胚胎干细胞(自己做的ppt)

1、胚胎干细胞v概念概念v发展史发展史vES的形态学及的形态学及 生物学特征生物学特征v应用前景应用前景（一）定义胎干细胞（胎干细胞（embryonic stem cell，ESCs，简称，简称ES或或EK细胞。）胚细胞。）胚胎干细胞是早期胚胎（胎干细胞是早期胚胎（原肠胚期原肠胚期之前之前）或原始性腺种分离出来的）或原始性腺种分离出来的一类一类细胞细胞，它具有体外培养无限，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。胚胎干细胞乎所有的细胞类

2、型。胚胎干细胞研究在美国一直是一个颇具争议研究在美国一直是一个颇具争议的领域，支持者认为这项研究有的领域，支持者认为这项研究有助于根治很多疑难杂症，是一种助于根治很多疑难杂症，是一种挽救生命的慈善行为，是科学进挽救生命的慈善行为，是科学进步的表现。而反对者则认为，进步的表现。而反对者则认为，进行行胚胎胚胎干细胞研究就必须破坏胚干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在胎，而胚胎是人尚未成形时在子子宫宫的生命形式的生命形式。（二）发展史 自自1981年年Evans和和Kaufman首次成功分离小鼠首次成功分离小鼠ES细胞，中细胞，中国外研究人员已在国外研究人员已在仓鼠仓鼠、大鼠、大鼠、兔兔

3、、猪、猪、牛牛、绵羊、山羊、绵羊、山羊、水貂水貂、恒河猴、美洲长尾猴以及人类都分离获得了、恒河猴、美洲长尾猴以及人类都分离获得了ES细胞细胞，而且已经证明小鼠而且已经证明小鼠ES细胞可以分化为心肌细胞、细胞可以分化为心肌细胞、造血细胞造血细胞、卵黄囊细胞、骨髓细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞、软骨细胞、卵黄囊细胞、骨髓细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、内皮细胞、黑色素细胞、神经细胞、神经胶质细成骨细胞、内皮细胞、黑色素细胞、神经细胞、神经胶质细胞、少突胶质细胞、淋巴细胞、胰岛细胞、滋养层细胞等。胞、少突胶质细胞、淋巴细胞、胰岛细胞、滋养层细胞等。人类人类ES细胞也可以分化为滋养层细胞、

4、神经细胞、神经胶细胞也可以分化为滋养层细胞、神经细胞、神经胶质细胞、造血细胞、心肌细胞等。质细胞、造血细胞、心肌细胞等。ES细胞不仅可以作为体细胞不仅可以作为体外研究细胞分化和发育调控机制的模型，而且还可以作为一外研究细胞分化和发育调控机制的模型，而且还可以作为一种种载体载体，将通过同源重组产生的基因组的定点突变导入个体，将通过同源重组产生的基因组的定点突变导入个体，更重要的是，更重要的是，ES细胞将会给人类移植医学带来一场革命。细胞将会给人类移植医学带来一场革命。 发展史v进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞

5、。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。发展史v许多研究工作都是以小鼠许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生

6、命科学家对人类细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解细胞的了解迈入了一个新的阶段。在迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养年末，两个研究小组成功的培养出人类出人类ES细胞，保持了细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的全能性。细胞分化为各种体细胞的全能性。这样就使这样就使科学家科学家利用人类利用人类ES细胞治疗各种疾病成为可能。细胞治疗各种疾病成为可能。然而，人类然而，人类ES细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大争议，出于社会争议，出于社会伦理学伦理学方面的原因，有些国家甚至明令禁止方面的原因，有些国家甚至明令禁止进行人类进行人

7、类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大于在细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，因此要求展开人类伦理方面可能造成的负面影响，因此要求展开人类ES细胞细胞研究的呼声也一浪高似一浪。研究的呼声也一浪高似一浪。（三）ES形态学特征vES细胞具有与早期胚胎细胞相似细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，的形态结构，细胞核细胞核大，有一个大，有一个或几个核仁，胞核中多为或几个核仁，胞核中多为常染色常染色质质，胞质胞浆少，结构简单。体，胞质胞浆少，结构简单。体外培养时，细胞排

8、列紧密，呈集外培养时，细胞排列紧密，呈集落状生长。用碱性磷酸酶染色，落状生长。用碱性磷酸酶染色，ES细胞呈棕红色，而周围的成细胞呈棕红色，而周围的成纤纤维细胞维细胞呈淡黄色。细胞克隆和周呈淡黄色。细胞克隆和周围存在明显界限，形成的克隆细围存在明显界限，形成的克隆细胞彼此界限不清，细胞表面有折胞彼此界限不清，细胞表面有折光较强的脂状小滴。细胞克隆形光较强的脂状小滴。细胞克隆形态多样，多数呈岛状或巢状。小态多样，多数呈岛状或巢状。小鼠鼠ES细胞的直径细胞的直径7m18m，猪、牛、羊猪、牛、羊ES细胞的颜色较深，细胞的颜色较深，直径直径12m18m。胚胎干细胞生物学特性ES细胞较一般细胞除具特定的细

9、胞形态、生细胞较一般细胞除具特定的细胞形态、生长特性，特定的细胞表面抗原和酶，正常的二长特性，特定的细胞表面抗原和酶，正常的二倍体核型外，具有以下几个特性：倍体核型外，具有以下几个特性：全能性全能性无限扩增无限扩增可操作性可操作性（1）全能性vES细胞具有发育的全能性。细胞具有发育的全能性。ES细胞具有能发育为构成机体细胞具有能发育为构成机体的不同细胞类型中的任何一种的潜力。在体外的不同细胞类型中的任何一种的潜力。在体外ES细胞可被细胞可被诱导分化出包括三个胚层在内的所有分化细胞；若将诱导分化出包括三个胚层在内的所有分化细胞；若将ES细细胞注射到胞注射到SCID小鼠或同源动物体内，可分化产生出

10、由三个小鼠或同源动物体内，可分化产生出由三个胚层细胞组织构成的畸胎瘤。胚层细胞组织构成的畸胎瘤。ES细胞具有种系传递功能。细胞具有种系传递功能。ES细胞能与另一正常胚胎嵌合，获得包括生殖系在内的嵌细胞能与另一正常胚胎嵌合，获得包括生殖系在内的嵌合体个体。全能性合体个体。全能性多能性多能性=是是ES细胞具可塑性的基础，这细胞具可塑性的基础，这正是正是ES细胞的美妙之处，也是细胞的美妙之处，也是ES细胞优于成年组织干细胞细胞优于成年组织干细胞之点。有人认为之点。有人认为ES细胞具多能性而不具全能性，原因在于细胞具多能性而不具全能性，原因在于ES细胞不能发育成胎盘，仅细胞不能发育成胎盘，仅ES细胞不

11、能形成完整的胚胎或细胞不能形成完整的胚胎或个体。总之，全能性个体。总之，全能性多能性多能性=是是ES细胞的核心。细胞的核心。ES细胞的分化vES细胞的全能性指细胞的全能性指ES细胞在解除分化抑制的条件下能参与细胞在解除分化抑制的条件下能参与包括生殖腺在内的各种组织的发育潜力，即包括生殖腺在内的各种组织的发育潜力，即ES细胞具有发细胞具有发育成完整动物体的能力，可以为细胞的育成完整动物体的能力，可以为细胞的遗传遗传操作和细胞分化操作和细胞分化研究提供丰富的试验材料。研究提供丰富的试验材料。ES细胞发育全能性的标志是细胞发育全能性的标志是ES细胞表面表达时相专一性胚胎抗原细胞表面表达时相专一性胚胎

12、抗原（Stagespecificembryonicant，SSEA），而且可以检查），而且可以检查到到OTC4基因的表达，这两种基因的表达，这两种蛋白蛋白是发育全能性的标志。是发育全能性的标志。ES细胞中细胞中AKP及端粒酶活性较高，可用于及端粒酶活性较高，可用于ES细胞分化与否的细胞分化与否的鉴定。鉴定。ES细胞的多能性是指细胞的多能性是指ES细胞具有发育成多种组织的细胞具有发育成多种组织的能力，参与部分组织的形成。将能力，参与部分组织的形成。将ES细胞培养在不含分化抑细胞培养在不含分化抑制物的培养基上，可以形成类胚体。将制物的培养基上，可以形成类胚体。将ES细胞在特定培养细胞在特定培养基进

13、行培养，可以定向分化成特定组织，如基进行培养，可以定向分化成特定组织，如ES细胞在含有细胞在含有白血病白血病抑制因子（抑制因子（LIF）和）和维生素维生素A酸酸（RA）的培养基上，）的培养基上，可以分化形成全壁内胚层，将可以分化形成全壁内胚层，将ES细胞与胚胎细胞共培养或细胞与胚胎细胞共培养或将将ES细胞注入囊胚腔中，细胞注入囊胚腔中，ES细胞就会参与多种组织的发育。细胞就会参与多种组织的发育。 （2）无限扩增v理论上，ES细胞具无限扩增的特性。体外无限扩增的特性是ES细胞研究和应用的一个前提和关键。早期胚胎细胞具全能性，但其数量很少，相对说其实际应用意义没有ES细胞大ES细胞在体外适宜条件下

14、，能在未分化态下无限增殖，为ES细胞研究和应用提供了无限的细胞来源。 （3）可操作性v在体外，可以对ES细胞进行遗传操作选择，如导入异源基因、报告基因或标志基因，诱导某个基因突变，基因打靶或导入额外的原有基因使之过度表达增加功能=等。理论上ES细胞经遗传操作选择后一般仍能保持其扩增和发育的全能性或多能性，因此可经遗传操作选择制备转基因个体或基因有缺失、突变或过量表达的杂合或纯合个体进行各种基因功能分析。（四）应用前景v生产克隆动物v生产转基因动物v用于器官组织移植v治疗人类胚胎干细胞群v揭示人及动物的发育机制及影响因素v药学研究方面 （1）生产克隆动物vES细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不

15、细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不失去其正常的二倍体基因型和表现型，以其失去其正常的二倍体基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后，在短期内可获得作为核供体进行核移植后，在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体，大量基因型和表现型完全相同的个体，ES细细胞与胚胎进行胞与胚胎进行嵌合嵌合克隆动物，可解决克隆动物，可解决哺乳动哺乳动物物远缘杂交的困难问题，生产珍贵的动物新远缘杂交的困难问题，生产珍贵的动物新种。亦可使用该项技术进行异种动物克隆，种。亦可使用该项技术进行异种动物克隆，对于保护珍稀对于保护珍稀野生动物野生动物有着重要意义。有着重要意义。（2）生产转基因动物v用用ES细胞生产转

16、基因动物，可打破物种的界细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种。利传变异程度，可以进行定向变异和育种。利用同源重组技术对用同源重组技术对ES细胞进行遗传操作，通细胞进行遗传操作，通过过细胞核移植细胞核移植生产遗传修饰性动物，有可能生产遗传修饰性动物，有可能创造新的物种；利用创造新的物种；利用ES细胞技术，可在细胞细胞技术，可在细胞水平上对胚胎进行早期选择，这样可以提高水平上对胚胎进行早期选择，这样可以提高选样的准确性，缩短育种时间。选样的准确性，缩短育种时间。 ES细胞生产转基因动物的理想

17、技术路线ES细胞细胞+目的基因目的基因 转基因转基因ES细胞细胞+囊胚囊胚 转基因嵌合胚转基因嵌合胚胎胎 转基因转基因ES细胞核移植细胞核移植 转基因动物转基因动物 基因动物细胞核移植基因动物细胞核移植 克隆转基因动物克隆转基因动物 高效益的转基因动物或畜产品高效益的转基因动物或畜产品 高效益的生物活性蛋白高效益的生物活性蛋白 （动物制药厂）（动物制药厂）（3）用于器官组织移植v作为一种被称之为“种子细胞”的ES细胞，为临床的组织器官移植提供大量材料。人ES细胞经过免疫排斥基因剔除后，再定向诱导终末器官以避免不同个体间的移植排斥。这样就可能解决一直困扰着免疫学界及医学界的同种异型个体间的移植排

18、斥难题。 （3）治疗人类胚胎干细胞群v细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到治愈和控制疾病的目的。植或输入病人体内，达到治愈和控制疾病的目的。ES细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。以以ES细胞为载体，经体外定向改造，使基因的整合细胞为载体，经体外定向改造，使基因的整合数目、位点、表达程度和插入基因的稳定性及筛选数目、位点、表达程度和插入基因的稳定性及筛选工作等都在细胞水平上进行，容易获得稳定、满意工作等都在细胞水平上进行，容易获得稳定、满意的转基因的转基因ES细胞系，为克服

19、基因治疗中导入细胞系，为克服基因治疗中导入基因基因的的整合和表达难以控制，以及用作基因操作的细胞在整合和表达难以控制，以及用作基因操作的细胞在体外不易稳定地被转染和增殖传代开辟了新的途径。体外不易稳定地被转染和增殖传代开辟了新的途径。（4）揭示人及动物的发育机制及影响因素v生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，使人深刻认识数十年来困扰着胚程中的复杂事件，使

20、人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题，促进对人胎学家的一些基本问题，促进对人胚胎胚胎发育细节的发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以一基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以一种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。（5）药学研究方面 v胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型，又是能在培胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型，又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统，可模拟体内细胞与组织间复杂的