32胚胎干细胞的研究及其应用

胚胎干细胞的研究及其应用细胞是机体组成的基本单位细胞细胞群组织机体一方面，通过细胞分裂，细胞数量越来越多；另一方面，细胞在形态、结构和功能上发生特异性的变化。个体发育过程中细胞变化：基因选择性表达的结果细胞分化的原因：（基因没有改变）骨髓干细胞分化示意图粒细胞骨髓造血干细胞髓系干细胞淋巴干细胞红细胞血小板淋巴细胞单核细胞细胞分化细胞特化一、什么是干细胞？干细胞（Stemcell）即起源细胞。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞。因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。1.形态特征形态特征—圆形或椭圆形，核质比大；2.增殖特征增殖的缓慢性增殖的自稳性（区别与肿瘤细胞的本质特征）细胞在分※裂时可形成一个分化的子细胞以及一个和原母细胞性质一样的具有干细胞性质的细胞。这样可以使得干细胞在分※裂时保持适中具有一个细胞保持原始的干细胞性质。干细胞的主要特征：全能干细胞多能干细胞单能干细胞按分化潜能按发育状态•胚胎干细胞•成体干细胞干细胞的分类全能干细胞：（Totipotentstemcell）具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞（ES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、神经干细胞。专能干细胞：（multipotentstemcell）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。人类干细胞的来源成人细胞或脐血(骨髓和血)/胎儿组织(专能/多能)。人工流产后的人类胎儿生殖组织(全能)。通过体外授精产生的人类胚胎，治疗不育症的夫妇不再需要(全能)。用捐赠者的配子通过体外授精创造的人类胚胎(全能)。女性供卵要非常慎重。通过体细胞核转移技术(克隆技术)产生的人类胚胎(全能)。以上都必须获得当事人的知情同意。成体干细胞成年动物的许多组织和器官，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，或者按一定的程序分化(微环境中的间质细胞)，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。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。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。与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，研究发现脐血干细胞移植对HLA配型(HLA叫“骨髓配型”)要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染，且其优点在于没有来源的限制。造血干细胞骨髓;外周血;脐带血;胎儿造血系统；胚胎干细胞和胚胎生殖细胞。造血干细胞的来源三.胚胎干细胞1.概念:简称ES或EK细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞.2.特点:1)形态:体积小,细胞核大,核仁明显.2)功能:具有发育的全能性.可分化为成年动物体内任何一种组织细胞.体外培养可增殖不分化.3)在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。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。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。胚胎干细胞胚胎干细胞研究的进展情况1981年，Evans和Martin分别成功的分离和体外培养了小鼠的胚胎干细胞1995年，Thomson等人分离建立了第一株灵长类动物的胚胎干细胞。1998年，Thomson等建立了第一株人类胚胎干细胞1998年，Shamblott等建立了第一株人类生殖干细胞2000年，Reubinoff等建立了两株人胚胎干细胞。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，形似鸟巢胚胎干细胞的形态和生化特征分离囊胚的内细胞群与成纤维细胞共培养，ES细胞非分化增殖分离胚胎生殖腺脊细胞------胚胎干细胞的鉴定------定向诱导分化-------成体干细胞-----功能细胞胚胎干细胞系的建立过程胚胎干细胞的诱导分化：胎牛血清，骨髓基质细胞共培养胚胎干细胞－－－－－－－－－－－－－－－造血细胞RA胚胎干细胞－－－－－－－－－－－－－－－神经细胞DMSO胚胎干细胞－－－－－－－－－－－－－－－肌肉细胞TGF-B1,VEGF,bFGF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－－－－－－－－－－－－－－－胰岛素分泌细胞研究意义人胚胎发育机制及影响因素的研究。用于药物机理及毒性实验的研究，减少人体和动物的实验及临床研究。将胚胎干细胞定向分化的细胞用于制造人体细胞、组织和器官——治疗性克隆技术。来源于干细胞的组织可能用于治疗的疾病细胞类型治疗的疾病神经细胞中风、帕金森氏病、老年痴呆症、脊髓损伤、多发性硬化病心肌细胞心脏病发作、充血性心脏病产生胰岛素的细胞糖尿病软骨细胞骨性关节炎血细胞癌症、免疫缺乏症、遗传学血液病、白血病肝细胞肝炎、肝硬化皮肤细胞烧伤骨细胞骨质疏松症视网(眼)细胞黄斑症骨骼肌细胞肌肉萎缩症治疗性克隆（体细胞核移植）技术胚胎干细胞研究面临的问题及解决办法用于干细胞研究的胚胎来源困难;如何保持胚胎干细胞的全能性，并控制向特别类型细胞转化？如何分离、纯化干细胞？分化后的细胞是否有致瘤性？干细胞在体外发育成完整的器官尚难以做到;分化细胞移植仍有可能发生免疫排斥;伦理问题解决胚胎来源有限的途径：未成熟卵的体外成熟1998年美国有两个小组分别培养出了人多能(pluripotent)干细胞：JamesA.Thomson在Wisconsin大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。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innercellmass细胞，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面marker和酶活性，证实它们就是胚胎干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15－20个细胞用于培养。JohnD.Gearhart在JohnsHopkins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5－9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞(primordialgermcell)。由此培养的细胞株，证实具有巨能干细胞的特征。怎样得到pluripotentstemcell?生命伦理学原则的应用：人类胚胎干细胞研究问题支持和反对治疗性克隆的论证人类胚胎的道德地位“韩国克隆之父黄禹锡”胚胎是“人”吗？？胚胎是人(person)？胚胎是生命？什么是人？具有特定人类基因组、具有意识能力或潜在的意识能力、处于社会关系中的实体(出生为准)。胚胎是人类生物学生命(humanbiologicallife)，但尚未成为人、人类人格生命(humanpersonallife)。胚胎具有一定价值，应得到一定的尊重(duerespect,如尸体)。没有充分的理由不能操纵和毁掉。有效治疗疾病是一个充分理由。处置它要有一定程序和要求(dueprocedure)。但不具有与人一样的价值，毁掉胚胎不是“杀人”。然而毁掉要按一定程序去做。应有的尊重和应有的处理程序应有的尊重指适当的尊重：在完全尊重（人）与不必尊重（如一块孤立的石头）之间：非人动物、胎儿、胚胎、尸体等。人类胚胎用作研究必须是体外的，不能超过14天；不用人类胚胎，重要研究的目的就不可能达到；不是商品，不能买卖；科学家应采取必要的行动纪念那些胚胎的贡献；必要的程序是指专门的埋葬或活化，也应有简单庄严的仪式。观点理由1.不符合伦理道德(1)把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊敬;(2)早期的生命也有活下去的权利,抛弃或杀死多余的胚胎,无异于谋杀”;(3)有人会滥用设计试管婴儿技术,而设计婴儿性别;2.符合伦理道德(1)设计试管婴儿是为了救人,是救治患者的最好,最快捷的办法之一;(2)提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤;(3)脐带血乃试管婴儿的”身外之物”.3.中国政府的观点中国卫生部在《体外受精----胚胎移植及其衍生技术规范》中规定,”实施体外受精----胚胎移植及其衍生技术必须获得卫生部批准证书”.3.主要用途(1)治疗人类的某些顽症(2)培育出人造组织器官，用于器官移植(3)是研究体外细胞分化的理想材料【自我检测】1、人体细胞中分化程度最低的是：（）A、胚胎干细胞B、造血干细胞C、胰腺细胞D、肌肉细胞2、按照细胞分化潜能由大到小排列顺序，正确的是：（）A、全能干细胞→专能干细胞→多能干细胞B、多能干细胞→胚胎干细胞→专能干细胞C、胚胎干细胞→骨髓造血干细胞→髓系祖细胞D、胚胎干细胞→多能干细胞→造血干细胞3、胚胎干细胞是全能干细胞，可定向诱导分化为各种细胞、组织、器官甚至于个体。胚胎干细胞研究的目的不包括：（）A、为烧伤病人植皮B、为肾病患者进行肾移植C、为不孕者培育婴儿D、研究细胞分化机制4、下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解正确的是：（）A、人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团B、人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚内侧的内细胞团C、人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞D、人类胚胎干细胞不仅指人类囊胚中未分化的细胞、也指成人身上的成年干细胞5、下列关于胚胎干细胞的应用中最具争议的是（）A、利用干细胞治疗疾病B、加速改良和生产优良动物品种C、骨髓移植D、人胚胎干细胞克隆6、胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化发育成各种不同的组织细胞，。下图所示为干细胞的培养过程，请问图中哪一段的细胞是全能干细胞：（）人体体细胞细胞核去核卵细胞各种血细胞血液组织干细胞内细胞群囊胚神经细胞等神经组织干细胞等A、囊胚B、内细胞群C、血液组织干细胞D、各种血细胞7．下列对于干细胞具有的能力的描述，正确的是()①具有自我更新能力②能进行新陈代谢③具有分化发育潜能④能进行细胞呼吸A．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④D8.胚胎干细胞功能特性不包括()A．具有发育的全能性B．体外培养可以分化成各种组织、器官C．冷冻保存可以进行遗传改造D．可以进行增殖解析：选B。胚胎干细胞的功能特性包括具有发育的全能性，能够发育成任何细胞或组织；能够冷冻保存，进行遗传改造；在体外培养只增殖不分化。9.下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是()A．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割C．胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D．胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取D