干细胞技术与疾病治疗

null干细胞技术与疾病治疗干细胞技术与疾病治疗一、背景介绍 二、基本概念的介绍 三、在疾病治疗中的应用及其展望一、背景介绍一、背景介绍自从上世纪90年代美国科学家成功培养了人胚胎干细胞后，干细胞定向分化及其调控等的研究是现在和将来生命科学的热点。对发育生物学及其相关学科将起突破性的推动作用，同时这一领域所具有的的重大科学意义和医学及其商业价值必将是各国重点支持和开发的领域。 2003年，在干细胞的基础研究、胚胎干细胞和成人干细胞医疗研究中都取得了重大的进展，这些进展既给人类战胜疾病带来了希望，激励了医学研究，却也增强了不同观念和政策的争论。一、背景介绍一、背景介绍美国生物伦理指导委员会专门研究人胚胎可能带来的科学、伦理、立法等方面的影响，对此作出广泛而深入的评论，并提出相关的人胚胎干细胞研究的指导原则。一、背景介绍一、背景介绍 干细胞技术不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景，而且其对克隆动物、转基因动物生产、发育生物学、新药物的开发与药效、毒性评估等领域也将产生极其重要的影响。干细胞技术作为生物技术中的前沿技术已成为自然科学中最为引人注目的领域，被医学界认为是人类生命科学研究的里程碑，预示着生命科学研究将进入快速发展时期，是未来高新技术更新换代和新兴产业发展的重要基础。二、基本概念的介绍二、基本概念的介绍1、干细胞及其相关概念 2、干细胞技术及其相关概念1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念干细胞是一类具有自我更新能力的多潜能细胞，即干细胞保持未定向分化状态和具有增殖能力，在合适的条件下或给予合适的信号，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为“万用细胞”，也有人通俗而形象得称其为“干什么都行的细胞”。 干细胞来源于胚胎、胎儿组织和成年组织。根据发育阶段，干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞，胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础，而成体干细胞的进一步分化则是成年动物组织和器官修复再生的基础。按干细胞分化的潜能将干细胞分为全能干细胞，多能干细胞和单能干细胞。1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念A、胚胎干细胞 当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞，胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。胚胎干细胞具有如下特性：①胚胎干细胞可通过单细胞克隆建立有相同遗传特性的胚胎干细胞系，建立的胚胎干细胞系有与亲代细胞相同的特征。②胚胎干细胞具有正常完整（二倍体）及稳定的染色体核型。③胚胎干细胞缺乏细胞周期中G1期的限制点，胚胎干细胞大部分时间都处于细胞周期的S期，在此期进行DNA合成。④胚胎干细胞达三种特异性标志分子：细胞内的转录因子，白血病抑制因子和碱性磷酸酶。1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念⑤雌性哺乳动物来源的胚胎干细胞内，不存在X染色体失活现象。⑥胚胎干细胞端粒酶活性呈阳性，具有维持端粒长度，保持干细胞增值能力的重要作用。⑦胚胎干细胞裸鼠皮下或肾包囊接种，可形成畸胎瘤。1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念B、成体干细胞 成体干细胞存在于全部三个胚层发育而来的组织中，它具有两个特征，其一具有保持长期增殖而不分化的能力；还具有分化为源组织的所有特化类型细胞的潜能和分裂产生组细胞的能力。成体干细胞的增值能力也有较大的限制；多数成体干细胞数量较少，缺乏特异性的表面标志，难以识别、分离和纯化。 成体干细胞中研究最广泛和深入的细胞是源于骨髓和血液的干细胞，包括造血干细胞和间充质干细胞两类主要的干细胞。造血干细胞是从血液或骨髓中分离的具有自我复制能力的干细胞，它能从骨髓中动员进入血液循环系统，能 1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念 经历程序性死亡，即细胞凋亡。造血干细胞可利用其物理特性和细胞表面特征富集。造血干细胞来源于骨髓、外周血和脐带血，能分化为血液和免疫系统的各种细胞类型，可用于治疗白血病、淋巴瘤和遗传性血液病，如各种遗传性贫血、先天代谢失调和癌症化疗后造血干细胞的恢复等。 许多研究发现，在人类、鸟类和啮齿类等生物的骨髓中 可以分离出一种骨髓间充质干细胞，其具有干细胞的共性， 最近的研究发现从人的骨骼肌中也分离出了间充质干细胞， 它同样可以分化为骨骼肌、平滑肌、骨、软骨及脂肪，因此利用间充质干细胞进行组织工程学研究有如下特点：①取材方便且对机体无害。间充质干细胞可取自身骨髓，简单的骨髓穿刺即可获得。 ②由于取自自体，由它诱导而来 1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念 的组织移植时不存在组织配型及免疫排斥问。③由间充质干细胞分化的组织类型广泛，理论上能分化为所有的间质组织类型：将它分化为骨、软骨或肌肉、肌腱，在治疗创伤性疾病中具有应用价值；将它分化为心肌组织，则有可能构建人工心脏。将它分化为真皮组织，则在烧伤中有不可限量的应用前景。1、干细胞及其相关概念1、干细胞及其相关概念 神经干细胞也是成体干细胞之一，神经干细胞是神经系统形成和发育的源泉。其主要功能是作为一种后备储备，参与神经系统损伤修复和细胞正常死亡的更新。 2、干细胞技术及其相关概念2、干细胞技术及其相关概念干细胞技术，又称为再生医疗技术，是指通过对干细胞进行分离、体外培养、定向诱导，甚至基因修饰等过程，在体外繁育出全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞、组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗，诸如白血病，老年痴呆，帕金森等传统医学方法尚不能治愈的疾病。 从理论上说，应用干细胞技术治疗各种疾病较很多传统方法有无可比拟的优点：①安全，低毒性或者无毒性。②不需要完全了解疾病的发病机理。③可应用自身干细胞移植，避免产生器官移植的免疫排斥反应。2、干细胞技术及其相关概念2、干细胞技术及其相关概念利用干细胞技术已经开展治疗的疾病：①脑瘫、小儿缺血缺氧性脑病；②脑外伤、脑梗死、脑出血、脊髓外伤性瘫痪的急性期、后遗症期和康复期；③脑发育不全、脑萎缩、智力低下、失忆症、脑积水；④长期昏迷，植物生存状态；⑤视神经损伤、失明；⑥肌萎缩侧索硬化症、运动神经元病；⑦脊髓炎后遗症期和康复期；⑧神经性膀胱炎；⑨临界脑死亡；⑩癫痫；⑪慢性心功能不全性疾病、心肌梗塞；⑫肝硬化；⑬下肢血管性疾病；⑭股骨头坏死。三、在疾病治疗中的应用及其展望三、在疾病治疗中的应用及其展望1.造血干细胞的基因治疗 2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用 4.干细胞技术在心血管疾病治疗中的临床应用 1.造血干细胞的基因治疗 1.造血干细胞的基因治疗 许多疾病尤其是一些遗传性疾病与造血干细胞的内在缺陷有关，随着造血干细胞的移植与基因技术的发展，一条试图融合上诉两者技术的全新的治疗方法——造血干细胞的基因治疗已成为目前研究的热点。1.造血干细胞的基因治疗1.造血干细胞的基因治疗许多疾病特别是一些单基因疾病如：血红蛋白病、镰刀形红细胞贫血、地中海贫血、慢性肉芽肿性疾病和免疫缺陷性疾病等与造血干细胞的内在缺陷有关。从原则上来说，这些疾病都可以通过基因替代的方法而获得治疗。造血干细胞基因治疗的基本思路是动员分离出患者的造血干细胞，体外转染目的基因，再做自体干细胞移植。目前这项新方法的研究及应用主要集中在下述三个方面：①替代先天性的由于造血干细胞中基因缺失或损坏而致的疾病；②抗肿瘤化疗中向正常造血干细胞导入耐药基因以产生耐化疗蛋白，最终目的减少或抵消化疗的毒副作用；③可作为一种细胞内疫苗手段，如向造血干细胞或T细胞前体转染抗病毒基因以抵抗HIV感染。 1.造血干细胞的基因治疗 1.造血干细胞的基因治疗 A、造血干细胞的选择 已有多种细胞表面标志用来鉴别造血干细胞，最常用于鉴别骨髓中具有高增殖能力造血干细胞的细胞表面分子是CD34（唾液酸粘蛋白）。致死剂量照射狒狒后回输CD34+富集的骨髓细胞，可使狒狒的造血系统获得重建，表明CD34+细胞具有长期的多系分化能力。目前临床上已拥有非常成熟的手段来获得CD34+细胞。从理论上说，分离、浓集的CD34+细胞可提高基因的转染效率及降低载体的使用量。1.造血干细胞的基因治疗1.造血干细胞的基因治疗B、载体的选择 已有多种转染系统用于造血干细胞，如DNA、脂质体、腺病毒载体、腺相关病毒载体、腺转录病毒及慢病毒载体。1.造血干细胞的基因治疗1.造血干细胞的基因治疗C、转染条件的优化 转染效率是基因治疗的瓶颈，为提高转染效率，人们在转染的外部条件方面作了一系列的尝试。 在研究中发现，与骨髓基质细胞共同孵育可提高逆转率病毒载体转染人干细胞的转染效率，这提示，外源性基质子分影响基因转染。纤连蛋白是目前研究较为充分的一个分子，它同时连接载体颗粒及干细胞，进一步提供生长促进因子从而提高转染效率。 有人将细胞因子多肽序列整合进包被蛋白分子中，如将IL-2整合进嵌合体包被蛋白中对于转染IL-2依赖性细胞有较高的效率。1.造血干细胞的基因治疗1.造血干细胞的基因治疗D、限制造血干细胞基因转染的效率 尽管目前基因转染的效率有了很大的进步，造血干细胞的基因治疗并不十分成功，主要的因素有：①原始的造血干细胞处于静息状态，其表面受体的水平很低；②目前没有十分有效的载体，转染的效率很低；③转染成功后，目的基因往往不能有效表达或不能长期表达；④缺乏有效的手段选择转染成功的造血干细胞。1.造血干细胞的基因治疗1.造血干细胞的基因治疗E、展望 造血干细胞的基因治疗体现出一种全新的治疗思想，虽然目前基本处于基础研究阶段，但是，随着造血干细胞移植与基因技术的发展与完善，随着人们对基因本身的认识，对造血干细胞进行基因治疗将可能从根本上实现对一批疾病的治愈。 2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病 2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病 进十余年来，造血干细胞移植技术（HSCT）治疗难治性自身免疫性疾病（ADs），业已取得了可喜的成绩。国内外学者把病情进展快，造成明显残疾或死亡的Ads，归为“严重自身免疫病”（SADs），其预期生期为5-10年；近年随着科学技术的发展，自身造血干细胞移植的治疗相关病死率为1%-5%；对SADs患者，在发展到不可逆脏器损伤前，进行积极的治疗是合理的，必要的。2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病A、机制 Ads发病机制的确切机理仍不清楚，机体对自身抗原的免疫反应及免疫耐受之间平衡的打破是最基本的原因。患者自身遗传缺陷和环境因素的共同作用在打破这种平衡中起关键作用。HSCT治疗Ads即通过强烈的免疫抑制治疗彻底摧毁机体异常的免疫系统，然后输入正常的造血干细胞以重建正常的免疫系统，从而达到治疗或者缓解Ads的目的；移植前强烈预处理将已经存在于组织器官中的免疫病理细胞清除，从而终止靶器官的再损伤。2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病B、适应症 对常规治疗失败、威胁生命和器官功能的严重的神经系统、类风湿疾病、血液系统的Ads患者宜实行HSCT，不主张对脏器已有不可逆损失的患者实施HSCT。2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病2.造血干细胞移植治疗自身免疫性疾病C、存在的问题及展望 异基因HSCT可以达到根治Ads的目的，自身外周血干细胞移植是目前治疗Ads较为稳妥的方法，但都存在着一些问题。初步结果显示，对于SAds，HSCT是一种非常有潜力的、有前景的治疗手段。正确制定治疗策略、选择合适患者和完善治疗技术细节是必要的。有关HSCT治疗和Ads远期疗效仍需进一步研究。 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用 长期以来，人们一直认为成年哺乳动物脑内神经细胞不具备更新能力，一旦死亡即不能再生，这种观点使人们对脑血管疾病、帕金森病、多发性硬化及脑脊髓损伤等疾病的治疗受到了很大的限制。虽然传统的药物及手术对以上疾病的治疗取得了一定的进展，但是扔不能达到满意的效果。几年来干细胞移植技术迅猛发展，为神经系统疾病的治疗提供了新的方法。3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用A、治疗帕金森病 已经有较多的研究利用将干细胞植入患有帕金森病（PD）的患者或者动物模型的脑组织中来治疗，并且取得了成功。Piccini等首先从流产儿脑组织中分离出神经干细胞，然后将其植入PD患者的脑组织中，结果发现有一半以上的患者症状得到明显改善，而且效果持续存在。 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用B、治疗缺血性脑血管病 利用干细胞技术治疗缺血性脑血管疾病有两种方法。一种方法是通过激活位于海马齿状回等区域的内源性干细胞，使内源性干细胞迁移至脑组织受损部位，发挥替代效应，另一种方法是将来源于成年脑或者胚胎的干细胞直接移植到脑受损的部位，进一步发挥治疗作用。同样，很多研究已经证实了干细胞技术治疗缺血性脑血管病的有效性。Kuhn等往大鼠缺血脑组织脑室内注射成纤维细胞生长因子或表皮生长因子后发现嗅球位置的神经结构出现再生，试验后大鼠因缺血所致的神经功能缺陷有所好转。 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用C、治疗其他神经系统疾病 干细胞技术可用于其他一些神经系统疾病如多发性硬化和脑胶质瘤的治疗。 3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用3.干细胞技术在神经系统疾病治疗中的应用D、问题与展望 干细胞技术在神经系统的应用中还有以下一些主要的问题:①移植干细胞时必须考虑对患者是否安全，目前干细胞移植的安全性还没有足够的证据；②使干细胞分裂分化和迁移以填充因缺血而失去的空间，并形成有功能的正常神经元网络是困难的。 尽管如此，人们仍然对干细胞在神经内科应用的前景充满信心。我们有理由相信，在不久的将来干细胞技术一定会在神经内科临床中得到广泛应用，神经疾病的治疗也一定会因为干细胞技术而得到革命性的进步。 4.干细胞技术在心血管疾病治疗中的临床应用 4.干细胞技术在心血管疾病治疗中的临床应用