张 旭 干细胞与再生生物学实验室 北京大学生命科学学院

Presentation on theme: "张 旭 干细胞与再生生物学实验室 北京大学生命科学学院"— Presentation transcript:

1 张 旭 2011-3-31 干细胞与再生生物学实验室 北京大学生命科学学院
干细胞的那些事儿 张 旭 干细胞与再生生物学实验室 北京大学生命科学学院

2 关于干细胞的热门话题 胚胎干细胞 人兽混合胚胎 iPS细胞 本实验室的工作 干细胞产业简述

3 关于干细胞的热门话题 胚胎干细胞 人兽混合胚胎 布什反对奥巴马支持 诱导多功能干细胞(iPS细胞)

4 人兽混合胚胎 新闻回顾 英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎法案 图为投票现场 英国首相戈登·布朗亲临现场投票
20 May 2008 英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说： “（英国）每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗， 有35万阿尔茨海默症（老年痴呆症）患者， 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ——— 这些人都能从新法案中获益。”

5 奥巴马政府大力支持干细胞研究 奥巴马修改小布什对干细胞研究的禁令 2011年美国联邦政府拨款11亿美元用于干细胞相关的研究(根据NIH数据)

6 干细胞领域的新篇章-iPS细胞 iPS细胞: 生物医学领域最热门方向 2006 现在：被引用2231次 Yamanaka S
新闻回顾 干细胞领域的新篇章-iPS细胞 iPS细胞: 生物医学领域最热门方向 2006 现在：被引用2231次 Yamanaka S 2009 拉斯克奖(Lasker)得主 (拉斯克奖：美国生物医学最高奖 美国的诺贝尔奖 小诺贝尔奖(50%)) iPS细胞: 诱导多能性干细胞 是一种特殊的干细胞

7 近几年评出的十大科技进展 三次包括iPS细胞； iPS细胞在榜单上的位置分别如下： 2007 第二 2008 第一 2010 第九
新闻回顾 近几年评出的十大科技进展 三次包括iPS细胞； iPS细胞在榜单上的位置分别如下： 2007 第二 2008 第一 2010 第九 凸显了iPS细胞的重大意义、热门、发展迅速

8 新闻回顾 十二五 973重大科学问题 …… 973:国家重点基础研究发展计划;针对每个重大科学问题，国家将在5年内给予2500万左右的经费支持； ……

9 08-10年 973计划中的干细胞项目 新闻回顾 。。。。。。 共11项(生物医学类共约80项) 累计经费：约2.75亿人民币
来源：科技部网站

10 干细胞究竟是什么？ 干细胞为什么如此重要？ 人兽混合胚胎和iPSC有何用途？

11 干细胞的种类 胚胎生殖细胞 成体干细胞 胎儿组织干细胞 胚胎干细胞 癌症干细胞 EC细胞 可变成人体的其它任何细胞 脐带血干细胞
受精卵 3天 5-7天 4周 6周 婴儿 成人 胚胎干细胞 可变成人体的其它任何细胞 胎儿组织干细胞 癌症干细胞 EC细胞 可变成人体的部分细胞； 胚胎生殖细胞 脐带血干细胞 成体干细胞

12 如何获得人的胚胎干细胞？ 胚胎 这就是让无数科学家为之疯狂的胚胎干细胞！ 显微镜下观察 1998年 James Thomson 发明

13 胚胎干细胞的特点 囊胚 特点1：可以无限自我复制 胚胎干细胞 七十二变 特点2：可以变成人体的 任何其它细胞 神经元 血细胞 肝脏细胞

14 胚胎干细胞的用途 研究发育 的机制 药物筛选/毒性测试 胚胎干细胞 肝脏 细胞 治疗心脏相 治疗帕金森病等 关疾病 治疗肝脏相关疾病
心肌细胞 神经元 肝脏 细胞 胰岛 细胞 治疗心脏相 关疾病 治疗帕金森病等 治疗肝脏相关疾病 治疗糖尿病

15 正在开展的胚胎干细胞临床试验 美国FDA批准Geron： 美国FDA批准Advanced Cell Technology：
运动神经元 治疗瘫痪病人 美国FDA批准Advanced Cell Technology： 胚胎干细胞 视网膜细胞 治疗视力障碍病人 法国批准George  Pompidou医院： 胚胎干细胞 心肌细胞 治疗心脏病

16 为何有争议？ VS Stupid policy! Absolutely NO! 小布什为干细胞研究颁布禁令 奥巴马为干细胞研究解禁
布什反对的原因：破坏胚胎，违法伦理；human dignity and our moral values；"compel American taxpayers 奥巴马支持的原因：potential to help victims of debilitating illnesses and catastrophic injuries "When government fails to make these investments, opportunities are missed," he said. 小布什为干细胞研究颁布禁令 奥巴马为干细胞研究解禁 理由：破坏胚胎(生命) 践踏人类尊严和道德价值 理由：帮助攻克众多疾病 是重大机遇

17 限制条件 破坏胚胎和 卵细胞来源有限 成为限制条件 有其它办法吗？

18 多利羊和克隆 单细胞胚胎 胚胎 干细胞 发育 成动物 1996 英国 特点：遗传物质(DNA)全部来自体细胞 用该方法，已成功克隆出：
卵细胞 皮肤细胞 除去核 把核注入无核 的卵细胞 单细胞胚胎 体内发育 胚胎 干细胞 发育 成动物 英国 特点：遗传物质(DNA)全部来自体细胞 用该方法，已成功克隆出： 小鼠，大鼠，绵羊，山羊，猫，狗，猪，牛， 兔，马，猴。。。 用于人？ 人的胚胎干细胞(治疗性克隆)？

19 胚胎干细胞的新来源 单细胞胚胎 同样：破换人胚胎，缺人卵细胞，违反伦理 X 受精卵 胚胎干细胞 胚胎干细胞 人的卵细胞 人的体细胞 除去核
把核注入无核 的卵细胞 单细胞胚胎 体内发育 胚胎干细胞 同样：破换人胚胎，缺人卵细胞，违反伦理 X 受精卵 人的卵细胞 人的精子 胚胎干细胞 体内发育

20 胚胎干细胞的新来源 单细胞胚胎 同样：破换人胚胎，缺人卵细胞，违反伦理 X 单细胞胚胎 人兽混合胚胎 胚胎干细胞 胚胎干细胞 人的卵细胞
人的体细胞 除去核 把核注入无核 的卵细胞 单细胞胚胎 体内发育 胚胎干细胞 同样：破换人胚胎，缺人卵细胞，违反伦理 X 动物的卵细胞 人的体细胞 除去核 把核注入无核 的卵细胞 单细胞胚胎 体内发育 胚胎干细胞 人兽混合胚胎

21 人兽混合胚胎 新闻回顾 英国议会下院通过允许合成人兽混合胚胎法案 图为投票现场 英国首相戈登·布朗亲临现场投票
20 May 2008 英国公共卫生大臣普莉玛洛罗呼吁说： “（英国）每7对夫妇当中就有1对需要获得不孕不育方面的治疗， 有35万阿尔茨海默症（老年痴呆症）患者， 每周分别有5名新生儿患上、3名年轻人死于囊肿性纤维化 ——— 这些人都能从新法案中获益。”

22 人兽混合胚胎研究进展 2003，中国科学家盛慧珍首次发表相关科学论文 得到人兔混合胚胎

23 盛慧珍得到的人兔混合胚胎 发育中的人兔混合胚胎 从人兔混合胚胎 得到的胚胎干细胞 该方面的研究工作 后来被迫中断

24 其它人兽混合胚胎 2003 美国 扎沃斯 人牛混合胚胎 2004 美国 杰弗里·普拉特 人猪混合胚胎
2003 美国 扎沃斯 人牛混合胚胎 2004 美国 杰弗里·普拉特 人猪混合胚胎 2004 美国 伊斯梅尔·赞贾尼 人/绵羊混合胚胎 2005 中国 黄淑帧和曾凡一 人/山羊混合胚胎(发表) 2008 英国 特拉维夫 人/牛混合胚胎 。。。。。。

25 伦理危机 半兽人？ 新物种？ 德国等国家严厉禁止人兽混合胚胎研究； 英国等允许的国家制定严格的规范，如发育超过14天的胚胎必须销毁；

26 人兽混合胚胎研究的没落 伦理阻力： 担心出现新物种、转基因婴儿等； Robert Lanza发表文章表明存在的问题 新技术(iPSC)的出现
“存在基因缺陷……很难成功……可能无医学价值……” 新技术(iPSC)的出现

27 iPS细胞 诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells)；iPS cells；
2006 日本 Yamanaka S 发明 iPS细胞与胚胎干细胞极其类似； 在众多方面可取代胚胎干细胞；

28 如何获取iPS细胞？ 导入四种基因 筛选, 扩增 皮肤细胞 培养 iPS细胞 发明鼠的iPS细胞 2007 发明人的iPS细胞

29 iPS细胞与胚胎干细胞相似 胚胎干细胞 iPS细胞 特点1：可以无限自我复制 特点2：可以变成人体的 任何其它细胞

30 iPS细胞与胚胎干细胞相似的严格证明 对鼠的iPS进行实验验证 2009 中科院动物所周琪证明： iPS细胞和胚胎干细胞相似

31 iPS细胞与胚胎干细胞相似的严格证明 鼠iPS细胞和胚胎干细胞一样可以得到活体小鼠 方法：四倍体补偿 胚胎 干细胞 注入胚 胎干细胞

32 周琪的这项工作 证明iPS细胞和胚胎干细胞相似 证明iPS具有胚胎干细胞的功能 被《时代》周刊评为2009年十大科技进展之五
被十一五总结-科技篇突出报道

33 iPS细胞 VS 胚胎干细胞 获取 iPS细胞： 来源广泛 特性、 功能 一样 需要卵细胞 获取胚胎 干细胞： 破坏胚胎 伦理争议

34 免疫排斥 美国FDA批准Geron： 使用iPS技术 免疫排斥：受者对供者 组织器官产生的排斥反应 iPS细胞 个性化治疗方案 无免疫排斥
胚胎干细胞 运动神经元 治疗瘫痪病人 免疫排斥：受者对供者 组织器官产生的排斥反应 使用iPS技术 iPS细胞 个性化治疗方案 无免疫排斥 运动神经元

35 iPS细胞应用实例 2008 Rudolf Jaenisch 发表于《美国科学院院刊》 iPS细胞治疗小鼠帕金森病
帕金森症是一种慢性的神经退行性疾病，患者会出现肌肉僵硬、姿势颤动和行动迟缓等症状，目前治疗主要依赖多巴胺替代疗法。临床上，移植胎儿的中脑组织可以 作为一种多巴胺细胞的替代疗法。然而，有限的胎儿中脑组织来源极大地限制了这种疗法的临床应用。于是，科学家把目光投向了干细胞来源的多巴胺神经元。

36 iPS细胞应用实例 2008 Rudolf Jaenisch 发表于《美国科学院院刊》 iPS细胞治疗小鼠帕金森病 正常鼠 iPS细胞
患帕金森 病的鼠 注入体内 缓解病症 多种有功能的神经细胞

37 iPS细胞应用实例 2008 Rudolf Jaenisch 发表于《美国科学院院刊》 iPS细胞治疗小鼠帕金森病 治疗后的状况：
得到由功能的神经细胞； 能改善患病小鼠的行为

38 iPS细胞作为疾病模型 健康细胞 健康的iPS细胞 修正 缺陷 治疗 治疗 有缺陷的iPS细胞 有缺陷的细胞 研究疾病

39 iPS细胞可用作研究疾病 一种遗传性心脏病 有基因错误的皮肤细胞 健康的皮肤细胞 健康的iPS细胞 有基因错误的iPS细胞 正常人 病人
October 7, 2010 一种遗传性心脏病 有基因错误的皮肤细胞 健康的皮肤细胞 健康的iPS细胞 有基因错误的iPS细胞 正常人 病人 (所有细胞均有基因错误) 健康的心脏细胞 有基因错误 的心脏细胞 比 较 研 究

40 iPS细胞作为疾病研究模型 Nishikawa et al., Nature Reviews 9 (2008):

41 iPS细胞 VS 胚胎干细胞 iPS细胞的优势： 不用破坏胚胎 不需卵细胞 无伦理争议 来源不受限制: 无论男女老少… 无免疫排斥
来源不受限制: 无论男女老少… 无免疫排斥 可作为研究疾病的模型

42 iPSC细胞的用途 研究发育 的机制 疾病模型 药物筛选/毒性测试 例如：长QT 综合症 iPSC 肝脏 细胞 治疗心脏相 治疗帕金森病等
心肌细胞 神经元 肝脏 细胞 胰岛 细胞 治疗心脏相 关疾病 治疗帕金森病等 治疗肝脏相关疾病 治疗糖尿病

43 iPS细胞的安全性 ① ② ①感染病毒， 基因插入等 可能带来安全隐患 解决办法：更安全 的方法，如用蛋白 质制备iPSC ②细胞不纯等原因
导入四种基因 筛选, 扩增 皮肤细胞 培养 iPS细胞 ② ②细胞不纯等原因 可能导致肿瘤 解决办法：高度纯化细胞 功能性细胞

44 iPS细胞受到科学家和民众高度重视 评出的年度十大科技进展中 iPS细胞相关研究：2007 第二 2008 第一 2010 第九
2008 第一 2010 第九 《科学》杂志 评出的年度十大医学突破中 iPS细胞相关研究： 第一 2009 第五 2010 第十 《时代》周刊

45 干细胞产业 胚胎干细胞和iPS细胞产品目前尚处于实验室或临床试验阶段；前景很好；
进行这方面临床实验的公司备受关注：如Advanced cell technology, Gernon等 目前市场上仅成体干细胞产品 成体干细胞只能分化为特异组织细胞，这个因素限制了其临床应用

46 干细胞产业 造血干细胞也是目前为止研究最为透彻、临床应用最为广泛的干细胞疗 法
Osiris公司来自骨髓的成体干细胞（Osteocel），StemCyte公司来自脐带血的成体干细胞，都已在临床得到应用 今年5月，美 国FDA以孤儿药方式核准Osiris公司的Prochymal(间充质干细胞)用于I型糖尿病的治疗 Prochymal在2008年还拿到美国国防部2.2亿美元的合同，这是目前干细胞产业最昂贵的订单。

47 谢谢大家！ 讨论时间。。。