第七章-干细胞与组织工程

1、,第七章 干细胞与组织工程,干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科研究领域，1999年干细胞研究被美国科学杂志评为1999年度世界十大科学之冠，2000年干细胞研究再次被科学杂志评为该年度世界十大科学成就之一。 组织工程是以干细胞研究为基础发展起来，它有望解决临床上急需的人工组织与器官问题，进展极为迅速，已经成为干细胞应用的主要方向。,一、干细胞的概念,干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。并能产生至少一种高度分化子代细胞的细胞。 在干细胞的发育过程中，还有一种中间类型的细胞称为祖细胞，祖细胞也具有有限的增殖和分化能力，与干细胞不同的是，祖细胞没

2、有自我更新能力，它在经过几轮细胞分裂周期后产生的两个子代细胞均为终末分化细胞。,胚胎早期发生：囊胚形成 （囊胚内细胞团）,（一）干细胞有几个主要特征 干细胞本身不是终末分化细胞； 干细胞能无限增殖分裂； 干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态； 干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运保持为干细胞 或分化为特定细胞。,一方面进行自我更新（self-renew)，产生与亲本完全相同的子代细胞，以保持干细胞数量的恒定； 另一方面在一定条件下可以进入分化程序，通过不对称分裂产生分化的子代细胞，最终形成功能特异的组织类型，在组织修复和新陈代谢中起重要作用。,（二）分类 1.按分化潜能大小来分类

3、: 全能干细胞:有形成完整个体的分化潜能。如受精卵，桑葚胚。 三胚层多能干细胞（万能干细胞 ）：失去发育成完整个体的能力，但仍具有分化成个体中包括生殖细胞在内的各种细胞的潜能，有这种潜能的细胞称为三胚层多能干细胞。如内细胞团。, 单胚层多能干细胞（多能干细胞 ）：有分化出多种组 织细胞的潜能，失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。如骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞。间充质干细胞也属于单胚层多能干细胞 单能干细胞:这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层干细胞、神经元干细胞、肌肉中的成肌细胞等。,2.根据干细胞所处的发育阶段

4、来分： 胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞) 成体干细胞(somatic stem cell),3.根据来源来分: 来源于胚胎- 胚胎干细胞 ESC （Embryonic Stem Cell ） 胚胎性生殖细胞 EGC （Embryonic Germ Cell ） 来源于成体- 成体组织来源的干细胞 ASC （Adult-derived Stem Cell ）,4.根据干细胞组织发生的名称来分:,造血干细胞、骨髓间质干细胞、肌肉干细胞、成骨干细胞、视网膜干细胞、胰腺干细胞,5.根据干细胞组织发生部位分类： ES细胞：存在于早期胚胎内细胞团的全能干细胞； AS细胞：来自

5、成体组织的各种多能干细胞； EG细胞：来自于早期胚胎生殖嵴原始生殖细胞的多能干细胞； EC细胞：来自于自发或诱发的生殖细胞瘤或畸胎瘤中的多能干细胞。,二、胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）,（一）定义：当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞。 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。,囊胚,原始干细胞,多功能干细胞,内细胞团,胚胎干细胞和成体干细胞的比较,定义:当受精卵分裂发育成囊胚时，内细胞团的细胞就是胚胎干细胞。,特点：具有很强的分化能力，可以无限增加，并且可以分化成全身多种细胞

6、类型。,总结：它能长成动物的任何组织和器官,特点：在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序进行分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。,（二）胚胎干细胞的研究概况 1.1981年Evans埃文斯和Kaufrnan考夫曼及Martin马丁首次由小鼠中分离得到鼠的胚胎干细胞。 至今已分离得到的胚胎干细胞物种有： 金黄地鼠（1988）、貂（1993）、猪（1994，1997）、鸡（1996）、恒河猴（1995）、绒猴（1996）。,James A. Thomson詹姆斯a汤姆森在 Wisconsin 威斯康星州大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干

7、细胞株。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取内细胞团，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面标志和酶活性，证实它们就是胚胎干细胞。(Science, 1998 (l282):1145-1147),John D. Gearhart在 Johns Hopkins约翰霍普金斯大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后59周人工流产的胚胎中提取原始生殖细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有多能干细胞的特征。(PNAS, 1998 (l95):13726-13731),Scientists James T

8、homson and John Gearhart joined patient advocate Christopher Reeve 克里斯托弗里夫to discuss stem cell research,2007年欧盟经过长时间的辩论后决定拨款资助人类干细胞研究。而此前，美国总统布什首次动用否决权，驳回胚胎干细胞研究的法案，引起轩然大波。这个事件在科学、 伦理和政治的揪扯下，愈演愈烈，最后终于引发了一场激烈的“文化战争”。,霍金批评欧美人士试图禁止人类胚胎干细胞研究,中国人对胚胎干细胞研究的看法比较一致,大多数中国人能够接受此项研究,主要是受儒家思想的影响。儒家很早以前就已经指出，人生出来

9、的时候，人才开始。按照大多数中国人的看法，胚胎还不是人，不涉及人权问题。,ES研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦理之争。主要围绕如何看待胚胎。ES主要有三个来: （1）（自然和人工）流产的胚胎； （2）辅助生殖剩余的胚胎； （3）通过体细胞核转移术得到的胚胎。 不管哪一个来源，提取ES必定会损毁胚胎。于是，胚胎是不是生命，是不是人，研究ES是不是“毁灭生命”、“杀人”，很自然地成为争论的焦点。,伦理冲突, 1999年12月，美国科学杂志公布了当年世界科学进展的评定结果，干细胞的研究成果列在举世瞩目耗资巨大的人类基因组工程之前，名列十大科学进展首位。 2002年3月，美国麻省理工学院的科学家宣布

10、，他们首次利用人体胚胎干细胞培育出毛细血管，证明了胚胎干细胞技术在治疗心血管疾病等领域的应用潜力。 目前已有报导ES细胞能在适当条件下分化为心肌细胞，胰岛细胞，血管内皮细胞，肝细胞等。,新 进 展,（三）ES细胞生物学特性 1.细胞形态结构及核型 2.细胞的高度分化潜能 3.碱性磷酸酶的表达 4.胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达 5.细胞分化的调控,1.ES细胞形态结构及核型 1）. 各种动物的ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，胞体体积小，核大，有一个或几个核仁。 2）. ES细胞与卵圆柱期（egg cylinder stage）胚胎外胚层和胎儿生殖峙的原始生殖细胞类似。 3）. 细胞

11、中多为常染色质，胞质结构简单，散布着大量核糖体和线粒体，核型正常，保留了整倍体性质。正常ES细胞染色体正常，如发生异常则其很难发育分化形成动物个体。,4）. ES细胞在体外分化抑制培养中，呈克隆状生长，细胞紧密地聚集在一起，形似鸟巢，细胞界限不清，克隆周围有时可见单个ES细胞和分化的扁平状上皮细胞。 5）. ES细胞增殖迅速，1824 h分裂增殖 1次。 6）. ES还可以在体外进行选择、操作、冻存。冻存的细胞可在需要时随时解冻，继续培养不失其原有特性，并且来自一个克隆的细胞具有同样的特征。,2.ES细胞的全能性表现 形成畸胎瘤。将ES细胞注入同源动物皮下可形成畸胎瘤，包括三个胚层细胞； 形成

12、类胚体。培养ES细胞在非粘附底物中悬浮生长，或控制增殖细胞数目。能够使之生成类胚体，它是一个与畸胎瘤相似的多种系混杂的集合体、具有三个胚层组织；,2.ES细胞的全能性表现 直系分化。通过控制ES细胞生长环境，或遗传操纵特定基因表达，ES细胞可直接分化成某特定种系细胞，例如将神经决定基因NeuroD2和NeuroD3转人ES细胞，可使之分化为神经细胞； 形成嵌合体。将ES细胞注射到同种动物囊胚腔中后，可以形成嵌合体（chimera），ES细胞可以参与嵌合体各个器官包括生殖腺的发育。这是检验一个细胞系是否为ES细胞的标准。,3.ES细胞的高度分化潜能 ES细胞的全能性是其区别于成 纤维细胞等体细胞

13、的显著特点 1）. ES细胞在体外需在饲养层细胞上培养才能维持其未分化状态，一旦脱离饲养层就自发地进行分化。 2）. 在单层培养时细胞自发分化成多种细胞，悬浮培养中： “简单类胚体” “囊状胚体” 细胞分化物。,3）. ES细胞可进行诱导分化 *用RA（维生素A酸或视黄酸）作诱导，90以上的ES细胞分化为神经胶质细胞， *聚集培养的ES细胞诱导分化则可分化为有节律性收缩的心肌细胞。 *将ES细胞注射到同源动物皮下，可形成组织瘤，其细胞组成可代表3个胚层细胞。 *用ES细胞作核供体进行细胞核移植，可以得到可发育重构胚和动物个体。,4.碱性磷酸酶的表达,许多资料表明，小鼠、大鼠的桑椹胚细胞和囊胚细

14、胞均有碱性磷酸酶（AKP）表达，小鼠的EC细胞和ES细胞中均含有丰富的AKP。而在已分化的EC细胞和ES细胞中AKP呈弱阳性或阴性。猪、兔的桑椹胚和早期囊胚AKP呈阳性。因此，AKP常用来作为鉴定EC细胞或ES细胞分化与否的标志之一。,5.胚胎阶段特异性细胞表面抗原的表达,早期胚胎细胞表面均表达胚胎阶段特异性表面抗原（SSEA1）。在胚胎的原始外胚层细胞、ES细胞、EC细胞和原始生殖细胞的表面均可检测到SSEA1(3)的表达。小鼠SSEA1的表达自8一细胞期开始，直到原始外胚层形成期。早期囊胚ICM细胞全部呈强阳性，晚期囊胚中部分ICM呈强阳性，部分呈弱阳性，少部分为阴性。因此，SSEA也常作

15、为ES细胞鉴定的一个标志。,ESC特异性表面标记,6.ES细胞分化的调控,1）.内源性调控 细胞内蛋白调控分裂：结构蛋白（细胞的骨架结构） 转录因子调控：OCT4（转录因子）-靶基因产物FGF4（生长因子）-旁分泌作用调节干细胞和滋养层的进一步分化。,2）.外源性调控 a分泌因子：维持干细胞的增值、分化和存活；TGF和 Wnt信号通路。 b膜蛋白介导的细胞间相互作用：信号通过细胞间的直接接触起作用；-Catenin和穿膜蛋白。 c整合素与细胞外基质：用于细胞与细胞外基质粘附；为干细胞的非分化增值提供微环境。,（四）.胚胎干细胞的建系 ES细胞的分离 从着床前（孕3-5天）的胚泡中分离内细胞群(

16、ICM) 免疫学方法: 利用干细胞表面特殊标记分子分离 免疫外科学：利用囊胚腔对抗体的不通透性，通过抗体补体结合对细胞的毒性杀伤作用，去除滋养层细胞，保留ICM。,组织培养法：利用滋养层和ICM发育情况不同进行分离 显微外科学：显微操作系统直接分离,目前已证明，小鼠、兔、羊。猪、牛等多种动物的桑椹胚以前以及囊胚的ICM细胞具有发育的全能性，因此桑胚胚或囊胚成为分离ES细胞的常用材料。,早期胚胎的获取及处理方法 原始生殖细胞的获取和ES细胞的分离 分化抑制物的选择, 包括：饲养层（feeder lopr）， 条件培养基（conditioned medium， CM） 和分化抑制因子（differ

17、entiation inhibitory activity， DIA） 基础培养基的选择 添加物的选用,2. ES细胞的分离培养,小鼠早期胚胎的体外培养-饲养层： 饲养层细胞的作用：培养的鼠胚成纤维细胞经丝裂霉素C处理后，可用作饲养层细胞。饲养层细胞经丝裂霉素C处理后，虽然失去分裂能力，但仍然保持生存活性，并为胚胎干细胞的存活、增殖和未分化状态的维持提供一些必需因子，还可去除培养环境中的毒素和代谢抑制因子。 饲养层细胞的处理方法如下：取P12-16的孕鼠，剖腹取胚胎，去除头、四肢、内脏后，Hanks液反复冲洗，剪碎鼠胚组织，胰酶消化成单细胞悬液，接种，即为原代培养鼠胚成纤维细胞。将原培养液弃去

18、，加入含10g/ml丝裂霉素C的培养液作用2-4h，然后胰酶消化制成单细胞悬液，接种在四孔板中备用。,从小鼠囊胚的内细胞群中分离培养ESC,ESC的分离培养： 待小鼠囊胚贴壁，并从透明带中孵出后，在显微操作仪下分离内细胞团，吸出内细胞团，用胰酶消化，将其离散成小的细胞团块，接种于新的铺有饲养层细胞的四孔板中。一周后即可出现ESC集落。,ES细胞的体外培养,ESC的纯化： 待四孔板内长满ESC集落，未出现分化 征象之前，用玻璃针挑取ESC集落，用 胰酶消化，反复吹打离散后重新接种。 集落呈克隆状生长，与饲养层细胞之间 有明显的界限，细胞排列紧密，界限不 清，可见折光性比较强的分裂相。,A pha

19、se contrast image of the pluripotent murine embryonic germ cell,A culture dish containing hundreds of colonies of murine embryonic germ cells. Each red-stained spot represents an individual colony comprised of hundreds or thousands of stem cells.,（五） ES细胞的鉴定,- 形态学检查 - 核型分析 - 碱性磷酸酶（AKP）染色 - SSEA-I 免疫

20、荧光标记 - 分化能力检测 体外分化试验 体内分化试验 嵌合体形成试验 核移植试验,1.ES细胞形态学鉴定 ES细胞的形态结构（胞体体积小，核大、有一个或几个核仁）和生长特性（呈克隆状生长，细胞紧密聚集，形似鸟巢，界限不清）对ES细胞进行初步鉴定。,2.核型分析 ES细胞具有正常二倍体核型， 可用核型分析进行检验,3.碱性磷酸酶（AKP）染色 *常用快绿（Fast Green Staining)染色法， *对照以已建系ES细胞（或小鼠的脱带桑椹胚 或囊胚）作为阳性对照， *作用液中不含-萘酚磷酸钠为阴性对照。 *结果判定阳性对照ES细胞染成棕色，阴性对 照无色。小鼠35日龄胚胎ICM为强阳性。

21、,碱性磷酸酶染色，呈阳性,4.分化能力检测 ES细胞具有发育全能性，这是其区别于其它细胞的显著特点。 ES细胞一旦脱离饲养层或除去分化抑制物后进行培养，会自发分化为多种细胞。 在某些物质的诱导下，一些特定基因的表达会受到调节，从而使ES细胞发生定向分化。,分化能力,分化能力检测,体外分化试验：将所培养的细胞制成悬液在铺有明胶的培养皿中培养，则贴壁生长的ES细胞会自发地分化为各种细胞，而悬浮生长的ES细胞会形成简单类胚体，然后进一步形成囊状胚体。 体内分化试验：将一定量培养的ES细胞注入同源动物的皮下，过一段时间后会形成组织瘤，且组织瘤内有三个胚层的细胞存在。 核移植检测：将培养的细胞作为核供体

22、注入去核卵母细胞中，观察重构胚是否正常发育。 嵌合体形成检测：将培养的细胞与受体胚胎结合并移植入同期假孕受体，ES细胞可参与受体胚胎的发育从而得到嵌合体动物，然后通过毛色判断，或同工酶检测。,胚胎干细胞,神经细胞,脂肪细胞,心肌细胞,上皮细胞,适当条件,体外定向分化,改变生长环境,处理塑料平皿、加 入特定生长因子等,（1）加入诱导细胞分化的因子或化学物质， 如VGEF、bFGF 、DMSO和RA等 （2）将ES细胞与特定的细胞共培养 （3）将某种分化诱导因子的基因转入ES细胞内,干细胞诱导分化的常用方法,胚胎干细胞的体外定向诱导分化： 胎牛血清，骨髓基质细胞共培养 胚胎干细胞造血细胞 RA 胚

23、胎干细胞神经细胞 DMSO二甲基亚砜 胚胎干细胞肌肉细胞 TGF-B1重组人转化生长因子, VEGF 血管内皮生长因子, bFGF成纤维细胞生长因子 胚胎干细胞血管和内皮细胞 RA+胰岛素+T3 胚胎干细胞脂肪细胞 BMP-2, BMP-4 形态发生蛋白2 胚胎干细胞软骨细胞 地塞米松，磷酸甘油 胚胎干细胞骨细胞 基因转染 胚胎干细胞胰岛素分泌细胞,（五）ES细胞的应用前景及面临的难题,1ES细胞的应用前景 研究干细胞增殖和分化机制的最终目的是应用干细胞治疗疾病。理论上讲，干细胞可以用于许多疾病的治疗，像帕金森氏病、糖尿病、心肌梗死、肝功能衰竭等。就是干细胞的这种潜在的价值引起了各国学者的研究

24、兴趣。 （1）ES细胞在动物克隆及人类治疗性克隆中的应用 （2）在转基因动物中的应用 （3）制备嵌合体动物,干细胞应用前景,细胞治疗 组织工程 药物筛选 发育研究 基因功能研究,细胞治疗 cell therapy,细胞治疗是指将正常或遗传改造过的人体细胞直接移植或输入患者体内，以达到替代受损细胞、治疗疾病的目的。利用干细胞及其分化细胞进行细胞治疗是干细胞临床应用的重要研究方向。 胚胎干细胞和成体干细胞都能用于细胞治疗，但目前只有少数成体干细胞在细胞治疗上己开始取得临床疗效，大多数的干细胞治疗还在实验阶段。,血液病的细胞治疗,如白血病的细胞治疗 造血干细胞移植： 自体移植（脐带血造血干细胞） 无

25、排斥反应 同系移植（同卵孪生之间骨髓 造血干细胞） 一般无排斥反应 同种移植（人与人之间骨髓造血干细胞） 有排斥反应（供、受者组织相容性抗原不同） 需组织配型、选择供者（骨髓库）； 抑制受者的免疫应答、诱导免疫耐受。,神经系统疾病的细胞治疗,如帕金森氏病细胞治疗 胚胎干细胞细胞移植 神经干细胞细胞移植 1、干细胞直接移植 2、诱导分化成相应神经细胞（多巴胺能神经元）后进行细胞移植,心肌疾病的细胞治疗,如心肌梗塞的细胞治疗 胚胎干细胞 诱导分化成心肌细胞 细胞移植 成体干细胞（骨髓基质干细胞、脂肪干细胞、心肌干细胞等） 诱导分化成心肌细胞 细胞移植,2.干细胞治疗中的难点,异体移植的免疫排斥反应

26、 解决途径：自身体细胞核移植（治疗性克隆） 干细胞基因改造 采用自身干细胞 成瘤性的危险 胚胎干细胞植入动物体内会形成畸胎瘤，如何防止干细胞移植后可能因分化不彻底形成肿瘤，是必须解决的问题。 解决途径：完善定向诱导分化方法 改进筛选纯化技术,治疗性克隆 （体细胞核移植）,胚胎嵌合,嵌合体（chimera）是指在同一个体中，由于基因型不同的细胞或组织互相接触，且各自独自并存的状态。 发育早期，如卵裂球甚至受精卵所形成的嵌合体称为原发性嵌合体，而把在发育的较晚期，如胚层已经分化，或器官开始形成后，通过组织移植或嫁接等方法所形成的部分组织或器官的嵌合，称为次生性嵌合体。 1901年，Spemann最

27、早开始进行动物嵌合体的研究，他进行了蛙嵌合个体的培育，其目的是为了研究两栖类动物的发育机制。 1960年，Mintz开始研究嵌合体制作技术，到1965年第一次获得活至成体的正常小鼠嵌合体。,2ES研究面临的难题,（1）体外培养ES 细胞应当是既能快速无限增殖，又呈未分化状态。如何平衡这一对矛盾, 必须筛选适宜的培养条件。目前在ES细胞研究中存在着建系成功率也不高等问题, 只在小鼠中建立了稳定的ES细胞系，家畜、人类细胞系建立的最佳条件仍无定论。 （2）如何诱导ES细胞定向分化成单一类型的分化细胞, 是至今仍未解决的难题。 必须寻找各种细胞定向诱导分化的条件和方法，以及不同干细胞的表面标志和分选

28、技术，从而得到所需要的细胞或组织。,（3）ES细胞真正用于器官克隆与移植仍需要技术上的突破，因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程, 很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。 即便是发育完整的来自自然机体的器官, 要离体培养并维持其正常的生理功能目前还无法做到, 器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。 （4）伦理学问题：特别是ES细胞应用受到伦理、法律、宗教以及社会因素的强烈反对，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。,三、成体干细胞,成体干细胞adult stem cells又称组织干细胞tissue stem cells ，传统的观念认为它们是存在于成体组织的未分化细胞，现在

29、认为也包括未成年动物的组织干细胞，它们具有不断增殖和自我更新能力、又具有多向分化潜能。 如造血干细胞、骨髓间质干细胞、神经干细胞、脂肪干细胞、上皮干细胞、胰腺干细胞、肝干细胞等,横向分化： 通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。部分干细胞在特定条件下可以转化为其它胚层来源的细胞，如肌肉干细胞在特定条件下可以分化为各种血细胞等。,68,ESC和成体干细胞的异同,相同点：都具有干细胞的自我复制和分化能力，都有“归巢”现象。,造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。 在20世纪五十年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病

30、。,（一）造血干细胞（Hematopoietic Stem Cells，HSC）,我国首例生物学基因配型造血干细胞移植术获成功,A型血可变B型血,1. 造血细胞是细胞增殖分化的最佳模型。 2. 造血干祖细胞及各系血细胞的表面标志较为清楚，细胞表型特征可进行定量分析，且可分选。 3. 造血干细胞增殖及向各系分化的重要诱导因子、受体、信号转导、微环境等因素较为清楚。 4. 造血细胞发挥功能可相对游离，不需“生物支架”、神经、血管、外科移植等复杂的“下游”工艺，因此便于直接应用于临床。,造血干细胞作为干细胞研究与应用的突破口,北京某医院完成异基因造血干细胞移植病例数,三个部位生产/存储造血干细胞：

31、大部分在骨髓里，即骨髓造血干细胞。 在外周血液中，也就是在血管里面有少量的造血干细胞。 在脐带里有丰富的造血干细胞。,造血干细胞自体移植,脐血干细胞的收集,脐血干细胞,脐带血造血干细胞 脐带间充质干细胞,（二）神经干细胞,1.定义：神经干细胞(neuralstemcell，NSCs)是一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。 需要强调的是，在脑脊髓等所有神经组织中，不同的神经干细胞类型产生的子代细胞种类不同，分布也不同。 神经母细胞：成年人体中主要存在的神经干细胞，分裂能力可以产生神经前体细胞和神经元和各类神经胶质细胞； 1990年，Lendah

32、l 等人发现神经干细胞中存在一种新的中间丝蛋白巢蛋白（nestin），现在 nestin已是公认的神经干细胞标志之一。,自我更新：神经干细胞具有对称分裂及不对称分裂两种分裂方式，从而保持干细胞库稳定。 多向分化潜能：神经干细胞可以向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化。 低免疫原性：神经干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟的细胞抗原，不被免疫系统识别。 组织融合性好：可以与宿主的神经组织良好融合，并在宿主体内长期存活。,2.神经干细胞特点,（三）胰腺干细胞,近年研究发现，成年胰腺中存在干细胞，胰腺干细胞能分化形成胰腺导管、胰岛及胰腺外分泌腺泡等特定的胰腺组织细胞，并具有无限分裂和自我更新能力

33、。 胰腺干细胞属未分化细胞，可表达干细胞的一些分子标志，其特异性分子标志研究已有较大进展。 胰腺干细胞参与胰腺的病理生理过程，胰腺干细胞研究为糖尿病的治疗开辟了新的领域.,（四）皮肤干细胞,1.皮肤干细胞 skin stem cell：存在于表皮基底层和毛囊基部的干细胞。 2.表皮干细胞最显著的是慢周期性(slow cycling)、自我更新能力以及对基底膜的粘附。 3.皮肤干细胞的临床应用主要表现在几个方面: （1）在细胞替代治疗中的应用。 （2）在组织工程中的应用。 （3）在基因治疗中的应用。,四、组织工程,组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法来研究正常或病理状况下哺乳动物组织的结

34、构、功能和生长的机制，研究开发能够修复、维持或改善损伤组织的人工生物替代物的一门学科。,组织工程学的研究领域涉及到了材料学、工程学及生命科学。 在医学领域，包括基础医学的遗传学、组织胚胎学、细胞生物学、分子生物学等； 在临床医学领域包括骨科、整形外科、胸外科、神经外科、口腔颌面外科、五官科、普外科、康复医学等。 在材料学方面，主要涉及可降解高分子材料、陶瓷材料；生物衍生材料包括天然生物衍生材料和提纯衍生材料（如胶原）等。,组织工程的核心,建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代,组织工程学的基本原理和方法,将体外培养的

35、高浓度组织细胞,吸附扩增于一种生物相容性良好并可被人体逐步降解吸收的生物材料（为细胞提供一个生存的三维空间）上,形成细胞-生物材料复合物。 然后将此细胞-生物材料复合体植入机体组织病损部位。种植的细胞在生物支架逐步降解吸收过程中,继续增殖并分泌基质,形成新的具有与自身功能和形态相应的组织和器官。 这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。,组织工程的基本原理,体外组织工程,体内组织工程,基本三要素,细胞：细胞是一切生物组织最基本的结构单位。干细胞是人体内一种有潜力能够分化为其他类型细胞的特别的细胞，也是生物工程广泛研究和利用的一种手段。 支架：支架是用于支

36、撑细胞成长为一个完整的组织的框架材料。 生长信息：用于引导和协调组织内细胞活动的各种方法，目前已知的能够影响细胞活动的生长信息包括各种蛋白质因子和电信号。,组织工程的关键技术: 1.大规模扩增种子细胞； 2.在聚合物支架上种植细胞，诱导细胞分化； 3.采用灌注培养系统，维持稳定环境条件，使工程化组织维持长期分化状态,源于胚胎干细胞的细胞已能或可能治疗许多疾病：,治疗,组织工程化皮肤 组织工程化骨骼 组织工程化血管 组织工程化管状器官 组织工程化腺体器官,国内外组织工程研究概况,(一)、软骨组织工程方面 1977年，Green曾试图将分离的软骨细胞移植到去钙的骨骼支架中，以复制软骨； 1989年，Wakitani将软骨细胞埋植于胶质支架中培