干细胞

干细胞(stemcell)Human:1014cells,200celltypes一，干细胞的定义•干细胞(stemcell)是在胚胎和成体组织中具有自我复制(self-renewal)和分化(differentiation)潜能的细胞。二，干细胞的生物学特征（一）自我更新特征对称分裂：形成两个相同的干细胞或分化细胞；非对称分裂：一个保持亲代细胞的特征，另一个走向分化的终端成为功能专一的分化细胞。5干细胞的对称分裂和不对称分裂对称分裂（symmetrydivision）不对称分裂（asymmetrydivision）干细胞分化细胞干细胞分化细胞1．干细胞增殖速度慢：细胞动力学研究表明，干细胞的增殖速度较慢，细胞分裂周期长，多数处于G0期,组织中快速分裂的细胞是过渡放大细胞。•如小肠干细胞的分裂速度比过渡放大细胞慢一倍。（二）增殖缓慢性二，干细胞的生物学特征2.过渡放大细胞：过渡放大细胞（transitamplifycell，TAcell）是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，过渡放大细胞经若干次分裂产生分化细胞。通过这种方式，机体可用较少干细胞获得较多分化细胞。3．干细胞增殖缓慢的意义：(1)利于干细胞对外界信号作出反应，以决定细胞的发展方向—增殖或分化。(2)减少基因突变的危险。增殖缓慢使干细胞有时间发现并纠正处于增殖周期过程中的错误。（三）分化特征：干细胞能够产生至少一种类型的高度分化的子代细胞。干细胞的功能为控制和维持细胞的再生。增殖分化二，干细胞的生物学特征根据分化潜能：全能干细胞(totipotentstemcell,TSC)：具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞，受精卵就是最高层次的胚胎干细胞。多能干细胞(pluripotentstemcell)：具有分化出多种细胞组织的潜能，如造血干细胞、神经细胞。一种或几种组织的起源细胞，它能分化出多种类型细胞，但不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。单能干细胞(unipotentstemcell)：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。三，干细胞的分类根据发育阶段：三，干细胞的分类胚胎干细胞(embryonicstemcell)：具有分化为机体任何一种组织器官潜能的细胞。成体干细胞(somaticstemcell)：由胚胎干细胞分化形成的，只能分化为相应组织器官内的功能细胞。一，胚胎干细胞定义胚胎干细胞（embryonicstemcell，简称ES细胞）是从着床前胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞系，可以分化成任何一种组织类型的细胞。胚胎干细胞具有全能性，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。二，胚胎干细胞的特征形态特征体积小、核大，有一个或多个核仁；胚胎干细胞克隆紧密堆积，无明显的界限，形似鸟巢。生化特征碱性磷酸酶呈强阳性；端粒酶活性高，具有长的端粒；表达早期胚胎细胞的阶段特异性抗原。遗传学特征染色体数目和核型与来源细胞保持一致。胚胎干细胞在体外不断增殖且维持遗传的稳定性（正常的核型及端粒的长度）三、人胚胎干细胞建系分离囊胚的内细胞群与成纤维细胞共培养，ES细胞非分化增殖胚胎干细胞的鉴定定向诱导分化成体干细胞功能细胞建系步骤：1.获取早期发育的胚胎2.分离囊胚的内细胞群3.ES细胞体外培养，细胞非分化增殖4.ES细胞的鉴定5.ES的传代和冻存着床前胚胎发育1998年，Dr.Thomson从体外受精的人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞进行培养，分离到五个细胞系。这些细胞系被继续培养了五至六个月，传了32代仍可继续生长。同年，Dr.Gearheart从终止妊娠的胎儿组织中得到原始的生殖细胞，在体外培养九个月，这些细胞具有与Thomson分离的人ES细胞同样的生物学特性。四，人胚胎干细胞的培养(1)特殊的培养液：用DMEM培养液；(2)以人或胚鼠的成纤维细胞为饲养细胞(feedcell)；(3)必须加入LIF（leukemiainhibitoryfactor)，抑制细胞分化。•碱性磷酸酶活性：未分化的胚胎细胞中含有丰富的碱性磷酸酶，活性很高；而已经分化的胚胎干细胞中碱性磷酸酶呈现弱阳性或阴性。•端粒酶活性：胚胎干细胞有着高水平的端粒酶活性，并具有长的端粒。•干细胞标记物：胚胎干细胞为未分化细胞，能表达早期胚胎细胞的阶段特异性胚胎抗原（SSEA）。五，胚胎干细胞的鉴定分子标记小鼠猴人SSEA-1＋－－SSEA-3－＋＋SSEA-4－＋＋TRA-1-60－＋＋TRA-1-81－＋＋AKP＋＋＋Oct-4＋＋＋人、猴、小鼠胚胎干细胞的细胞表面标志物检测A.AKP染色B.SSEA-1染色C.SSEA-3染色D.SSEA-4染色E.TRA-1-6染色E.TRA-1-8染色细胞表面标志物检测六，胚胎干细胞的诱导分化胚胎干细胞诱导成神经细胞（1）RA诱导；（2）生长因子诱导：FGF2，FGF8；（3）共培养法：与骨髓基质细胞共培养；（4）基因转染：Nurrl，bHLH，Mash1等；（5）移植到体内，利用局部环境诱导。红色：突起绿色：胶质细胞胚胎干细胞脑内移植后分化为神经前体细胞（A图中红色细胞）和卫星细胞（B图中红色细胞）七，胚胎干细胞的应用前景•生产克隆动物•生产转基因动物•用于器官组织移植•用于细胞治疗人类胚胎干细胞群争论的焦点:1.胚胎的生命权2.父母的知情权2.治疗性克隆和生殖性克隆国际上多数国家的政府和学术界支持胚胎干细胞的研究，包括治疗性克隆的研究。八、胚胎干细胞研究的法律和伦理问题不同国家、地区的人胚胎干细胞研究政策允许或制定灵活的人胚胎干细胞研究政策：澳大利亚，比利时，巴西，加拿大，中国，捷克斯洛伐克，丹麦，爱沙尼亚，芬兰，法国，希腊，匈牙利，冰岛，印度，以色利，日本，拉脱维亚，荷兰，新西兰，俄国，新加坡，斯洛文尼亚，南非，韩国，西班牙，瑞典，瑞士，中国台湾，泰国，英国。严格限制：德国，意大利，香港。完全禁止：奥地利，爱尔兰，立陶宛，挪威，波兰。一，成体干细胞定义成体干细胞(somaticstemcell)：是成体组织内具有更新和进一步分化潜能的细胞。一，成体干细胞定义二，成体干细胞特征1，为多能或单能干细胞2，能够自我更新并且能够分化形成组成该类型组织的细胞，使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。3，机体的多种成熟分化的组织中普遍存在成体干细胞，如造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞、间质干细胞、肌肉干细胞，肝脏干细胞、等。二，成体干细胞特征4,横向分化(转分化)：部分成体干细胞在特定条件下可以转化为其它细胞造血干细胞神经细胞骨骼肌细胞心肌细胞肝细胞骨髓基质细胞骨骼肌细胞心肌细胞神经干细胞血细胞骨骼肌细胞二，成体干细胞特征•造血干细胞（hematopoieticstemcell，HSC）:是体内各种血细胞的唯一来源，所有的血细胞都是由造血干细胞定向分化、增殖而成。•人类造血干细胞首先出现于胚龄第2～3周的卵黄囊，在胚胎早期（第2～3月）迁至肝、脾，第5个月又从肝、脾迁至骨髓。在胚胎末期一直到出生后，骨髓成为造血干细胞的主要来源。•在造血组织中，所占比例甚少，如在小鼠骨髓中105核细胞中的有10个，在脾中105有核细胞中只有0.2个。造血干细胞造血干细胞淋巴系干细胞再生B淋巴细胞T淋巴细胞NK细胞单核细胞嗜中性粒细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞肥大细胞血小板红细胞巨核细胞髓红系干细胞髓系干细胞粒-单核系干细胞红母细胞造血干细胞的分化途径树突状细胞？树突状细胞？造血干细胞爱德华·唐纳尔·托马斯造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的最有效方法。•90年代初，Reynolds等从成年小鼠脑纹状体分离出能在体外不断分裂增殖、具有多种分化潜能的细胞群，正式提出了“神经干细胞”的概念。•神经干细胞(NeuralStemCells,NSC):是从来源于神经组织及神经组织发源地、具有干细胞特征、终生保持自我更新能力并能分化为各种神经细胞（包括神经元、神经胶质细胞、少突胶质细胞等）的一类细胞。神经干细胞神经元与神经胶质细胞神经干细胞分化成人组织中神经干细胞的位置•前脑的室下带(subventricularzone,SVZ)•海马的齿状回(dentategyrusofhippocampus)•脊髓(Spinalcord)•纹状体(Striatebody)43体外培养的神经干细胞球体外分离培养并诱导分化的神经干细胞44电镜下正在进行有丝分裂的神经干细胞体外分离培养并诱导分化的少突胶质细胞神经干细胞移植•将神经干细胞移植到帕金森病模型的鼠脑,神经干细胞在其脑组织中迁移并修复损毁的脑组织,且震颤症状明显减轻,可能是神经干细胞分化成为多巴胺能神经元起到治疗作用。•诱导多潜能性干细胞（又称多潜能干细胞，inducedpluripotentstemcells,iPScells）：是由将一些多能遗传基因导入皮肤等受体细胞中通过基因重新编排方法，“诱导”普通细胞回到最原始的胚胎发育状态，能够像胚胎干细胞一样进行分化。诱导多潜能性干细胞2012年诺贝尔生理学或医学奖山中伸弥TheEnd