞的“横向横向分化分化”方面的课题方面的课题概述概述7n目前，科学家已经试图将一些正常的目前，科学家已经试图将一些正常的体细胞直接直接转化为转化为诱导多能性干细胞诱导多能性干细胞（iPCs） ，它们具，它们具有类似胚胎干细胞（有类似胚胎干细胞（ES）的功能。）的功能。n2007.11.2

4、0日本京都大学日本京都大学Yamanaka和美国威斯和美国威斯康辛大学康辛大学James Thomson，宣布成功把，宣布成功把人体皮人体皮肤细胞肤细胞改造成类似胚胎干细胞的改造成类似胚胎干细胞的“万能细胞万能细胞”。概述概述89.1.2 干细胞工程的重要性及意义干细胞工程的重要性及意义 重要性重要性n1999年年12月美国月美国科学科学公布干细胞研究的新发公布干细胞研究的新发现荣登现荣登“世界十大科学成果世界十大科学成果”之首之首n2000年再入选年再入选科学科学评选评选“世界十大科学成果世界十大科学成果”n2001年末年末科学科学将干细胞研究列为将干细胞研究列为2002年六大年六大热门科技

5、领域榜首。热门科技领域榜首。概述概述9n20032003年年自然自然科学科学分别将老鼠的胚胎干细胞中分别将老鼠的胚胎干细胞中产生出精、卵细胞列为十大科学进展第产生出精、卵细胞列为十大科学进展第4 4和第和第7 7位。位。n20072007年年自然自然和和科学科学将将体细胞将将体细胞 “ “返老还童返老还童”变成胚胎干细胞的研究结果，分别列为当年十大重要变成胚胎干细胞的研究结果，分别列为当年十大重要发现之一发现之一n时代杂志时代杂志甚至将上述实验结果列为甚至将上述实验结果列为20072007年重大发年重大发现之首现之首! ! 概述概述10意义n组织、器官移植的新来源：组织、器官移植的新来源：研究

6、发现，取自胚胎或骨髓的干细胞可用于培养研究发现，取自胚胎或骨髓的干细胞可用于培养不同的人体细胞、组织或器官，这有望成为移植不同的人体细胞、组织或器官，这有望成为移植器官的新来源。器官的新来源。n攻克某些重大疾病的根本措施攻克某些重大疾病的根本措施 组织、器官移植可望成为组织、器官移植可望成为21世纪人类攻克某些重世纪人类攻克某些重大疾病，如心脑血管疾病、癌症、老年性疾病等大疾病，如心脑血管疾病、癌症、老年性疾病等的根本措施。的根本措施。 概述概述11n重建或修复组织器官的种子细胞重建或修复组织器官的种子细胞 已有临床实验证明，干细胞是重建或修复病损或已有临床实验证明，干细胞是重建或修复病损或衰

7、老组织器官功能的理想种子细胞衰老组织器官功能的理想种子细胞,对白血病、癌对白血病、癌症、严重免疫性疾病以及心血管疾病、糖尿病、症、严重免疫性疾病以及心血管疾病、糖尿病、早老性痴呆症和脊髓受损患者有惊人的治愈作用。早老性痴呆症和脊髓受损患者有惊人的治愈作用。概述概述12n认识基本生命规律认识基本生命规律干细胞研究将促进科学家重新认识细胞生长、分化、干细胞研究将促进科学家重新认识细胞生长、分化、生物发育机制等基本生命规律；生物发育机制等基本生命规律； 尤其是胚胎干细胞的识别、分离、增殖、定向分化尤其是胚胎干细胞的识别、分离、增殖、定向分化将成为细胞生物学以及整个生命科学的主攻热点。将成为细胞生物学

8、以及整个生命科学的主攻热点。n后基因组计划的关键部分之一后基因组计划的关键部分之一 在人类基因组框架完成之后，细胞工程或称组织在人类基因组框架完成之后，细胞工程或称组织工程，尤其是干细胞的研究将成为后基因组计划工程，尤其是干细胞的研究将成为后基因组计划(post genome pro(post genome project)ject)的极为关键部分之一。的极为关键部分之一。概述概述131 1、干细胞的概念干细胞的概念 干细胞干细胞（Stem Cell，SC）是来自于胚胎、胎儿或成是来自于胚胎、胎儿或成体内具有在一定条件下无限体内具有在一定条件下无限自我更新自我更新与与增殖分化增殖分化能力的一类

9、细胞，能产生表现型与基因型和自己完能力的一类细胞，能产生表现型与基因型和自己完全相同的全相同的子细胞子细胞，也能产生组成机体组织、器官，也能产生组成机体组织、器官的的已特化的细胞已特化的细胞, ,同时还能分化为同时还能分化为祖细胞祖细胞。 通俗地讲，干细胞是尚未发育成熟的细胞，它通俗地讲，干细胞是尚未发育成熟的细胞，它具有再生为各种组织、器官的潜能，医学界称其具有再生为各种组织、器官的潜能，医学界称其为为“万用细胞万用细胞”。 9.2 干细胞及其体外培养技干细胞及其体外培养技术术9.2.1 干细胞干细胞概述概述14干细胞的特点干细胞的特点n（1）干细胞本身不是处于分化途径的终端n（2）干细胞能

10、无限的增殖分裂n（3）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。n（4）干细胞的两种生长方式：A. 对称分裂形成两个相同的干细胞; B. 非对称分裂由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。 15按 分 化按 分 化潜 能 分潜 能 分类类全能干细全能干细胞胞多功能干多功能干细胞细胞单功能干单功能干细胞细胞具有形成完整个体的分化潜能。具有形成完整个体的分化潜能。例：胚胎干细胞例：胚胎干细胞可无限增殖分化可无限增殖分化为全身为全身200

11、200多种细胞类型多种细胞类型形成机形成机体的所有组织、器官体的所有组织、器官具有分化出多种组织细胞的潜能，具有分化出多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力但却失去了发育成完整个体的能力。例：骨髓多能造血干细胞例：骨髓多能造血干细胞可分化可分化出至少出至少1212种血细胞种血细胞只能向单一方向分化，产生一种只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞。类型的细胞。例：肌肉中的成肌干细胞例：肌肉中的成肌干细胞2 2、干细胞的分类、干细胞的分类概述概述16按发生按发生学来源学来源分类分类胚胎胚胎干细胞干细胞成体成体干细胞干细胞造血干细胞造血干细胞骨髓间充质干细胞骨髓间充质干细胞神经干细胞神经

12、干细胞肝干细胞肝干细胞皮肤表皮干细胞皮肤表皮干细胞等等等等正常情况下处于正常情况下处于休眠状态，在病休眠状态，在病理状态或外因诱理状态或外因诱导下可以表现出导下可以表现出不同程度的再生不同程度的再生和更新的能力。和更新的能力。概述概述171）形态和生化特征 细胞核细胞核溶酶体溶酶体内质网内质网高尔基体高尔基体微丝微丝微管微管质膜质膜线粒体线粒体中心体中心体动物细胞模式图动物细胞模式图概述概述18形态：形态：细胞细胞体积较小，通常呈圆形或椭圆形，核质比例较大。体积较小，通常呈圆形或椭圆形，核质比例较大。细胞核细胞核染色质分布较弥散，核仁较明显。染色质分布较弥散，核仁较明显。细胞质细胞质内除含有游

13、离核糖体外，其它细胞器均少且小。内除含有游离核糖体外，其它细胞器均少且小。根据形态学特性和存在的位置可以辨认不同的干细胞。根据形态学特性和存在的位置可以辨认不同的干细胞。概述概述19生化特征：生化特征：不同种类的干细胞生化特征有所差异，不同种类的干细胞生化特征有所差异，都有较高的端粒酶活性，具有较强的增值能力。都有较高的端粒酶活性，具有较强的增值能力。不同干细胞具有各异的生化标志。不同干细胞具有各异的生化标志。实验证明，干细胞生存的实验证明，干细胞生存的微环境微环境可以影响其形可以影响其形 态和生化特征。态和生化特征。概述概述20 干细胞通过两种干细胞通过两种有丝分裂有丝分裂方式进行繁殖：方式

14、进行繁殖：概述概述3 3、增殖、增殖21有丝分裂周期有丝分裂周期G0期：期：休眠期休眠期G1期：期：DNA合合 成前期成前期S 期：期：DNA合合 成期成期G2期期: DNA合合 成后期成后期M 期：期：有丝分有丝分 裂期裂期G0G1G2SM概述概述22有丝分裂23n对称分裂对称分裂两个相同的（干两个相同的（干/分化）细胞分化）细胞n非对称分裂非对称分裂 一个干细胞一个干细胞 一个祖细胞一个祖细胞分化细胞分化细胞成熟细胞成熟细胞概述概述3 3、增殖、增殖干细胞通过两种干细胞通过两种有丝分裂有丝分裂方式进行繁殖：方式进行繁殖：24 细胞分离细胞分离 指将组织材料分散制成细胞悬液指将组织材料分散制

15、成细胞悬液 后，从中获取目的细胞的过程。后，从中获取目的细胞的过程。 细胞纯化细胞纯化 从原代培养成分混杂的异质性细胞悬液从原代培养成分混杂的异质性细胞悬液 中或者从培养物中获得单一类型的细胞中或者从培养物中获得单一类型的细胞 的过程。的过程。 2、干细胞的分离纯化干细胞的分离纯化干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术25细胞系（细胞株）细胞系（细胞株）通过细胞分离和纯化过程，使通过细胞分离和纯化过程，使 得培养物成为单一型培养物，甚至是遗得培养物成为单一型培养物，甚至是遗 传特性完全一致的培养物，称为细胞系。传特性完全一致的培养物，称为细胞系。 干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术26细胞分离

16、纯化常用方法有：细胞分离纯化常用方法有：1、利用细胞体积和密度，这是基于沉降作用原理，通、利用细胞体积和密度，这是基于沉降作用原理，通过离心等方法，将沉降速度不同的细胞分开。过离心等方法，将沉降速度不同的细胞分开。2、选择性的细胞凝集，加入某种絮凝剂或物理处理的、选择性的细胞凝集，加入某种絮凝剂或物理处理的方法，使某种细胞凝集，加速沉降出去。方法，使某种细胞凝集，加速沉降出去。3、基于不同粘附特性，某些细胞的基本生物学特性之、基于不同粘附特性，某些细胞的基本生物学特性之一是粘附于某些固体物质，根据细胞粘附能力强弱来分一是粘附于某些固体物质，根据细胞粘附能力强弱来分离。离。4、利用细胞表面标志，

17、这是一种抗体介导的细胞分离、利用细胞表面标志，这是一种抗体介导的细胞分离技术，选择某种单克隆抗体特异性亲和吸附分离。技术，选择某种单克隆抗体特异性亲和吸附分离。 干细胞的分离纯化干细胞的分离纯化 干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术27 液氮保藏法液氮保藏法原理：原理：细胞在细胞在-130下代谢作用停止。液氮的温度可下代谢作用停止。液氮的温度可达达-196，可使细胞的代谢活动停止，化学作用消失。，可使细胞的代谢活动停止，化学作用消失。保护剂：保护剂：防止细胞破裂防止细胞破裂 甘油甘油 二甲基亚砜二甲基亚砜(DMSO) (DMSO) 3 3、干细胞的冻存与复苏、干细胞的冻存与复苏 干细胞体外培养

18、技术干细胞体外培养技术28干细胞的体外培养干细胞的体外培养 即将上述从机体的组即将上述从机体的组织中分离纯化得到的单个干细胞，给予必织中分离纯化得到的单个干细胞，给予必要的生长条件，要的生长条件，模拟动物体内模拟动物体内生长环境，生长环境，使其在使其在体外体外继续生长和繁殖。继续生长和繁殖。9.2.3 9.2.3 干细胞的体外培养条件干细胞的体外培养条件干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术29（1）营养要求：营养要求： 氨基酸、碳水化合物、维生素及一些无机离子、氨基酸、碳水化合物、维生素及一些无机离子、生长因子等。生长因子等。 （2 2）环境条件）环境条件： 温度：温度：哺乳动物细胞适宜的体外

19、培养温度为哺乳动物细胞适宜的体外培养温度为35353737，一般控制，一般控制37370.10.1。 体外培养条件体外培养条件干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术30渗透压渗透压：多数细胞有一定的耐受渗透压能力，可在多数细胞有一定的耐受渗透压能力，可在培养基配制时加以控制。培养基配制时加以控制。 气相气相：需要有氧条件，氧分压维持略低于大气状态，需要有氧条件，氧分压维持略低于大气状态，此外，还需此外，还需COCO2 2。 pHpH：各种细胞对各种细胞对pHpH要求不尽相同，多数细胞要求不尽相同，多数细胞pH pH 7.27.27.67.6间生长良好。间生长良好。 环境无毒和无菌环境无毒和无菌

20、：对培养用的容器清洗和消毒，对培养对培养用的容器清洗和消毒，对培养基除菌及灭菌。以防止真菌、细菌及支原体的污染。基除菌及灭菌。以防止真菌、细菌及支原体的污染。干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术311、基本方法、基本方法n悬滴培养法悬滴培养法n培养瓶培养法培养瓶培养法 n旋转管培养法旋转管培养法 n灌注小室培养法灌注小室培养法 n培养板培养法培养板培养法 9.2.39.2.3干细胞培养的基本方法及体外培养类型干细胞培养的基本方法及体外培养类型 干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术32悬浮培养悬浮培养 指细胞在培养皿中自由悬浮生长的指细胞在培养皿中自由悬浮生长的过程。用于非贴壁依赖型细胞。过程。

21、用于非贴壁依赖型细胞。贴壁培养贴壁培养 必须黏附在固体介质表面上生长的必须黏附在固体介质表面上生长的细胞培养。细胞培养。固定化培养（微载体培养系统）固定化培养（微载体培养系统）即适用于即适用于贴壁依赖型细胞贴壁依赖型细胞,又适用于非贴壁型依赖性细胞又适用于非贴壁型依赖性细胞的包埋培养方式。的包埋培养方式。2 2、体外培养类型、体外培养类型 干细胞体外培养技术干细胞体外培养技术331、 何谓造血干细胞（HSCHSC）血液中血细胞血液中血细胞淋巴系细胞淋巴系细胞髓系血细胞髓系血细胞 B淋巴细胞淋巴细胞 T淋巴细胞淋巴细胞单核巨噬细胞单核巨噬细胞粒细胞粒细胞巨核细胞巨核细胞红细胞红细胞9.3 干细胞

22、治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用9.3.1 9.3.1 造血干细胞造血干细胞34一个成年人含有一个成年人含有 2.51013个红细胞个红细胞每一个红细胞平均寿命为每一个红细胞平均寿命为 120天（天（107秒）秒）相当于机体每秒需产生相当于机体每秒需产生 2.5106个个红细胞红细胞这些成熟的血细胞是这些成熟的血细胞是如何如何产生？产生？ 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用35所有血细胞均来自于一个共同的始祖细胞所有血细胞均来自于一个共同的始祖细胞 造血干细胞（造血干细胞（HSCHSC）即：造血干细胞即：造血干细胞造血祖细胞造血祖细胞前体细胞前体细胞 成熟血细胞成熟血细胞 造血干细胞定

23、义造血干细胞定义 是一小群具有高度的自我是一小群具有高度的自我复制和多向分化潜能的复制和多向分化潜能的最原始最原始的造血细胞。的造血细胞。 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用36（1）在体内终身生存，数量和质量保持不变，移）在体内终身生存，数量和质量保持不变，移植后可永久植后可永久重建造血重建造血；（2）兼有向髓系和淋巴系多向分化的潜能，即重）兼有向髓系和淋巴系多向分化的潜能，即重建建造血造血的同时重建的同时重建免疫免疫。造血干细胞的功能造血干细胞的功能干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用37一个造血干细胞一个造血干细胞 分裂为两个子细胞分裂为两个子细胞一个自我更新一个自我更新保持机

24、保持机体内干细胞数量相对稳定体内干细胞数量相对稳定另一个多向分化另一个多向分化成成熟血细胞直至衰老死亡熟血细胞直至衰老死亡造血干细胞采用造血干细胞采用不对称不对称的分裂方式的分裂方式造血干细胞的分裂方式造血干细胞的分裂方式干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用38v骨髓骨髓v外周血外周血v脐带血脐带血v胎儿造血系统胎儿造血系统v胚胎干细胞和胚胎生殖细胞胚胎干细胞和胚胎生殖细胞造血干细胞的来源造血干细胞的来源 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用39 血液系统病实体癌免疫缺陷性疾病遗传性疾病自身免疫性疾病等的支持治疗免疫治疗替代疗法基因治疗2 2、 造血干细胞的临床应用造血干细胞的临床应用

25、 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用40表表1 造血干细胞移植适应症造血干细胞移植适应症 41造血干细胞提取造血干细胞提取(外周外周)n首先为捐献者注射4至5天药物“动员剂”，将骨髓中含有的大量造血干细胞动员入血液，然后从捐献者手臂静脉处采集全血，通过血细胞分离机提取干细胞，同时将其它血液通过另一手臂静脉输回体内。n一次捐献后1至2周即可恢复42血癌血癌包括：急性淋巴细胞白血病、急性髓细胞白血包括：急性淋巴细胞白血病、急性髓细胞白血 病、慢性髓细胞白血病、何杰金病、多发性骨髓瘤病、慢性髓细胞白血病、何杰金病、多发性骨髓瘤和非何杰金淋巴瘤。和非何杰金淋巴瘤。传统的治疗方法：传统的治疗方法：

26、 v放疗、化疗放疗、化疗 杀伤正常骨髓杀伤正常骨髓v细胞骨髓移植细胞骨髓移植 来源受限来源受限干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用（1）治疗白血病和淋巴瘤43先用大剂量的放、化疗将骨髓中癌变造血细胞摧毁先用大剂量的放、化疗将骨髓中癌变造血细胞摧毁取病人本身少量的正常的干细胞在体外大量扩增取病人本身少量的正常的干细胞在体外大量扩增再将其移植至病人骨髓中再将其移植至病人骨髓中正常的干细胞在病人体内自我更新正常的干细胞在病人体内自我更新并且分化出各种所需的正常血细胞并且分化出各种所需的正常血细胞病人完全康复！病人完全康复！干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用44遗传性血液病遗传性血液病包括：

27、各种遗传性贫血（不能生成包括：各种遗传性贫血（不能生成红细胞），先天性代谢失调（关键酶缺失），如：红细胞），先天性代谢失调（关键酶缺失），如：再生障碍性贫血、再生障碍性贫血、-地中海贫血、骨髓石化症等。地中海贫血、骨髓石化症等。利用干细胞移植法：利用干细胞移植法：（1）异基因异基因HSC移植移植 免疫排斥免疫排斥（2）自体自体HSC的遗传修饰的遗传修饰 补充缺陷基因的功能补充缺陷基因的功能（2）治疗遗传性血液病干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用45放、化疗的目的在于杀灭快速增殖的癌细胞，放、化疗的目的在于杀灭快速增殖的癌细胞，但同时也杀灭了快速增殖的正常但同时也杀灭了快速增殖的正常HSC

28、。 利用干细胞移植法利用干细胞移植法：（1 1）自体干细胞）自体干细胞骨髓骨髓移植以补充被杀灭的移植以补充被杀灭的HSC；（2 2）从放、化疗前动员的）从放、化疗前动员的外周血外周血中采集中采集HSC并并储存，化疗后将这些细胞重新注入该病人体内。储存，化疗后将这些细胞重新注入该病人体内。 （3）癌症放、化疗后造血干细胞的恢复46 AD包括：溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎、系统性包括：溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、牛皮癣等。红斑狼疮、牛皮癣等。利用干细胞移植法：利用干细胞移植法：使用大剂量化疗联合自体使用大剂量化疗联合自体HSC治疗顽固高危治疗顽固高危AD临床上已有临床上已有AD患

29、者患者痊愈痊愈的实的实例例（4）治疗自身免疫性疾病(AD)干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用47除可以分化为各系血细胞外，造血干细胞还可以分除可以分化为各系血细胞外，造血干细胞还可以分化为多种化为多种非造血组织非造血组织的细胞。的细胞。 例：例： v从从HSC肌肉细胞肌肉细胞 v从从HSC肝脏细胞肝脏细胞 v从从HSC神经细胞神经细胞v从从HSC血管内皮细胞血管内皮细胞 v从从HSC多组织上皮细胞多组织上皮细胞 （5）造血干细胞的可塑性干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用481、 何谓胚胎干细胞（何谓胚胎干细胞（ES） 定义定义胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem c

30、ell, ESC）是指由哺）是指由哺乳动物囊胚的乳动物囊胚的内细胞群内细胞群(inner cell mass，ICM)或原或原始始生殖细胞生殖细胞(primordial germ cell，PGC)分离出来的，分离出来的，能够在体外建系的能够在体外建系的多能多能干细胞。它具有与胚胎细胞相干细胞。它具有与胚胎细胞相似的形态和分化潜能，具有分化为机体任何一种组织似的形态和分化潜能，具有分化为机体任何一种组织器官的潜能，习惯上称之为胚胎干细胞。器官的潜能，习惯上称之为胚胎干细胞。 9.3.2 9.3.2 胚胎干细胞胚胎干细胞干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用49胚胎干细胞（胚胎干细胞（ES）

31、n胚胎干细胞是在人胚胎发育早期囊胚(受精后约57天)中未分化的细胞。 n早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。 50（2 2）ESES的来源的来源胚泡胚泡 存活存活57天的胚胎由大约天的胚胎由大约140个细个细胞所组成，看上去像黏稠的浆果或花粉粒。胞所组成，看上去像黏稠的浆果或花粉粒。它们通体毛绒绒，相互依偎着呈空心的圆它们通体毛绒绒，相互依偎着呈空心的圆球状。球状。干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用51滋养层滋养层 胚泡的外层组织即滋养层，由一层扁胚泡的外层组织即滋养层，由一层扁 平的细胞组成，会发育成胎盘。平的细胞组成，会发育成胎盘。囊胚腔

32、囊胚腔 胚泡中心的腔胚泡中心的腔内细胞团内细胞团 腔内一侧的细胞群，腔内一侧的细胞群，它是由受精它是由受精 卵分裂得到的约卵分裂得到的约1633个细胞组成。个细胞组成。 胚胎干细胞胚胎干细胞由内细胞团分离培养建系！由内细胞团分离培养建系！ ( (见图见图) ) 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用52图5-8 囊胚的内细胞团和滋养层535455565758596061（3 3）ESES的全能性的全能性 存在于内细胞团中的存在于内细胞团中的ES尚未决定尚未决定今后生长发育的走向，但它们均具有今后生长发育的走向，但它们均具有“全能性全能性”，亦即可演变为，亦即可演变为200多种多种构成从心脏、

33、肝脏、肾到皮肤、神经构成从心脏、肝脏、肾到皮肤、神经元等人体元等人体任何任何一种器官组织的组成细一种器官组织的组成细胞。胞。 ( (见图见图) )干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用62 合子囊胚外胚层中胚层内胚层生殖细胞表皮细胞神经经元色素细胞心肌细胞骨骼肌细胞肾小管细胞红细胞平滑肌细胞胰腺细胞甲状腺细胞肺细胞精子卵子原肠胚干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用63（4 4）ESES的分离及建系的分离及建系 从胚胎的囊胚期从胚胎的囊胚期内细胞群内细胞群中直接分离中直接分离(1995(1995年）年）从终止妊娠的从终止妊娠的胎儿组织胎儿组织中中分离（分离（19981998年）年）利用克隆

34、技术制造出利用克隆技术制造出人体胚胎人体胚胎并从中摘取并从中摘取 ( (见图见图) )干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用641. 体体細胞細胞2. 去核卵細胞去核卵細胞3. 体外培养体外培养4. 胚囊胚囊Inner cell mass (ICM)6. 幹細胞幹細胞5. 培養培養ICM細胞細胞7. 神經細胞神經細胞心肌組織心肌組織肝細胞肝細胞治疗性克隆治疗性克隆干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用65韩美利用克隆技术获得人类胚胎干细胞韩美利用克隆技术获得人类胚胎干细胞 n汉城国立大学和美国密歇根州立大学等机构的科学家参与了利用克隆技术获得胚胎干细胞的研究。16名健康妇女为这项研究志愿捐

35、献了242个卵细胞以及被称为卵丘细胞的体细胞。科学家们从卵丘细胞内提取出细胞核，然后将其植入同一位妇女去除了细胞核的卵细胞内，并采用化学手段刺激卵细胞分裂，共有30个克隆细胞经过约7天的时间发育到至少几十个细胞组成的、被称为胚囊的早期胚胎阶段。 n已从这些胚囊中分离出20个内层细胞团，并在此基础上最终获得一个人类胚胎干细胞系。实验显示，利用这种办法获得的胚胎干细胞具有多能性，可分化成骨骼细胞、肌肉细胞和未成熟的脑细胞等多种细胞类型。 66 ESC最诱人的前景和用途是生产组织和细胞，用于最诱人的前景和用途是生产组织和细胞，用于“细胞疗法细胞疗法”，为细胞移植提供，为细胞移植提供无免疫原性无免疫原

36、性的材料。的材料。 治疗慢性心脏病治疗慢性心脏病 慢性慢性心肌心肌病病人的心脏已经无法正常跳动，病病人的心脏已经无法正常跳动，若从若从ESC中发育出中发育出健康心肌细胞，并移植到逐渐衰退的心肌肌肉中，并移植到逐渐衰退的心肌肌肉中，以使恢复衰退的心脏功能。以使恢复衰退的心脏功能。 2 2、 胚胎干细胞应用的潜力胚胎干细胞应用的潜力 （1 1）细胞替代治疗疾病）细胞替代治疗疾病干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用6768 型糖尿病人特异的胰岛（即胰腺）细胞生成胰岛型糖尿病人特异的胰岛（即胰腺）细胞生成胰岛素的功能遭到破坏。素的功能遭到破坏。可将人类ESC转化为能制造胰岛素的细胞:首先从受精后数

37、日的人类胚胎萃取首先从受精后数日的人类胚胎萃取ESES，在培养皿中诱导产生具有分泌胰岛素功能的细胞在培养皿中诱导产生具有分泌胰岛素功能的细胞 称称胰小岛细胞胰小岛细胞或或细胞，细胞，将将细胞移植到患者体内，产生健康的胰小岛细细胞移植到患者体内，产生健康的胰小岛细 胞，以分泌与控制胞，以分泌与控制胰岛素胰岛素，用来治疗糖尿病，用来治疗糖尿病。治疗糖尿病治疗糖尿病 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用6970干细胞疗法治其它疾病干细胞疗法治其它疾病 肝炎或肝硬化肝炎或肝硬化 干细胞注射植入肝脏干细胞注射植入肝脏 风湿性关节炎和骨关节风湿性关节炎和骨关节 置换受损软骨置换受损软骨大面积烧伤大面积

38、烧伤 提供新的皮肤提供新的皮肤 脊椎神经受伤脊椎神经受伤 缓解病情缓解病情大脑原动皮层中风大脑原动皮层中风 缓解病情缓解病情老年痴呆症老年痴呆症 缓解病情缓解病情帕金森症帕金森症 缓解病情缓解病情指：给病人植入指：给病人植入ESES进行干细胞治疗进行干细胞治疗 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用71胚胎细胞如何变成彼此胚胎细胞如何变成彼此不同的类型细胞不同的类型细胞，又是什，又是什么原因使之构成么原因使之构成器官和组织器官和组织？可以培育出大量人可以培育出大量人胚胎发育过程胚胎发育过程中不同时期的细中不同时期的细胞，通过对它们胞，通过对它们基因基因的研究观察，也有望认识的研究观察，也有望

39、认识畸形畸形胎儿胎儿发生的机制。发生的机制。 可以确定参与导致细胞可以确定参与导致细胞特异分化的决定因素特异分化的决定因素，主，主要是指发育阶段的相关基因，以及使之启动和关闭要是指发育阶段的相关基因，以及使之启动和关闭的的影响因素影响因素；(2)揭示人和动物的发育机制及影响因素揭示人和动物的发育机制及影响因素 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用72 用于药物筛选当当ESES细胞系细胞系实验表明药品是安全且效果良好，实验表明药品是安全且效果良好，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验，大大减少了所需动物的数量，降低成本，提高效率。大大减少了所

40、需动物的数量，降低成本，提高效率。 (3)药学研究方面药学研究方面干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用73(4)在基因治疗方面的应用在基因治疗方面的应用基因治疗基因治疗是指用遗传改造过的人体细胞直接是指用遗传改造过的人体细胞直接移植移植或或输入输入病人体内，达到控制和治愈疾病的目的病人体内，达到控制和治愈疾病的目的。遗传改造包括遗传改造包括：纠正病人体内存在的基因突变纠正病人体内存在的基因突变使所需基因信息传递到某些特定的类型细胞使所需基因信息传递到某些特定的类型细胞 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用74按分化潜能分类 全能干细胞 胚胎干细胞胚胎干细胞 多能干细胞造血干细胞造血干细

41、胞间充质干细胞（间充质干细胞（MSC）神经干细胞神经干细胞肌肉干细胞肌肉干细胞皮肤干细胞皮肤干细胞9.3.3 其它类型的干细胞其它类型的干细胞干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用75专能干细胞专能干细胞肝干细胞肝干细胞胰腺干细胞胰腺干细胞肠上皮干细胞肠上皮干细胞角膜缘干细胞角膜缘干细胞生殖干细胞（生殖干细胞（GSC） 干细胞治疗及临床应用干细胞治疗及临床应用76神经干细胞n神经干细胞的研究尚处初级阶段。理论上讲，任何一种中枢神经疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经细胞，可治愈部分患者的症状。77从成年小白鼠未发育的脑干细胞转变为肌肉细胞

42、从成年小白鼠未发育的脑干细胞转变为肌肉细胞 用成年人志愿者的神经干细胞实现了同样的工作用成年人志愿者的神经干细胞实现了同样的工作n日本筑波大学谷口英树把从老鼠的肝脏里取出来的干细胞大量地移植到老鼠的胰管里。三个月后，从肝脏干细胞分化出来的细胞就取代了胰脏细胞，并且分泌出胰脏所特有的液化酶等物质。把肝脏干细胞移植到小肠里去，它也转变成长为小肠细胞。78以色列造出以色列造出“微型心脏微型心脏”n以色列功学院用胚胎干细胞生成心脏细胞、内皮细胞和成纤维细胞三种细胞，然后把它们植入可生物降解的生物支架材料中。几个星期后，这些细胞合为一体，形成一小片搏动的心脏组织。n这片心肌不足1平方厘米，布满微细血管，

43、与构成心脏的复杂结构相似。n这是首次创造出包含所有关键细胞的心脏组织。n天津日报 2007年3月12日第4版79安徽农民工在津捐献干细胞安徽农民工在津捐献干细胞n一名28岁的安徽农民工在中国医学科学院天津血液病医院捐献了外周造血干细胞n医务人员一次采集了140毫升的造血干细胞，翌日将再次采集n该造血干细胞用于苏州市一名大三学生的移植治疗 天津日报 2007,3,21第5版80我国的脐血库我国的脐血库n卫生部于2001年批准在国内设置建设7个脐血干细胞库。在干细胞技术和移植专家们的共同努力下，这些库在短短几个月就提供了几十份干细胞进行非亲缘性脐血移植临床试验，为众多患者带来了福音，公中国医学科学院血液学研究所血液病医院一家就有六例患者脐血干细胞移植获得成功。n脐血干细胞移植在临床上的成功，将为众多血液病人、肿瘤患者、老年病患者及其它许多恶性疾病患者带来福音，也为今后如何运用脐血干细胞治疗其它疾病提供了丰富的经验和可能。 8182国家干细胞系统工程国家干细胞系统工程839.4.1 干细胞工程的应用前景干细胞工程的应用前景1 1、未来干细胞工程的理想阶段、未来干细胞工程的理想阶段希望在体外进行希望在体外进行“器官克隆器官克隆”以供病人移以供病人移植植 病人体细胞核病人体细胞核核移入去核的成熟受体卵核移入去核的成熟受体卵母细胞母细胞早期胚胎早期胚胎分离人胚胎干细胞分离人胚胎干