1 / 72

干细胞研究及其应用

干细胞研究及其应用. 复旦大学生命科学学院 吴超群. 今年十月发生在美国 Colorado 的一个故事. In early October, a Colorado couple has a baby named Adam, whose umbilical cord stem cells could cure his six-year-oldsister Molly's Fanconi anemia. One cell is removed from an eight-cell embryo in preparation

belle
Download Presentation

干细胞研究及其应用

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 干细胞研究及其应用 复旦大学生命科学学院 吴超群

  2. 今年十月发生在美国 Colorado的一个故事 In early October, a Colorado couple has a baby named Adam, whose umbilical cord stem cells could cure his six-year-oldsister Molly's Fanconi anemia.

  3. One cell is removed from an eight-cell embryo in preparation for preimplantation genetic diagnosis.

  4. Two separated blastomeres subjected to FISH analysis to check the chromosomes

  5. Genetic abnormalities detected with Vysis Inc.'s MultiVysion PGT technology.

  6. 干细胞具有自我更新能力和高度增 殖以及多向分化的潜能，各种功能 细胞的生成及其调控依赖于各种微 环境、细胞生长因子、基质细胞、 细胞外基质等多种因素的相互作用 与平衡，共涉及细胞的增殖、分化、 发育、成熟、迁移、定居、衰老、 凋亡、癌变等生命科学中的许多基 本问题和研究热点

  7. 胚胎干细胞（embryonic stem cells， ES细胞）是由 早期胚胎内细胞团或原始生 殖细胞经体外分化抑制培养， 在传代过程中筛选出的具有 多能性的细胞。

  8. 干细胞研究的历史 干细胞的类型 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 ） ESC / ASC的比较 干细胞的特点 干细胞的鉴别方法 干细胞的研究热点 干细胞工程 --- 干细胞的应用 干细胞应用的法律、伦理道德问题

  9. 干细胞研究的历史 1981年Evans和Kaufrnan及Martin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）。 分离得到人的胚胎干细胞（1998）， 分离得到人的胚胎生殖细胞（1998）， 目前不断报道成年组织来源的的干细胞。

  10. 干细胞的类型 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）

  11. Induced differentiation of human ES-derived cells in culture.

  12. ES细胞的体外培养 （取自干细胞和发育生物学， 叶鑫生等编，2000.4）

  13. Pluripotent murine embryonic germ cells identified by red staining

  14. A phase contrast image of the pluripotent murine embryonic germ cell

  15. 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.

  16. 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

  17. 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，而与 ICM细胞有差异。 3。细胞中多为常染色质，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，每18—24 h分裂增殖 1次。 6。此外，其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。

  18. 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。

  19. 碱性磷酸酶的表达 许多资料表明，小鼠、大鼠的桑格胚细胞 和囊胚细胞均有碱性磷酸酶（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、兔的桑格胚和早期囊胚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。

  20. 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（SSEA－1）。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SSEA－1的表达。小鼠 SSEA－1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 也常作为ES细胞鉴定的一个标志。

  21. ES细胞的鉴定 -- 细胞的形态结构 -- 核型分析 -- 碱性磷酸酶（AKP）染色 -- SSEA-I 免疫荧光标记 -- 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

  22. ES细胞形态学鉴定 依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， 界限不清等）对ES细胞进行初步 鉴定。

  23. 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

  24. 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（或小鼠的脱带桑棋胚 或囊胚）作为阳性对照， *作用液中不含察酚为阴性对照。 *结果判定阳性对照ES细胞染成棕色，阴性对 照无色。小鼠3．5日龄胚胎ICM为强阳性。

  25. SSEA-I 免疫荧光标记 第1抗体，SSEA－1（鼠抗ES细胞单克隆抗体）， 1:100稀释；第2抗体，羊抗鼠 1：10稀释;封闭 液，羊抗兔lgG。 步骤①杜氏PBS洗3次,2％ Triton作用20 min； ②再以杜氏PBS洗3次,封闭液中置20min； ③以杜氏PBS洗3次，加第1抗体于4℃过液； ④以杜氏PBS洗3次，加第2抗体于30℃温箱置 30min； ⑤再以杜氏PBS洗3次后用甘油PBS封片。 样本在激光共聚焦图像系统下观察, 结果依细胞 是否出现荧光作出判断。

  26. 分化能力检测 体外分化试验 体内分化试验 嵌合体形成 核移植

  27. 胚胎干细胞的制备 1. 直接由动物体内获取囊胚再分离ICM的方法， 这样得到的囊胚数量少，质量也可能不高， 由此会影响分离ES细胞的效率。 2. 卵细胞去核培养、转入体细胞核，体外培养， 获得高质量的去透明带囊胚，由此囊胚进一 步分离得到胚胎干细胞。

  28. 目前已证明，小鼠、兔、羊。猪、牛等多种动物的桑目前已证明，小鼠、兔、羊。猪、牛等多种动物的桑 塔胚以前以及囊胚的ICM细胞具有发育的全能性，因 此桑植胚或囊胚成为分离ES细胞的常用材料。 ES细胞的分离 早期胚胎的获取及处理方法 原始生殖细胞的获取 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（differentiation inhibitory activity， DIA） 基础培养基的选择 添加物的选用

  29. 干细胞的研究热点 人体干细胞的建株； 干细胞保持不分化的培养； 干细胞的定向诱导分化； 干细胞应用的法律、伦理道德问题； 干细胞、组织工程、器官工程； 胚胎组织的种植及定向诱导分化。

  30. 目前胚胎干细胞的研究 胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞） 也可被称为多能干细胞（pluripotent stem cell，PSC），是胚胎或原始生殖细胞经体外抑 制分化培养后筛选出的具有发育全能性的细胞。 其可以定向诱导分化为几乎所有种类的细胞， 甚至形成复杂的组织和器官，其建系、体外扩 增、走向诱导分化、调控机制、细胞性能、组 织重构等方面的研究将在未来的人体发育、基 因功能、药物开发、细胞治疗和组织器官替代 治疗中发挥重要作用，并成为组织器官移植的 新资源

  31. Alternative models for stem cell deployment. (A) Invariant asym- metry. A stem cell (S) gives rise by asymmetric division to a prog- enitor (P) with a more restricted proliferation potential, which differentiates in response to extri- nsic cues. The stem cell phenotype is regulated by reciprocal short- and/or long-range signaling (thick colored arrows). (B) Populational asymmetry. Stem cells give rise to daughter cells that can be either stem cells or else progenitors that differentiate along different pathways (1, 2, and 3) depending on the combination of extrinsic factors to which they are exposed. ECM, extracellular matrix.

  32. Effects of cytokines on ES cells

  33. 成体干细胞（Adult Stem Cells）

  34. The "Stem Cell Cycle"

  35. 目前研究的成体干细胞 （Adult Stem Cells） Bone Marrow Heamatopoietic Stem Cells( HSC ) Peripheral Blood Stem Cells ( PBSC ) Fetal Liver Stem Cells Umbilical Cord Blood Stem Cells Neural Stem Cells “Studies suggest that stem cells in different adulttissues may be more similar than previouslythought and perhaps insome cases have adevelopmental repertoire close to that of ES cells. ” Science, Volume 288, Number 5471, Issue of 2 Jun 2000, pp. 1660 - 1663

  36. 骨髓干细胞 Bone Marrow Stem Cells，HSC，

  37. 造血干细胞作为干细胞研究 与应用的突破口 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. 造血干一祖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。

  38. Schematic view of adult haematopoiesis. HSC, haematopoietic stem cell; CLP, common lymphoid progenitor; CMP, common myeloid progenitor. The myeloid compartment includes the cell types indicated; however, the term 'myeloid' cells in common usage usually refers to monocytes and neutrophils.

  39. Isolation of Primary and Immortalized CD34– Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells from Various Sources Stem Cells, Vol. 18, No. 1, 1-9, January 2000

  40. Previous work with mice and human had shown that adult bone marrow stem cells could form liver, as well as bone, cartilage, tendon, nerve and other tissues. 1, Neil Theise et al.; "Liver from Bone Marrow in Humans"; Hepatology 32, 11-16, July, 2000. 2, Malcolm Alison et al.; "Cell Differentiation: Hepatocytes from Non-Hepatic Adult Stem Cells"; Nature 406, 257, July 20, 2000. 3, Susan Okie, "Bone Marrow Stem Cells Offer Hope for Liver Therapies; Study of Transplants Shows a Transformation"; Washington Post, June 27, 2000. 4, Dr. David Whitehouse, "Stem cells promise liver repair"; BBC, July 19, 2000. 5, Neil Theise et al.; " Derivation of hepatocytes from bone marrow cells in mice after radiation-induced myeloablation"; Hepatology 31, 235-240, January, 2000. 6, Bryon Petersen et al.; "Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells"; Science 284, 1168-1170; May 14, 1999.

  41. Osteoblast-Osteoclast Interactions as a Paradigm for Osteoblast-Hematopoietic Cell

  42. 肝脏干细胞 Fetal Liver Stem Cells

  43. The oval cells response in many mammals, including humans. (Oval cells are the progeny of potentially pluripotential stem cells in liver.)

More Related