干細胞技術(shù)與疾病治療

1、干細胞技術(shù)與疾病治療,一、背景介紹二、基本概念的介紹三、在疾病治療中的應(yīng)用及其展望,一、背景介紹,自從上世紀90年代美國科學家成功培養(yǎng)了人胚胎干細胞后，干細胞定向分化及其調(diào)控等的研究是現(xiàn)在和將來生命科學的熱點。對發(fā)育生物學及其相關(guān)學科將起突破性的推動作用，同時這一領(lǐng)域所具有的的重大科學意義和醫(yī)學及其商業(yè)價值必將是各國重點支持和開發(fā)的領(lǐng)域。2003年，在干細胞的基礎(chǔ)研究、胚胎干細胞和成人干細胞醫(yī)療研究中都取得了重大的進展，這些進展既

2、給人類戰(zhàn)勝疾病帶來了希望，激勵了醫(yī)學研究，卻也增強了不同觀念和政策的爭論。,一、背景介紹,美國生物倫理指導委員會專門研究人胚胎可能帶來的科學、倫理、立法等方面的影響，對此作出廣泛而深入的評論，并提出相關(guān)的人胚胎干細胞研究的指導原則。,一、背景介紹,干細胞技術(shù)不僅在疾病治療方面有著極其誘人的前景，而且其對克隆動物、轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)、發(fā)育生物學、新藥物的開發(fā)與藥效、毒性評估等領(lǐng)域也將產(chǎn)生極其重要的影響。干細胞技術(shù)作為生物技術(shù)中的前沿技術(shù)已成為

3、自然科學中最為引人注目的領(lǐng)域，被醫(yī)學界認為是人類生命科學研究的里程碑，預示著生命科學研究將進入快速發(fā)展時期，是未來高新技術(shù)更新?lián)Q代和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。,二、基本概念的介紹,1、干細胞及其相關(guān)概念2、干細胞技術(shù)及其相關(guān)概念,1、干細胞及其相關(guān)概念,干細胞是一類具有自我更新能力的多潛能細胞，即干細胞保持未定向分化狀態(tài)和具有增殖能力，在合適的條件下或給予合適的信號，它可以分化成多種功能細胞或組織器官，醫(yī)學界稱其為“萬用細胞”，也有人

4、通俗而形象得稱其為“干什么都行的細胞”。干細胞來源于胚胎、胎兒組織和成年組織。根據(jù)發(fā)育階段，干細胞分為胚胎干細胞和成體干細胞，胚胎干細胞的分化和增殖構(gòu)成動物發(fā)育的基礎(chǔ)，而成體干細胞的進一步分化則是成年動物組織和器官修復再生的基礎(chǔ)。按干細胞分化的潛能將干細胞分為全能干細胞，多能干細胞和單能干細胞。,1、干細胞及其相關(guān)概念,A、胚胎干細胞 當受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內(nèi)層細胞團的細胞即為胚胎干細胞，胚胎干細胞具有全能性，可以自我更新并

5、具有分化為體內(nèi)所有組織的能力。胚胎干細胞具有如下特性：①胚胎干細胞可通過單細胞克隆建立有相同遺傳特性的胚胎干細胞系，建立的胚胎干細胞系有與親代細胞相同的特征。②胚胎干細胞具有正常完整（二倍體）及穩(wěn)定的染色體核型。③胚胎干細胞缺乏細胞周期中G1期的限制點，胚胎干細胞大部分時間都處于細胞周期的S期，在此期進行DNA合成。④胚胎干細胞表達三種特異性標志分子：細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子，白血病抑制因子和堿性磷酸酶。,1、干細胞及其相關(guān)概念,⑤雌性哺乳動物

6、來源的胚胎干細胞內(nèi)，不存在X染色體失活現(xiàn)象。⑥胚胎干細胞端粒酶活性呈陽性，具有維持端粒長度，保持干細胞增值能力的重要作用。⑦胚胎干細胞裸鼠皮下或腎包囊接種，可形成畸胎瘤。,1、干細胞及其相關(guān)概念,B、成體干細胞 成體干細胞存在于全部三個胚層發(fā)育而來的組織中，它具有兩個特征，其一具有保持長期增殖而不分化的能力；還具有分化為源組織的所有特化類型細胞的潛能和分裂產(chǎn)生組細胞的能力。成體干細胞的增值能力也有較大的限制；多數(shù)成體干細胞數(shù)量較少

7、，缺乏特異性的表面標志，難以識別、分離和純化。 成體干細胞中研究最廣泛和深入的細胞是源于骨髓和血液的干細胞，包括造血干細胞和間充質(zhì)干細胞兩類主要的干細胞。造血干細胞是從血液或骨髓中分離的具有自我復制能力的干細胞，它能從骨髓中動員進入血液循環(huán)系統(tǒng)，能,1、干細胞及其相關(guān)概念,經(jīng)歷程序性死亡，即細胞凋亡。造血干細胞可利用其物理特性和細胞表面特征富集。造血干細胞來源于骨髓、外周血和臍帶血，能分化為血液和免疫系統(tǒng)的各種細胞類型，可用于治

8、療白血病、淋巴瘤和遺傳性血液病，如各種遺傳性貧血、先天代謝失調(diào)和癌癥化療后造血干細胞的恢復等。 許多研究發(fā)現(xiàn)，在人類、鳥類和嚙齒類等生物的骨髓中 可以分離出一種骨髓間充質(zhì)干細胞，其具有干細胞的共性， 最近的研究發(fā)現(xiàn)從人的骨骼肌中也分離出了間充質(zhì)干細胞， 它同樣可以分化為骨骼肌、平滑肌、骨、軟骨及脂肪，因此利用間充質(zhì)干細胞進行組織工程學研究有如下特點：①取材方便且對機體無害。間充質(zhì)干細胞可取自身骨髓

9、，簡單的骨髓穿刺即可獲得。 ②由于取自自體，由它誘導而來,1、干細胞及其相關(guān)概念,的組織移植時不存在組織配型及免疫排斥問題。③由間充質(zhì)干細胞分化的組織類型廣泛，理論上能分化為所有的間質(zhì)組織類型：將它分化為骨、軟骨或肌肉、肌腱，在治療創(chuàng)傷性疾病中具有應(yīng)用價值；將它分化為心肌組織，則有可能構(gòu)建人工心臟。將它分化為真皮組織，則在燒傷中有不可限量的應(yīng)用前景。,1、干細胞及其相關(guān)概念,神經(jīng)干細胞也是成體干細胞之一，神經(jīng)干細胞是神經(jīng)系統(tǒng)形成和發(fā)育的

10、源泉。其主要功能是作為一種后備儲備，參與神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復和細胞正常死亡的更新。,2、干細胞技術(shù)及其相關(guān)概念,干細胞技術(shù)，又稱為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過對干細胞進行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導，甚至基因修飾等過程，在體外繁育出全新的、正常的甚至更年輕的細胞、組織或器官，并最終通過細胞、組織或器官的移植實現(xiàn)對臨床疾病的治療，諸如白血病，老年癡呆，帕金森等傳統(tǒng)醫(yī)學方法尚不能治愈的疾病。從理論上說，應(yīng)用干細胞技術(shù)治療各種疾病較很多傳統(tǒng)方法有無可比擬

11、的優(yōu)點：①安全，低毒性或者無毒性。②不需要完全了解疾病的發(fā)病機理。③可應(yīng)用自身干細胞移植，避免產(chǎn)生器官移植的免疫排斥反應(yīng)。,2、干細胞技術(shù)及其相關(guān)概念,利用干細胞技術(shù)已經(jīng)開展治療的疾?。孩倌X癱、小兒缺血缺氧性腦??；②腦外傷、腦梗死、腦出血、脊髓外傷性癱瘓的急性期、后遺癥期和康復期；③腦發(fā)育不全、腦萎縮、智力低下、失憶癥、腦積水；④長期昏迷，植物生存狀態(tài)；⑤視神經(jīng)損傷、失明；⑥肌萎縮側(cè)索硬化癥、運動神經(jīng)元??；⑦脊髓炎后遺癥期和康復期；⑧神

12、經(jīng)性膀胱炎；⑨臨界腦死亡；⑩癲癇；?慢性心功能不全性疾病、心肌梗塞；?肝硬化；?下肢血管性疾??；?股骨頭壞死。,三、在疾病治療中的應(yīng)用及其展望,1.造血干細胞的基因治療2.造血干細胞移植治療自身免疫性疾病3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用4.干細胞技術(shù)在心血管疾病治療中的臨床應(yīng)用,1.造血干細胞的基因治療,許多疾病尤其是一些遺傳性疾病與造血干細胞的內(nèi)在缺陷有關(guān)，隨著造血干細胞的移植與基因技術(shù)的發(fā)展，一條試圖融合上訴兩者技術(shù)的

13、全新的治療方法——造血干細胞的基因治療已成為目前研究的熱點。,1.造血干細胞的基因治療,許多疾病特別是一些單基因疾病如：血紅蛋白病、鐮刀形紅細胞貧血、地中海貧血、慢性肉芽腫性疾病和免疫缺陷性疾病等與造血干細胞的內(nèi)在缺陷有關(guān)。從原則上來說，這些疾病都可以通過基因替代的方法而獲得治療。造血干細胞基因治療的基本思路是動員分離出患者的造血干細胞，體外轉(zhuǎn)染目的基因，再做自體干細胞移植。目前這項新方法的研究及應(yīng)用主要集中在下述三個方面：①替代先天性

14、的由于造血干細胞中基因缺失或損壞而致的疾?。虎诳鼓[瘤化療中向正常造血干細胞導入耐藥基因以產(chǎn)生耐化療蛋白，最終目的減少或抵消化療的毒副作用；③可作為一種細胞內(nèi)疫苗手段，如向造血干細胞或T細胞前體轉(zhuǎn)染抗病毒基因以抵抗HIV感染。,1.造血干細胞的基因治療,A、造血干細胞的選擇 已有多種細胞表面標志用來鑒別造血干細胞，最常用于鑒別骨髓中具有高增殖能力造血干細胞的細胞表面分子是CD34（唾液酸粘蛋白）。致死劑量照射狒狒后回輸CD34+富集

15、的骨髓細胞，可使狒狒的造血系統(tǒng)獲得重建，表明CD34+細胞具有長期的多系分化能力。目前臨床上已擁有非常成熟的手段來獲得CD34+細胞。從理論上說，分離、濃集的CD34+細胞可提高基因的轉(zhuǎn)染效率及降低載體的使用量。,1.造血干細胞的基因治療,B、載體的選擇已有多種轉(zhuǎn)染系統(tǒng)用于造血干細胞，如DNA、脂質(zhì)體、腺病毒載體、腺相關(guān)病毒載體、腺轉(zhuǎn)錄病毒及慢病毒載體。,1.造血干細胞的基因治療,C、轉(zhuǎn)染條件的優(yōu)化 轉(zhuǎn)染效率是基因治療的瓶頸，

16、為提高轉(zhuǎn)染效率，人們在轉(zhuǎn)染的外部條件方面作了一系列的嘗試。 在研究中發(fā)現(xiàn)，與骨髓基質(zhì)細胞共同孵育可提高逆轉(zhuǎn)率病毒載體轉(zhuǎn)染人干細胞的轉(zhuǎn)染效率，這提示，外源性基質(zhì)子分影響基因轉(zhuǎn)染。纖連蛋白是目前研究較為充分的一個分子，它同時連接載體顆粒及干細胞，進一步提供生長促進因子從而提高轉(zhuǎn)染效率。 有人將細胞因子多肽序列整合進包被蛋白分子中，如將IL-2整合進嵌合體包被蛋白中對于轉(zhuǎn)染IL-2依賴性細胞有較高的效率。,1.造血干細胞的基

17、因治療,D、限制造血干細胞基因轉(zhuǎn)染的效率 盡管目前基因轉(zhuǎn)染的效率有了很大的進步，造血干細胞的基因治療并不十分成功，主要的因素有：①原始的造血干細胞處于靜息狀態(tài)，其表面受體的水平很低；②目前沒有十分有效的載體，轉(zhuǎn)染的效率很低；③轉(zhuǎn)染成功后，目的基因往往不能有效表達或不能長期表達；④缺乏有效的手段選擇轉(zhuǎn)染成功的造血干細胞。,1.造血干細胞的基因治療,E、展望 造血干細胞的基因治療體現(xiàn)出一種全新的治療思想，雖然目前基本處于基礎(chǔ)研究

18、階段，但是，隨著造血干細胞移植與基因技術(shù)的發(fā)展與完善，隨著人們對基因本身的認識，對造血干細胞進行基因治療將可能從根本上實現(xiàn)對一批疾病的治愈。,2.造血干細胞移植治療自身免疫性疾病,進十余年來，造血干細胞移植技術(shù)（HSCT）治療難治性自身免疫性疾?。ˋDs），業(yè)已取得了可喜的成績。國內(nèi)外學者把病情進展快，造成明顯殘疾或死亡的Ads，歸為“嚴重自身免疫病”（SADs），其預期生期為5-10年；近年隨著科學技術(shù)的發(fā)展，自身造血干細胞移植的治療

19、相關(guān)病死率為1%-5%；對SADs患者，在發(fā)展到不可逆臟器損傷前，進行積極的治療是合理的，必要的。,2.造血干細胞移植治療自身免疫性疾病,A、機制 Ads發(fā)病機制的確切機理仍不清楚，機體對自身抗原的免疫反應(yīng)及免疫耐受之間平衡的打破是最基本的原因?；颊咦陨磉z傳缺陷和環(huán)境因素的共同作用在打破這種平衡中起關(guān)鍵作用。HSCT治療Ads即通過強烈的免疫抑制治療徹底摧毀機體異常的免疫系統(tǒng)，然后輸入正常的造血干細胞以重建正常的免疫系統(tǒng)，從而

20、達到治療或者緩解Ads的目的；移植前強烈預處理將已經(jīng)存在于組織器官中的免疫病理細胞清除，從而終止靶器官的再損傷。,2.造血干細胞移植治療自身免疫性疾病,B、適應(yīng)癥 對常規(guī)治療失敗、威脅生命和器官功能的嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)、類風濕疾病、血液系統(tǒng)的Ads患者宜實行HSCT，不主張對臟器已有不可逆損失的患者實施HSCT。,2.造血干細胞移植治療自身免疫性疾病,C、存在的問題及展望 異基因HSCT可以達到根治Ads的目的，自身外周血干細胞

21、移植是目前治療Ads較為穩(wěn)妥的方法，但都存在著一些問題。初步結(jié)果顯示，對于SAds，HSCT是一種非常有潛力的、有前景的治療手段。正確制定治療策略、選擇合適患者和完善治療技術(shù)細節(jié)是必要的。有關(guān)HSCT治療和Ads遠期療效仍需進一步研究。,3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用,長期以來，人們一直認為成年哺乳動物腦內(nèi)神經(jīng)細胞不具備更新能力，一旦死亡即不能再生，這種觀點使人們對腦血管疾病、帕金森病、多發(fā)性硬化及腦脊髓損傷等疾病的治療受到了

22、很大的限制。雖然傳統(tǒng)的藥物及手術(shù)對以上疾病的治療取得了一定的進展，但是扔不能達到滿意的效果。幾年來干細胞移植技術(shù)迅猛發(fā)展，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了新的方法。,3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用,A、治療帕金森病 已經(jīng)有較多的研究利用將干細胞植入患有帕金森病（PD）的患者或者動物模型的腦組織中來治療，并且取得了成功。Piccini等首先從流產(chǎn)兒腦組織中分離出神經(jīng)干細胞，然后將其植入PD患者的腦組織中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一半以上的患者

23、癥狀得到明顯改善，而且效果持續(xù)存在。,3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用,B、治療缺血性腦血管病 利用干細胞技術(shù)治療缺血性腦血管疾病有兩種方法。一種方法是通過激活位于海馬齒狀回等區(qū)域的內(nèi)源性干細胞，使內(nèi)源性干細胞遷移至腦組織受損部位，發(fā)揮替代效應(yīng)，另一種方法是將來源于成年腦或者胚胎的干細胞直接移植到腦受損的部位，進一步發(fā)揮治療作用。同樣，很多研究已經(jīng)證實了干細胞技術(shù)治療缺血性腦血管病的有效性。Kuhn等往大鼠缺血腦組織腦室

24、內(nèi)注射成纖維細胞生長因子或表皮生長因子后發(fā)現(xiàn)嗅球位置的神經(jīng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)再生，試驗后大鼠因缺血所致的神經(jīng)功能缺陷有所好轉(zhuǎn)。,3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用,C、治療其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病 干細胞技術(shù)可用于其他一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病如多發(fā)性硬化和腦膠質(zhì)瘤的治療。,3.干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用,D、問題與展望 干細胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用中還有以下一些主要的問題:①移植干細胞時必須考慮對患者是否安全，目前干細胞移植的安全性還沒