1、干细胞在治疗当中的应用,复旦大学遗传所 戴建锋 2002/12/25,人类许多重大疾病如糖尿病、帕金森氏症、亨廷顿氏症都与关键细胞或器官的不可逆损伤有关；世界上每天都有数以十万计的严重肾脏衰竭病人、心脏衰竭病人挣扎在生死线上，等待器官更换。然而，现行的器官移植却存在诸多的问题，如：供体器官资源紧缺 ；传统的器官移植方法造价昂贵；传统的器官移植存在异体排斥等等。,科学家们一直希望找到一种办法，在体外开设自身身体部件的“生产车间”，利用自己的材料，为自己生产“零部件”，以用于衰老、坏死、损伤组织或器官的替换。但是，生命好像在和我们开玩笑：癌症细胞可以稳定而持续地增长；而健康的、正常的细胞离开身体后
2、，很难有效地繁殖。,干细胞研究的突破性进展为生命开拓了新的契机,干细胞的性质 干细胞的来源 干细胞的应用*干细胞在治疗当中的应用胚胎干细胞和成体干细胞的比较,干细胞的性质,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。按照其分化的潜能，可分为：Totipotent （全能性的）Pluripotent（多能性的）Multipotent（专能性的）,干细胞的来源,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- 成年组织来源的干细胞 ASC（Adult-derived Stem Cell
3、 ),1998年分离得到人的胚胎干细胞 Dr. Thomson从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞(Science,1998,Vol282:11451147)1998年分离得到人的胚胎生殖细胞 Dr. Gearheart从终止妊娠的胎儿生殖组织中分离出多能性干细胞(PNAS,1998,Vol95:1372613731),体细胞核移植（SCNT）是得到多能性干细胞的另一种途径,干细胞的应用,最基本的，多能干细胞可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件人体多能干细胞研究也能大大地改变研制药品和进行安全性实验的方法人体多能干细胞最为深远的潜在用途是用来生产细胞和组织，它们可用于所谓的“细胞
4、疗法”。,干细胞在治疗当中的应用,1、造血干细胞2、神经干细胞3、其他干细胞,造血干细胞,造血干细胞移植治疗白血病,造血干细胞移植是从60年代逐渐发展起来的一种医疗技术，最初是通过抽取供体骨髓而救治，使急性白血病的长期生存率提高到5070。 为发展此项技术作出重要贡献的美国医学家托马斯（E.DThomas）因此而获得了1990年度的诺贝尔医学奖。,造血干细胞移植过程的示意图,HLA配型,供体造血干细胞的采集,患者超大剂量放化疗预处理， 摧毁其免疫系统,供体造血干细胞输入患者体内， 重建其免疫系统,造血干细胞的来源,骨髓从外周血富集造血干细胞脐带血提取干细胞,解决HLA配型问题,* 建立骨髓库
5、发达国家现已建立了多达数百万人的骨髓库网络多达70需要移植的病人可获捐赠造血干细胞而得以挽救生命 * 脐带血干细胞库,Back,神经干细胞,过去认为成年脑内没有干细胞,神经细胞终生成活，损伤也是永久的；1988年Frederken等在发育的胚胎中得到干细胞样细胞-神经干细胞成人脑纹状体培养出干细胞样CNS多潜能细胞，后在脑内不同部位都发现了神经干细胞的存在,成人脑中至少在3个脑区存在：室管膜下层（subventricular zone,SVZ）,海马的齿状回和嗅回。人类胚胎来源的神经干细胞在体外培养，能分化产生神经元、星型细胞和少突胶质细胞等。对成体神经干细胞行为的研究为脑损伤修复及神经细胞功
6、能性疾病的治疗提供了新的思路。,神经干细胞的分布,Back,A sample for neural stem cell therapy,Neural Stem Cells Able to Repair Damage Throughout Brain Science, 7029-7034, June 8, 1999In studies with mice, neural stem cells have been shown to globally replace damaged brain tissue. The study involved transplanting neural stem
7、cells into the brains of “shiverer” mice, a model for Parkinsons and similar central nervous system diseases. The neural stem cells were able to migrate throughout the brain to repair damaged tissue. Treated mice showed a decrease in tremors.,The oligodendrocytes of the dysmyelinated shiverer (shi/s
8、hi) mouse are “globally” dysfunctional because they lack myelin basic protein (MBP) essential for effective myelination.Therapy requires widespread replacement with MBP-expression oligodendrocytes.Clonal neural stem cells transplanted at birth resulted in widespread engraftment throughout the shi br
9、ain with repletion of MBP.,Engrafted NSCs in recipient shi mouse differentiate into oligodendrocytes.(small,round or polygonal cell bodies with multiple fine processes oriented in the direction of the neural fiber tracts. ),NSC-derived “replacement” oligodentrocytes appear functional as demonstrated
10、 by ultrastructure of myelination of shi axons. A)at 2 weeks B)4 weeks C)Close-up of B D) Shi control,Morphometric and behavioral analysis,小鼠中的结果在人脑中能否发生？还有待证明,人的脑细胞生长极为缓慢，移植的细胞能否与周围的细胞建立正确的联系？脑中传入信号的时间准确性对神经元连接的形成和形态发育极其重要，成年脑中这些传入信号几乎完全消失。中途插入的神经前体细胞如何正确的整合进已成熟的神经网络当中，这将涉及到很多的因素。,Back,其他干细胞在治疗中的应用
11、,脂肪干细胞：Artecel Science等公司在研究脂肪来源细胞的行为脂肪来源的基质细胞经过诱导，可分化为多种不同类型的细胞。脂肪来源的基质细胞体外可以帮助造血干细胞形成血液细胞，具有加速免疫系统形成的作用。,美国科学家从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛管中分离出胰岛干细胞，并在体外诱导分化成能产生胰岛素的细胞。移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠则死于糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。,由 胚胎干细胞 来源的各种干细胞 及其可能治疗的相关疾病,用胚胎干细胞还是成体干细胞？,成体干细胞的优势,成体干细胞可从患者自身获得，而不存在组织相容性的问题，治疗时可避免长
12、期应用免疫抑制剂对患者的伤害 。 虽然胚胎干细胞能分化成各种细胞类型，但目前尚不能精确控制胚胎干细胞在特定的部位分化成相应的细胞，当前的做法容易导致畸瘤。 成体干细胞也具有类胚胎干细胞的高度分化能力 ，具有可塑性（Plasticity） 使用成体干细胞可避免一些关于胚胎处理的伦理学争议。,Turning Blood into Brain: Cells Bearing Neuronal Antigens Generated in Vivo from Bone Marrow(science 2000 ,290:1779)From Marrow to Brain: Expression of Neu
13、ronal Phenotypes in Adult Mice(science 2000 ,290:1775),Nature 418, 41 - 49 (2002); Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow When injected into an early blastocyst, single MAPCs contribute to most, if not all, somatic cell types. On transplantation into a non-irradiated host,
14、MAPCs engraft and differentiate to the haematopoietic lineage, in addition to the epithelium of liver, lung and gut. MAPCs may be an ideal cell source for therapy of inherited or degenerative diseases,Brain sections of cortex (a) and hippocampus (b) stained with anti- -gal-Cy3, anti-GFAP-Cy5 and ant
15、i-NeuN-FITC,i, Liver stained with anti- -gal-FITC, anti-CD45-PE and anti-CK18-Cy-5. j, Small intestine stained with anti- -gal-FITC, anti-CD45-PE and pan-CK-Cy-5. k, Lung stained with anti- -gal-FITC, anti-CD45-PE and pan-CK-Cy-5,骨髓成体干细胞在合适的体内外环境中可长期生长，也可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞 、平滑肌细胞、成纤维细胞、骨髓基质细胞及多种血管内皮细胞。还可形成肝脏前体细胞肝卵园细胞，神经、胶质细胞和心肌细胞。,胚胎干细胞的优势,胚胎干细胞能永生化，可以传代建系，且增殖能力强，来源充沛 虽然成体干细胞具有向多系分化的能力，但这种分化的“效率”尚不理想，胚胎干细胞的分化能力效率强得多,胚胎干细胞 和多能成体祖细胞 性质比较,成体干细胞和胚胎干细胞各有自身的优势和缺陷。同时开展对两者的研究，能互为裨益，相得益彰。两者的研究对干细胞领域而言都是必要的。,Thank you!,
