复旦大学 生物技术报告 干细艴 18301010047陈甜 2018/9/18
复旦大学 生物技术报告 干细胞 18301010047 陈甜 2018/9/18
干细胞 陈甜18301010047 故木原 Sym cai 干(gan)細胞( stem ce‖!)是一粪具有自我复制能力 ( self-renewing)的多潜能细胞。在一定条件下,它可以分化戚 多种 胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干 embryonic stem cell,ES细艴)和成体干細膨( somatic stem cell)l 根据干细脆的发育潜能分为三粪:全能干辋臆( totipotent stem cel,TsC)、多能干细胞( pluripotent stem cell)和单能干细胞 ( unipotent stem cell)(专能干细胞)。干細胞( Stem cell)是 种未克分分化,尚不成熟的细脆,具有再生各种组织器官和人体的 潜在功能,医学界称为“万用细胞"。 干细肫是原始且未特化的细胞,它是未充分分化、具有再生各种组织器官的潜在功能。 干细胞存在所有多细胞组织里,能经由有笪分裂与分化来分裂威多种的特化辋胞,而且可以 利用自我更新来提供更多干细胞。对哺乳动物来说,干细胞分为两大类:胚胎干辋胞与成体 干细胞,胚胎干细取自囊胚里的阄细胞团;而成体干细胞则来自各式各样的组织。在成体 组织里,干细胞与先驱细胞担任身体的修复系统,补充戚体组织。在胚胎发展阶段,干細 能分化为任何特化细脆,但仍会雍持新生组织(像是血液、皮肤或肠组织)的正常转移。2016 年2月25日说,只能各国科学家首次实现小鼠 胚胎干细胞体外分化并获得具有功能的精子細 干细胞 宗细胞、爬瓴细胞 脆。这被认为是干細肫研完的一项重要进展,为 无精子症男性生育后代带来希望。 干细胞( Stem cel)即起源细脆,是一类具有自 2自 我更新和分化潜能的细胞。在细肫的分化过程中 细胞往往由于高度分化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。 干辋胞的来源有很多,包括 脐带血与骨髓。医学研完者 认为干细研究有潜力通 过用于修复特定的组织或生 长器官,改变人类应对疾病 的方法。 干辋飚的分粪 1、全能干细胞,由卵子和精子的融合产生受精卵。而受精卵在形 成胚胎过程中八辋胞期之前任一细脆皆是全能干辋肫。具有发展成独 千胞形态照片
干细胞 陈甜 18301010047 技术原理 干( g àn) 细胞（ stem cell ）是一类 具有自我 复制能力 （self-renewing）的 多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成 多种功能细胞。根据干细胞所处的 发育阶段分为胚胎干细胞 （embryonic stem cell，ES 细胞）和成体干细胞（somatic stem cell）。 根据干细胞的 发育潜能分为三类： 全能干细胞（totipotent stem cell，TSC）、 多能干细胞（pluripotent stem cell）和 单能干细胞 （unipotent stem cell）（专能干细胞）。干细胞（Stem Cell）是一 种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的 潜在功能，医学界称为“万用细胞”。 干细胞是原始且未特化的细胞，它是未充分分化、具有再生各种组织器官的潜在功能。 干细胞存在所有多细胞组织里，能经由有丝分裂与分化来分裂成多种的特化细胞，而且可以 利用自我更新来提供更多干细胞。对哺乳动物来说，干细胞分为两大类：胚胎干细胞与成体 干细胞，胚胎干细胞取自囊胚里的内细胞团；而成体干细胞则来自各式各样的组织。在成体 组织里，干细胞与先驱细胞担任身体的修复系统，补充成体组织。在胚胎发展阶段，干细胞 能分化为任何特化细胞，但仍会维持新生组织 (像是血液、皮肤或肠组织) 的正常转移。2016 年 2 月 25 日说，只能各国科学家首次实现小鼠 胚胎干细胞体外分化并获得具有功能的精子细 胞。这被认为是干细胞研究的一项重要进展，为 无精子症男性生育后代带来希望。 干细胞（Stem cell）即起源细胞，是一类具有自 我更新和分化潜能的细胞。在细胞的分化过程中， 细胞往往由于高度分化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。 干细胞的来源有很多，包括 脐带血与骨髓。医学研究者 认为干细胞研究有潜力通 过用于修复特定的组织或生 长器官，改变人类应对疾病 的方法。 干细胞的分类 1、全能干细胞，由卵子和精子的融合产生受精卵。而受精卵在形 成胚胎过程中八细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独
立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细臆就称筠全能干细脆。具有形威完整个体的 分化潜能,如胚胎干细胞,受精卵就是最高层次的胚胎干細臆。 2、多功能干辋肫,一种或多种组织的起源细胞,它能分化 出多种类型细胞,是全能干細胞的后裔,但不可能分化出足以构 成完墼个体的所有细胞。具有分化出多种细胞组织的潜能,如造 血干细胞、神经细胞。 3、多潜能干细胞,只能分化成特定组织或器官等特定族 的细肫。 4、专一性干细胞,只能产生一种细肫类型;但是,具有自更新 属 性,将其与非干细胞区分开。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,肌肉中的成肌肫。 按发育过出先后和分市分桌 1、胚胎干细肫( Embryonic stem cel):在胚胎发育早期的囊胚中,可 发育为不同的细胞,是所有细飇最初期的形态。 ES细胞是一种高度未分牝细臆:它具有发育的全能性,能分化出 戚体动物的所有组织和器官,包括生殖辋脆;研完和利用ES细胞是生 物工程领城的核心问题之一;在未来几年,ES细肫移植和其它先进宝 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 2、成体干细( Adult stem cel):亦称成人干细胞,医学上常用的 大致包括骨髓干细胞、脐带血干细胞及周边血干細肫。它们存在成体 特定的组织中,具有由干原细胞形成先驱细胞,分化成具特定功能细 滟的能力。俐如:骨髓干细飇、造血干辋脆、神经干细胞。 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。成体干辋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,形戚新的功 能细胞,从而使组织和器官保持生长和褰退的动态平衡。 来 脐带血干细脆 婴儿出生后遗留在胎盘和脐带中的血是干胞的重要来源。自1988年脐血干细胞就用 来治疗根达综合征,亨达综合征,和拉综合征,急性淋巴细脆性白血病等许多儿童疾病。脐 血从脐带采集;脐带经过清理消毒后,脐血从脐静滕取出,然后立即分析对于传染物质和组 融。在使用的时候首先解冻,去除防冻剂,涯入高人静滕。这种使的 织类型是必需的。脐血在放入液氮备用之要经过处理,去除红细「题胎于姗与入体于细距 用其他捐赠人干铷融的治疗方法叫做异源疗法;如黑干铷胞来自惠悲 者本人,即为同源和当从相同个体收集时,它通常指双脆胎。 周边血干细融 骨髓中存有人体内最主要造血干細肫的来源,而周边血干细胞 则是指借由施打白细胞生长激素(GCSF),将骨髓中的干細飇驱动 至血液中,再经由血液分离机收集取得之干辋胞。由于与骨髓干辋肫极为相近,现已逐渐取 代需要全身麻醉的骨髓抽取手术。 胚胎干细
立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。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。 2、多功能干细胞，一种或多种组织的起源细胞，它能分化 出多种类型细胞，是全能干细胞的后裔，但不可能分化出足以构 成完整个体的所有细胞。具有分化出多种细胞组织的潜能，如造 血干细胞、神经细胞。 3、多潜能干细胞，只能分化成特定组织或器官等特定族群 的细胞。 4、专一性干细胞，只能产生一种细胞类型；但是，具有自更新 属 性，将其与非干细胞区分开。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。 按发育过程出现先后和分布分类 1、胚胎干细胞(Embryonic stem cell)：在胚胎发育早期的囊胚中，可 发育为不同的细胞，是所有细胞最初期的形态。 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。 2、成体干细胞(Adult stem cell)：亦称成人干细胞，医学上常用的 大致包括骨髓干细胞、脐带血干细胞及周边血干细胞。它们存在成体 特定的组织中，具有由干原细胞形成先驱细胞，分化成具特定功能细 胞的能力。例如：骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞。 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，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。 来源 脐带血干细胞 婴儿出生后遗留在胎盘和脐带中的血是干细胞的重要来源。自 1988 年脐血干细胞就用 来治疗根达综合征，亨达综合征，和拉综合征，急性淋巴细胞性白血病等许多儿童疾病。 脐 血从脐带采集；脐带经过清理消毒后，脐血从脐静脉取出，然后立即分析对于传染物质和组 织类型是必需的。脐血在放入液氮备用之前要经过处理，去除红细 胞。在使用的时候首先解冻，去除防冻剂，注入病人静脉。这种使 用其他捐赠人干细胞的治疗方法叫做异源疗法；如果干细胞来自患 者本人，即为同源和当从相同个体收集时，它通常指双胞胎。 周边血干细胞 骨髓中存有人体内最主要造血干细胞的来源，而周边血干细胞 则是指借由施打白细胞生长激素（G-CSF），将骨髓中的干细胞驱动 至血液中，再经由血液分离机收集取得之干细胞。由于与骨髓干细胞极为相近，现已逐渐取 代需要全身麻醉的骨髓抽取手术。 胚胎干细胞
胚胎干细胞是从胚泡(由50—100个细脆組成的早期胚胎)未分化的内部细胞团中得到 的干细。它们是万能的,意味着它们可以发 育成药身体雨 200多种细胞类型中的任何一种。胚胎干细胞 研宪仍处于刚 起步阶段,许多研完仍建立在人粪以外之动物 模式。俐如老鼠、 牛或是羊等。人类的胚胎干细胞因为干辋胞的 取得来源涉及 道德伦理上的约束,在干细胞梂上的建立有所 鹿茸干细胞 鹿茸干细位于鹿茸初角茸或角柄骨鼷内,是惟一能够驱动哺乳动物器官完全再生的成 体干细胞。鹿茸干细胞均有多能性,体外诱导试验表明,其能够被诱导形戚神经細,脂肪 细胞,肌肉细胞等。鹿茸是上天遺留在人间最美的一块窑石,是哺乳动物王国中唯一能够 完全再生的器官;鹿茸是哺乳动物中生长速度最快的器官,在快速生长期时生长速度达到 20mm/天以上,其顶端增殖区细胞的增殖速度为癌细胞的30偆,且不发生癌变,是癌变机 制研完的天然模型。干铷臆作为鹿葺的重要细胞,可以國符 发展成为许多特殊细胞类型,并支持鹿角再生的整个过程。 鹿茸干细胞是唯一能諺驱动哺乳动物器官完全再生 的成体干细胞,其上的皮肤构成了鹿茸干细胞所需的特殊 微环境。鹿茸再生包含了骨组织、皮肤、血管、神经组织 的完全再生,多种细胞因子参与其中。此外,由新鲜鹿茸 租织提取的多肽类物质,在皮肤及骨组织俦口愈合中,具 有明显的刺激作用。进一步探索其作用机制对骨伤愈合及皮肤再生提供了新的思略与方法。 总之,鹿茸作为一种特殊的生物医学模型探索哺乳动物器官再生机制,可以給迅速发展的人 类再生生物学和再生医学研究提供有蠡的肉容。 脂肪干细胞 以往人们因塑身而抽出的脂肪,大部分都当废弃物丢掉 现经由医学专家研究证,脂肪中含有大量的间质干细,间 质干细胞具有体外增生及多重分化的潜力,能迳用于组织与 器官的再生与修复。 其主要特性为 1、低侵入性取得,对人体无害。 2、最多量的取得方式。 3、可进行体外增生培养。 4、可运用于身体组织类型广泛,会自动移自创伤部位,进行修补 皮肤细肫 在207年底,美国和日本两组科学家同时成功地把皮肤细胞转化成一种俗称为“iPS" 的可诱导万能干细,并戚功使这些干辋肫转化成为身体器官的一部分。透过向皮肤脆植 入特定的基因,可诱导皮肤细肫改造,变成粪似胚胎干细胞的一种細。 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。臧体干细 胞在其中起着关键的作用。在特定条件下,戚体干细胞或者产生新的干细胞,或者接一定的 程序分化,形成新的功能细肫,从而使组织和器官保持生长和褰退的动态平衡。2012年之 前认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干辋胞。经研究表明,以往认为不能再生的神 经组织仍然包含神经干辋胞,说明成体干细胞普遍存在,问题是如何寻找和分离各种组织特 异性干细胞。成体干细脆经常位于特定的檄环境中。微环 境中的间
胚胎干细胞是从胚泡（由 50—100 个细胞组成的早期胚胎）未分化的内部细胞团中得到 的干细胞。它们是万能的，意味着它们可以发 育成为身 体内 200 多种细胞类型中的任何一种。胚胎干细胞 研究仍处 于刚 起步阶段，许多研究仍建立在人类以外之动物 模式。例如老鼠、 牛或是羊等。人类的胚胎干细胞因为干细胞的 取得来源 涉及 道德伦理上的约束，在干细胞株上的建立有所 争议。 鹿茸干细胞 鹿茸干细胞位于鹿茸初角茸或角柄骨膜内，是惟一能够驱动哺乳动物器官完全再生的成 体干细胞。鹿茸干细胞均有多能性，体外诱导试验表明，其能够被诱导形成神经细胞，脂肪 细胞，肌肉细胞等 。鹿茸是上天遗留在人间最美的一块宝石，是哺乳动物王国中唯一能够 完全再生的器官；鹿茸是哺乳动物中生长速度最快的器官，在快速生长期时生长速度达到 20 mm/天以上，其顶端增殖区细胞的增殖速度为癌细胞的 30 倍，且不发生癌变，是癌变机 制研究的天然模型 。干细胞作为鹿茸的重要细胞，可以 发展成为许多特殊细胞类型，并支持鹿角再生的整个过程。 鹿茸干细胞是唯一能够驱动哺乳动物器官完全再生 的成体干细胞，其上的皮肤构成了鹿茸干细胞所需的特殊 微环境。鹿茸再生包含了骨组织、皮肤、血管、神经组织 的完全再生，多种细胞因子参与其中。此外，由新鲜鹿茸 组织提取的多肽类物质，在皮肤及骨组织伤口愈合中，具 有明显的刺激作用。进一步探索其作用机制对骨伤愈合及皮肤再生提供了新的思路与方法。 总之，鹿茸作为一种特殊的生物医学模型探索哺乳动物器官再生机制，可以给迅速发展的人 类再生生物学和再生医学研究提供有益的内容 。 脂肪干细胞 以往人们因塑身而抽出的脂肪，大部分都当废弃物丢掉， 现经由医学专家研究证，脂肪中含有大量的间质干细胞，间 质干细胞具有体外增生及多重分化的潜力，能运用于组织与 器官的再生与修复。 其主要特性为： 1、低侵入性取得，对人体无害。 2、最多量的取得方式。 3、可进行体外增生培养。 4、可运用于身体组织类型广泛，会自动移自创伤部位，进行修补 皮肤细胞 在 2007 年底，美国和日本两组科学家同时成功地把皮肤细胞转化成一种俗称为“iPS” 的可诱导万能干细胞，并成功使这些干细胞转化成为身体器官的一部分。透过向皮肤细胞植 入特定的基因，可诱导皮肤细胞改造，变成类似胚胎干细胞的一种细胞。 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，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。2012 年之 前认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。经研究表明，以往认为不能再生的神 经组织仍然包含神经干细胞，说明成体干细胞普遍存在，问题是如何寻找和分离各种组织特 异性干细胞。成体干细胞经常位于特定的微环境中。微环 境 中的间
质细胞能够产生一系列生长因子或配体,与干细脆相互作用,控制干细颳的更新和分化。 造血干辋胞 造血干细胞是体内各种血細胞的唯一来源,它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中、胎 盘组织中。在临床治疗中,造血干细脆应用较早,在20世纪五十年代,临床上就开始应用 骨髓移植(BMT)方法来治疗血液系统疾病。到80年代末,外周血干細肫移植( PBSCT)技 木逐渐推广开来,绝大多为自体外周血干细胞移植( APBSCT),在提高治疗有敌率和缩短 疗程方面优于常规治疗,且效果令人满意。与两者相比,脐血干细飇移植的长处在于无来源 的限制,对HLA配型要求不高,不易受病毒或肿瘤的污染。 神经干细胞 神经干细胞关于神经干细臆研完起步软晚,由于分离神经干辋胞所需的胎儿脑组织软难 取材,加之胚胎细脆研究的争议尚未平息,神经干细胞的研宪仍处于初級阶段。理论上讲 任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干細胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存 在使之在干细脆穆植到中枢神经系统后不会产生免疫撤斥反应,如:给帕金森氏综合症惠者 的脑阄移植含有多巴胺生戚细脆的神经干细胞,可治愈部分惠者症状。除此之外,神经干细 胞的功能还可延伸到药物检测方面,对判蜥药物有致性、毒性有一定的作用。实际上,人们 对干细胞的了解仍存在许多盲区。2000年年初美国研完人员无意中发现在胰腺中存有干辋 胞;加拿大研究人员在人、鼠、牛的视网膜中发现了始终处于“休眠状态的干细胞”;有些 科学家证实骨髓干细胞可发育成肝细胞,脑干辋肫可发育成血肫。 骨髓间克质干细胞 骨髓间充质干细脆( mesenchymal stem cells, MSC)是干细胞家族的重要戚员,来源于发 育早期的中胚层和外胚层。MSC最初在骨髓中发现,因其具有多向分化潜能、造血支持和 促进干细脆植入,免痘调控和自我复制等特点而日益受到人们的关濩。如间充质干細肫在体 内或体外持定的诱导条件下,可分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带、神经、肝、心 鼽、内皮等多种组织细胞,连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能,可作为理想的 种子细胞用于裹老和病变引起的组织器官损佛修复。骨髓间充质干细胞由于其来源广泛,易 于勺离培养,并且具有轶糨的分化潜能和可自体移植等优点,誕来瓿受到学者们的青睐,被 认药是不久即将被引入临床治疗的最优干细飇。 骨髓间充质干细肫具有如下的优点 具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体或体外环境下不仅可分化为造 血细胞,还具有分化为肌肫、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞、基质细肫等多种细胞的能力。 二、具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其 免疫反应,从而发挥免重建的功能 三、具有来源方便,易于分离、培养、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特 性,不存在免疫排斥的特性。 基础应用 干细胞的调控是指给出适当的因子条件,对干细胞的增殖和分化进行调控,使之向指定的方 向发展 1、南源性调控 干细胞自身有许多调控因子可对外界信号起反应从而调节其增殖和分化,包括调节细不对
质细胞能够产生一系列生长因子或配体，与干细胞相互作用，控制干细胞的更新和分化。 造血干细胞 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、胎 盘组织中。在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在 20 世纪五十年代，临床上就开始应用 骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病。到 80 年代末，外周血干细胞移植（PBSCT）技 术逐渐推广开来，绝大多数为自体外周血干细胞移植（APBSCT），在提高治疗有效率和缩短 疗程方面优于常规治疗，且效果令人满意。与两者相比，脐血干细胞移植的长处在于无来源 的限制，对 HLA 配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。 神经干细胞 神经干细胞关于神经干细胞研究起步较晚，由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难 取材，加之胚胎细胞研究的争议尚未平息，神经干细胞的研究仍处于初级阶段。理论上讲， 任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存 在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应，如：给帕金森氏综合症患者 的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞，可治愈部分患者症状。除此之外，神经干细 胞的功能还可延伸到药物检测方面，对判断药物有效性、毒性有一定的作用。实际上，人们 对干细胞的了解仍存在许多盲区。2000 年年初美国研究人员无意中发现在胰腺中存有干细 胞；加拿大研究人员在人、鼠、牛的视网膜中发现了始终处于“休眠状态的干细胞”；有些 科学家证实骨髓干细胞可发育成肝细胞，脑干细胞可发育成血细胞。 骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSC）是干细胞家族的重要成员，来源于发 育早期的中胚层和外胚层。MSC 最初在骨髓中发现，因其具有多向分化潜能、造血支持和 促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点而日益受到人们的关注。如间充质干细胞在体 内或体外特定的诱导条件下，可分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带、神经、肝、心 肌、内皮等多种组织细胞，连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能，可作为理想的 种子细胞用于衰老和病变引起的组织器官损伤修复。骨髓间充质干细胞由于其来源广泛，易 于分离培养，并且具有较强的分化潜能和可自体移植等优点，越来越受到学者们的青睐，被 认为是不久即将被引入临床治疗的最优干细胞。 骨髓间充质干细胞具有如下的优点： 一、具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或体外环境下不仅可分化为造 血细胞，还具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。 二、具有免疫调节功能，通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制 T 细胞的增殖及其 免疫反应 ，从而发挥免疫重建的功能。 三.、具有来源方便，易于分离、培养、扩增和纯化，多次传代扩增后仍具有干细胞特 性，不存在免疫排斥的特性。 技术应用 基础应用 干细胞的调控是指给出适当的因子条件，对干细胞的增殖和分化进行调控，使之向指定的方 向发展。 1、内源性调控 干细胞自身有许多调控因子可对外界信号起反应从而调节其增殖和分化，包括调节细胞不对