第三章干细胞研究进展-(S版).ppt
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1、干干 细细 胞胞 的的 研研 究究 进进 展展第一页,共四十六页。主主 要要 内内 容容一、什么是干细胞?一、什么是干细胞?二、怎样得到多能二、怎样得到多能(dunn)干细胞?干细胞?三、干细胞研究的发展前景三、干细胞研究的发展前景四、世界各国的干细胞研究进展四、世界各国的干细胞研究进展第二页,共四十六页。细胞是机体组成(z chn)(z chn)的基本单位细胞细胞细胞细胞细胞群细胞群细胞群细胞群组织组织组织组织机体机体机体机体一、什么一、什么(shn me)是干细胞?是干细胞?第三页,共四十六页。l干干细细胞胞是是一一类类具具有有无无限限(wxin)的的或或永永生生的的自自我我更更新新和和分
2、分化化潜潜能能的的细细胞胞,能能够够产产生生至至少少一种类型的、高度分化的子代细胞。一种类型的、高度分化的子代细胞。第四页,共四十六页。l人人体体发发育育起起始始于于卵卵子子的的受受精精,产产生生一一个个能能发发育育为为完完整整有有机机体体潜潜能能的的单单细细胞胞,即即全全能能性性的的受受精精卵卵。l受受精精后后的的最最初初几几个个小小时时内内,受受精精卵卵分分裂裂为为一一些些完完全全相相同同的的全全能能细细胞胞。这这意意味味着着如如果果把把这这些些细细胞胞的的任任何何一一个个放放入入女女性性子子宫宫(zgng)内内,均均有有可可能能发育成胎儿。发育成胎儿。l大大约约在在受受精精后后四四天天,
3、经经过过几几个个循循环环的的细细胞胞分分裂裂之之后后,这这些些全全能能细细胞胞开开始始特特异异化化,形形成成一一个个中中空空环环形形的的细细胞胞群群结结构构,称称之之为为胚胚囊囊,胚胚囊囊由由外外层层细细胞胞和和位位于于中中空空球球形形内内的的细细胞胞簇簇内内细细胞胞群群所构成。所构成。第五页,共四十六页。外层细胞外层细胞继续发展,形成胎盘以及胎儿继续发展,形成胎盘以及胎儿(ti r)(ti r)在子宫内发育所需的其它支持组织。在子宫内发育所需的其它支持组织。内细胞群内细胞群细胞亦继续发育,形成人体所细胞亦继续发育,形成人体所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人体内须的全部组织。尽管内细胞群可形
4、成人体内的所有组织,但它们不能发育为一个单独的的所有组织,但它们不能发育为一个单独的生物体,因为它们不能形成胎盘以及胎儿在生物体,因为它们不能形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的支持组织。这些内细胞群子宫内发育所需的支持组织。这些内细胞群细胞是细胞是多能性多能性的,没有完全的发育潜能,如的,没有完全的发育潜能,如果将内细胞群放入母体子宫,它不会发育成果将内细胞群放入母体子宫,它不会发育成胎儿。胎儿。第六页,共四十六页。多能干细胞多能干细胞经历进一步的特异分化,经历进一步的特异分化,发展为参与发展为参与(cny)生成特殊功能细胞的干细胞。生成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞,它能产生红细胞、白细
5、胞如造血干细胞,它能产生红细胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞,它能产生各和血小板。又如皮肤干细胞,它能产生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为胞被称为专能干细胞专能干细胞。总结:总结:全能细胞全能细胞多能干细胞多能干细胞专能干细胞专能干细胞第七页,共四十六页。个体(gt)(gt)发生过程 受精受精 卵裂卵裂 72h 5-7天天精子精子(jngz)+卵子卵子 合子合子 卵裂球卵裂球 桑椹胚桑椹胚 囊胚囊胚 滋养层滋养层胎盘及胎儿附属结构胎盘及胎儿附属结构 囊胚囊胚 内胚层内胚层消化道消化道呼吸道上皮和腺体呼吸道上皮和腺体,肝肝,胆胆,胰胰 内细胞群
6、内细胞群 中胚层中胚层结缔组织结缔组织,血液血液,肌肉肌肉,骨骼骨骼,泌尿生殖系泌尿生殖系外胚层外胚层体表结构;神经系统体表结构;神经系统第八页,共四十六页。第九页,共四十六页。第十页,共四十六页。第十一页,共四十六页。干细胞的生物学特点干细胞的生物学特点(tdin)(tdin)l属非终末分化属非终末分化(fnhu)细胞,终生保持未分化细胞,终生保持未分化(fnhu)或低分或低分化化(fnhu)特征。特征。l在机体的数目和位置相对恒定。在机体的数目和位置相对恒定。l干细胞能无限地增殖分裂。干细胞能无限地增殖分裂。l干细胞可连续分裂几代,也可在较长时间内干细胞可连续分裂几代,也可在较长时间内处于
7、静止状态。处于静止状态。l多向分化潜能。多向分化潜能。l分裂的慢周期性,绝大多数干细胞处于分裂的慢周期性,绝大多数干细胞处于G0期。期。l干细胞通过两种方式生长干细胞通过两种方式生长,一种是对称分裂,一种是对称分裂,另一种是非对称分裂。另一种是非对称分裂。第十二页,共四十六页。第十三页,共四十六页。干细胞的分类干细胞的分类(fn li)(fn li)按分化(fnhu)潜能按发育(fy)状态l全 能 干 细 胞 totipotent stem celll多 能 干 细 胞 pluripotent stem celll单 能 干 细 胞 multipotent stem cell胚 胎 干 细 胞
8、 Embryonic stem(ES)cells成体干细胞 Adult stem cells第十四页,共四十六页。全能干细胞具有全能性,能够分化成全身200多种细胞类型,进一步形成机体的任何组织和器官。如胚胎干细胞(ES细胞)多能干细胞具有分化成多种细胞和组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力。如造血干细胞、神经细胞。单能干细胞只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化。如上皮组织基底层的干细胞,肌肉中的成肌细胞。第十五页,共四十六页。胚胎胚胎(piti)(piti)(piti)(piti)干细胞干细胞ESES细细胞胞是是一一种种高高度度未未分分化化细细胞胞。它它具具有有发发育育的的全全能能性
9、性,能能分分化化出出成成体体动动物物的的所所有有组组织织和和器器官官,包包括括生生殖殖细细胞胞。研研究究和和利利用用ESES细细胞胞是是当当前前生生物物工工程程领领域域的的核核心心问问题题之之一一。在在未未来来几几年年,ESES细细胞胞移移植植和和其其它它先先进进生生物物技技术术(jsh)(jsh)的的联联合合应应用用很很可可能能在在移移植植医医学学领领域域引引发发革革命性进步。命性进步。第十六页,共四十六页。成体干细胞成体干细胞 成年动物的许多成年动物的许多(xdu)组织和器官,比如表组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力。成皮和造血系统,具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中
10、起着关键的作用。在特定条体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能细胞,者按一定的程序分化,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从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。衡。第十七页,共四十六页。第十八页,共四十六页。横向横向(hn xin)(hn xin)分分化化l部分干细胞部分干细胞(xbo)在特定条件下可以转化为在特定条件下可以转化为其它细胞其它细胞(xbo),如肌肉干细胞,如肌肉干细胞(xbo)在特定在特定条件下可以分化为各种血细胞条件下可以分化为各种血细胞(xb
11、o)系。系。第十九页,共四十六页。二、怎样得到二、怎样得到(d do)(d do)多能干细胞多能干细胞?l1998年美国有两个年美国有两个(lin)小组分别培养出了人多能干小组分别培养出了人多能干细胞:细胞:James A.Thomson在在 Wisconsin大大学学领领导导的的研研究究小小组组从从人胚胎组织中培养出了干细胞株。人胚胎组织中培养出了干细胞株。方方法法:人人卵卵体体外外受受精精培培育育到到囊囊胚胚阶阶段段提提取取 inner cell mass细细胞胞建建立立细细胞胞株株。用用该该法法,每每个个胚胎可取得胚胎可取得1520个细胞用于培养。个细胞用于培养。第二十页,共四十六页。J
12、ohn D.Gearhart在 Johns Hopkins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。方法:从受精后59周人工流产的胚胎中提取生殖(shngzh)母细胞(primordial germ cell)。由此培养的细胞株,证实具有多能干细胞的特征。第二十一页,共四十六页。第二十二页,共四十六页。干细胞培养(piyng)(piyng)过程第二十三页,共四十六页。第二十四页,共四十六页。SCNT:somaticcellnucleartransfer。方法是将一个正常的动物卵细方法是将一个正常的动物卵细胞去核(含染色体的细胞结构),保留卵细胞质,它含营养成分和对胚胎发胞去核(含染
13、色体的细胞结构),保留卵细胞质,它含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质;再在精细调控的实验室条件下,将单个体细胞(除育非常重要的能量物质;再在精细调控的实验室条件下,将单个体细胞(除卵细胞或精子细胞之外的任一种)与去核卵细胞放在一起卵细胞或精子细胞之外的任一种)与去核卵细胞放在一起(yq)使之融合。融使之融合。融合细胞及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能,因此是全能性的。这些合细胞及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能,因此是全能性的。这些全能性细胞不久将形成胚囊,从理论上来说,可利用胚囊的内细胞群来建立全能性细胞不久将形成胚囊,从理论上来说,可利用胚囊的内细胞群来建立多能性干细胞系。多
14、能性干细胞系。实际上,任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为人实际上,任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为人体多能性干细胞的来源。体多能性干细胞的来源。体细胞核转移体细胞核转移(zhuny)(SCNT)是得到多能性干细胞的另一种途径是得到多能性干细胞的另一种途径第二十五页,共四十六页。第二十六页,共四十六页。三、干细胞研究(ynji)(ynji)的发展前景l人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法,这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理法,这种研究不会引起与胚胎
15、实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术,比较胚胎干细胞问题。采用基因芯片等技术,比较胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达,可以确定胚胎发育及细胞分化的转录和表达,可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制,发现新的人类基因。结合基因打靶分子机制,发现新的人类基因。结合基因打靶技术,可发现不同基因在生命活动技术,可发现不同基因在生命活动(hudng)中的功中的功能等。能等。第二十七页,共四十六页。l此外,在新药的发现及筛选此外,在新药的发现及筛选(shixun)方面,胚方面,胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理胎干细胞提供了新药的药理、
16、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段,大及药代等研究的细胞水平的研究手段,大大减少了药物实验所需动物的数量,使药大减少了药物实验所需动物的数量,使药品研制的过程更为合理有效。品研制的过程更为合理有效。第二十八页,共四十六页。l胚胎干细胞最激动人心的潜在应用价值是用来胚胎干细胞最激动人心的潜在应用价值是用来修复甚至替换丧失功能修复甚至替换丧失功能(gngnng)的组织和器官,因的组织和器官,因为它具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。为它具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来
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