硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程干细胞定义细胞膜 细胞质 体细胞干细胞干细胞工程与再生医学44+XY/XX• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆细胞核 生殖细胞 22+Y/X 哺乳动物细胞模式 22+X干细胞定义（Stem cell）具有不断分裂增殖能 力，能复制自身并分化产 生一种以上“专业”细胞的 较原始细胞。 ——功能细胞的“种子”干细胞干细胞定义（Stem cell）• 胚胎干细胞 • 精原干细胞 • 成体干细胞干细胞• 造血干细胞 • 间充质干细胞 • 神经干细胞 • 表皮干细胞 • 肠干细胞 • 肝脏干细胞 • ……干细胞定义（Stem cell）干细胞可以逐步分 化为功能细胞，使体内 的各种功能细胞群体得 于更新，维持正常生理 结构与机能。 目前发现干细胞在 体外也能被诱导形成功 能细胞。干细胞干细胞定义（Stem cell）和树干具有不同级别的 分支一样，干细胞也有分化 级别干细胞• 全能干细胞• 广能干细胞 • 多能干细胞 • 定向干细胞细胞替代—再生医学！
干细胞特征（Stem cell）• • • • • 圆/椭圆形，核质比值大 细胞器较少，不发达 通常分布于组织较“隐蔽”部位 端粒酶活性高 具有特异的生化标志 • • • • • • •干细胞干细胞特征（Stem cell）胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 表皮干细胞：角蛋白14/5 神经干细胞：巢素蛋白…… 造血干细胞：CD34…… 间充质干细胞：SH2、SH3…… 肝干细胞：? 肠干细胞：?干细胞An adult stem cell, collected from human bone marrow. It can replace blood cells killed by cancer or by cancer treatments like radiation and chemotherapy.ES mouse SSEA-1生化标志是鉴定干细胞的关键指标生化标志是鉴定干细胞的关键指标干细胞特征（Stem cell）• • • • • • • 胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 表皮干细胞：角蛋白14/5 神经干细胞：巢素蛋白…… 造血干细胞：CD34…… 间充质干细胞：SH2、SH3…… 肝干细胞：? 肠干细胞：?干细胞干细胞的增殖特点（Stem cell）• 干细胞增殖的缓慢性往往需要特定信号启动分裂 干细胞分裂速度慢——减少突变、 纠正复制错误 通过“过渡放大细胞”进入分化程序干细胞• 干细胞增殖系统的自稳定性自我更新，维持自身数目恒定 种群不对称分裂 分裂调控十分精确Beta III tubulin生化标志是鉴定干细胞的关键指标干细胞的自稳性是区别于肿瘤的本质特征干细胞的分化特点（Stem cell）• 不同程度分化潜能全能性 广能性和多能性 定向、专能性Beta III tubulin干细胞干细胞的发育环境（Stem cell niche）NGF culture干细胞巢• 分泌因子转化生长因子（TGFNβ） 转化生长因子（TGFNβ） 转化生长因子（TGFNβ Wnt家族信号分子 Wnt家族信号分子• 转分化与去分化转分化：转变为它类 干细胞 去分化：转变为前辈 干细胞 MSC向神经元转化 MSC向• 受体介导的细胞相互作用 • 细胞外基质整合素——引导干细胞准确定位 整合素——引导干细胞准确定位 整合素——引导干细胞准确定位转/去分化迄今只在实验观察中发现干细胞生物学的重点： 调控干细胞增殖/分化的关键因子
硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程干细胞工程原理• 细胞饲养层制备 • 细胞饲养层制备 • 干细胞分离 • 干细胞分离 • 干细胞培养建株 • 干细胞培养建株 • 干细胞诱导分化 • 干细胞诱导分化 • 分化细胞应用 • 分化细胞应用干细胞工程与再生医学• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆干细胞工程的集中体现 ——胚胎干细胞工程早期胚的体内发育受精卵2 细胞胚4 细胞胚8 细胞胚早期囊胚晚期囊胚陈勇、江一平 2002体外培养不同阶段的小鼠早期胚胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES内细胞群胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES滋养层晚期囊胚 1981 Evans、Martin 分别独立地从正常小鼠囊胚中分离了ES细胞； Evans、 分别独立地从正常小鼠囊胚中分离了ES细 1984 Bradley 通过显微注射引入囊胚的ES细胞可以分化为成体的各种 通过显微注射引入囊胚的ES细胞可以分化为成体的各种 组织并整合入生殖系; 组织并整合入生殖系; 1998 Thomson、Gearhart 分别从ICM和性腺嵴分离出人ESC. Thomson、 分别从ICM和性腺嵴分离出人ESC.胚胎干细胞主要来源：内细胞群 (Inner Cell Mass, ICM)
胚胎干细胞工程原理内细胞群 孵化囊胚 ESCTrypsin小鼠胚胎干细胞制备囊胚显微操作胚胎干细胞增殖 13天小鼠胚胎 13天小鼠胚胎 成纤维细胞株丝裂霉素C 丝裂霉素CSTO成纤维细胞株 STO成纤维细胞株 制备饲养层 干细胞诱导分化细胞与发育工程中心实验室内细胞群 晚期囊胚 囊胚孵化 转移囊胚 滋养层囊胚脱出后的透明带囊胚扩张孵化完成的囊胚饲养层细胞体外培养不同阶段的小鼠早期胚陈勇、江一平 2002转移到饲养层上贴壁的小鼠囊胚陈勇、江一平 2002饲养层细胞小鼠胚胎干细胞制备滋养层细胞 囊胚内细胞群饲养层细胞 单个胚胎干细胞扩增形成细胞克隆陈勇、江一平 2002贴壁的小鼠囊胚进一步生长
胚胎干细胞技术应用细胞分化机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 生产嵌和体动物 生产转基因/基因打靶动物 生产转基因/基因打靶动物 生产转基因/ 医药研究的细胞实验模型 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 干细胞诱导发育——器官再生 干细胞诱导发育——器官再生 干细胞诱导发育——器官再生 培养的胚胎干细胞分化成心肌细胞胚胎干细胞技术应用Insulin/ Insulin /Nestin——糖尿病细胞治疗 ——糖尿病细胞治疗胚胎干细胞技术应用——糖尿病细胞治疗 ——糖尿病细胞治疗内细胞群 胚泡胚胎干细胞分化诱导Insulin/ Insulin /Nestin糖尿病模型鼠 细胞移植胚胎干细胞分化 为类胰岛素细胞分泌胰岛素细胞硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程医疗性克隆技术原理干细胞工程与再生医学运用克隆动物原理及 类似技术对人的体细胞进 行克隆并利用所获克隆胚 制备胚胎干细胞，对患者 的细胞缺陷性疾病进行细 胞替代治疗。• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆
克隆动物Animal Cloning医疗性克隆技术原理ESC诱导分化 ESC诱导分化 细胞移植克隆动物供体动物体细胞 受体动物卵 显微操作 体外培养 G0期细胞 G0期细胞 显微注射 无核卵母细胞 电融合 胚胎孵化 胚胎移植病人体细胞自体ESC 自体ESC细胞缺陷性疾病克隆胚/重构胚 克隆胚/克隆胚胎医疗性克隆技术原理• • • • • • • • • • • • 糖尿病 震颤麻痹 中风 老年性痴呆 心肌梗塞 脑、神经损伤 再生障碍性贫血 白血病 爱滋病 肿瘤 组织、器官移植 ……谢谢！细胞缺陷性疾病
硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程干细胞定义细胞膜 细胞质 体细胞干细胞干细胞工程与再生医学44+XY/XX• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆细胞核 生殖细胞 22+Y/X 哺乳动物细胞模式 22+X干细胞定义（Stem cell）具有不断分裂增殖能 力，能复制自身并分化产 生一种以上“专业”细胞的 较原始细胞。 ——功能细胞的“种子”干细胞干细胞定义（Stem cell）• 胚胎干细胞 • 精原干细胞 • 成体干细胞干细胞• 造血干细胞 • 间充质干细胞 • 神经干细胞 • 表皮干细胞 • 肠干细胞 • 肝脏干细胞 • ……干细胞定义（Stem cell）干细胞可以逐步分 化为功能细胞，使体内 的各种功能细胞群体得 于更新，维持正常生理 结构与机能。 目前发现干细胞在 体外也能被诱导形成功 能细胞。干细胞干细胞定义（Stem cell）和树干具有不同级别的 分支一样，干细胞也有分化 级别干细胞• 全能干细胞• 广能干细胞 • 多能干细胞 • 定向干细胞细胞替代—再生医学！
干细胞特征（Stem cell）• • • • • 圆/椭圆形，核质比值大 细胞器较少，不发达 通常分布于组织较“隐蔽”部位 端粒酶活性高 具有特异的生化标志 • • • • • • •干细胞干细胞特征（Stem cell）胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 表皮干细胞：角蛋白14/5 神经干细胞：巢素蛋白…… 造血干细胞：CD34…… 间充质干细胞：SH2、SH3…… 肝干细胞：? 肠干细胞：?干细胞An adult stem cell, collected from human bone marrow. It can replace blood cells killed by cancer or by cancer treatments like radiation and chemotherapy.ES mouse SSEA-1生化标志是鉴定干细胞的关键指标生化标志是鉴定干细胞的关键指标干细胞特征（Stem cell）• • • • • • • 胚胎干细胞：SSEA、碱性磷酸酶 表皮干细胞：角蛋白14/5 神经干细胞：巢素蛋白…… 造血干细胞：CD34…… 间充质干细胞：SH2、SH3…… 肝干细胞：? 肠干细胞：?干细胞干细胞的增殖特点（Stem cell）• 干细胞增殖的缓慢性往往需要特定信号启动分裂 干细胞分裂速度慢——减少突变、 纠正复制错误 通过“过渡放大细胞”进入分化程序干细胞• 干细胞增殖系统的自稳定性自我更新，维持自身数目恒定 种群不对称分裂 分裂调控十分精确Beta III tubulin生化标志是鉴定干细胞的关键指标干细胞的自稳性是区别于肿瘤的本质特征干细胞的分化特点（Stem cell）• 不同程度分化潜能全能性 广能性和多能性 定向、专能性Beta III tubulin干细胞干细胞的发育环境（Stem cell niche）NGF culture干细胞巢• 分泌因子转化生长因子（TGFNβ） 转化生长因子（TGFNβ） 转化生长因子（TGFNβ Wnt家族信号分子 Wnt家族信号分子• 转分化与去分化转分化：转变为它类 干细胞 去分化：转变为前辈 干细胞 MSC向神经元转化 MSC向• 受体介导的细胞相互作用 • 细胞外基质整合素——引导干细胞准确定位 整合素——引导干细胞准确定位 整合素——引导干细胞准确定位转/去分化迄今只在实验观察中发现干细胞生物学的重点： 调控干细胞增殖/分化的关键因子
硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程干细胞工程原理• 细胞饲养层制备 • 细胞饲养层制备 • 干细胞分离 • 干细胞分离 • 干细胞培养建株 • 干细胞培养建株 • 干细胞诱导分化 • 干细胞诱导分化 • 分化细胞应用 • 分化细胞应用干细胞工程与再生医学• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆干细胞工程的集中体现 ——胚胎干细胞工程早期胚的体内发育受精卵2 细胞胚4 细胞胚8 细胞胚早期囊胚晚期囊胚陈勇、江一平 2002体外培养不同阶段的小鼠早期胚胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES内细胞群胚胎干细胞 Embryo Stem Cell，ES滋养层晚期囊胚 1981 Evans、Martin 分别独立地从正常小鼠囊胚中分离了ES细胞； Evans、 分别独立地从正常小鼠囊胚中分离了ES细 1984 Bradley 通过显微注射引入囊胚的ES细胞可以分化为成体的各种 通过显微注射引入囊胚的ES细胞可以分化为成体的各种 组织并整合入生殖系; 组织并整合入生殖系; 1998 Thomson、Gearhart 分别从ICM和性腺嵴分离出人ESC. Thomson、 分别从ICM和性腺嵴分离出人ESC.胚胎干细胞主要来源：内细胞群 (Inner Cell Mass, ICM)
胚胎干细胞工程原理内细胞群 孵化囊胚 ESCTrypsin小鼠胚胎干细胞制备囊胚显微操作胚胎干细胞增殖 13天小鼠胚胎 13天小鼠胚胎 成纤维细胞株丝裂霉素C 丝裂霉素CSTO成纤维细胞株 STO成纤维细胞株 制备饲养层 干细胞诱导分化细胞与发育工程中心实验室内细胞群 晚期囊胚 囊胚孵化 转移囊胚 滋养层囊胚脱出后的透明带囊胚扩张孵化完成的囊胚饲养层细胞体外培养不同阶段的小鼠早期胚陈勇、江一平 2002转移到饲养层上贴壁的小鼠囊胚陈勇、江一平 2002饲养层细胞小鼠胚胎干细胞制备滋养层细胞 囊胚内细胞群饲养层细胞 单个胚胎干细胞扩增形成细胞克隆陈勇、江一平 2002贴壁的小鼠囊胚进一步生长
胚胎干细胞技术应用细胞分化机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 细胞发育——发育的基因调控机制研究 生产嵌和体动物 生产转基因/基因打靶动物 生产转基因/基因打靶动物 生产转基因/ 医药研究的细胞实验模型 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 诱导分化成定向干细胞——细胞治疗 干细胞诱导发育——器官再生 干细胞诱导发育——器官再生 干细胞诱导发育——器官再生 培养的胚胎干细胞分化成心肌细胞胚胎干细胞技术应用Insulin/ Insulin /Nestin——糖尿病细胞治疗 ——糖尿病细胞治疗胚胎干细胞技术应用——糖尿病细胞治疗 ——糖尿病细胞治疗内细胞群 胚泡胚胎干细胞分化诱导Insulin/ Insulin /Nestin糖尿病模型鼠 细胞移植胚胎干细胞分化 为类胰岛素细胞分泌胰岛素细胞硕士研究生细胞生物学课程 硕士研究生细胞生物学课程医疗性克隆技术原理干细胞工程与再生医学运用克隆动物原理及 类似技术对人的体细胞进 行克隆并利用所获克隆胚 制备胚胎干细胞，对患者 的细胞缺陷性疾病进行细 胞替代治疗。• 干细胞生物学 • 胚胎干细胞和干细胞工程 • 医疗性克隆
克隆动物Animal Cloning医疗性克隆技术原理ESC诱导分化 ESC诱导分化 细胞移植克隆动物供体动物体细胞 受体动物卵 显微操作 体外培养 G0期细胞 G0期细胞 显微注射 无核卵母细胞 电融合 胚胎孵化 胚胎移植病人体细胞自体ESC 自体ESC细胞缺陷性疾病克隆胚/重构胚 克隆胚/克隆胚胎医疗性克隆技术原理• • • • • • • • • • • • 糖尿病 震颤麻痹 中风 老年性痴呆 心肌梗塞 脑、神经损伤 再生障碍性贫血 白血病 爱滋病 肿瘤 组织、器官移植 ……谢谢！细胞缺陷性疾病