干細(xì)胞技術(shù)與疾病治療

1、干細(xì)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(jì)90年代美國科學(xué)家成功培養(yǎng)了人胚胎干細(xì)胞后，干細(xì)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(xué)的熱點(diǎn)。對(duì)發(fā)育生物學(xué)及其相關(guān)學(xué)科將起突破性的推動(dòng)作用，同時(shí)這一領(lǐng)域所具有的的重大科學(xué)意義和醫(yī)學(xué)及其商業(yè)價(jià)值必將是各國重點(diǎn)支持和開發(fā)的領(lǐng)域。2003年，在干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究、胚胎干細(xì)胞和成人干細(xì)胞醫(yī)療研究中都取得了重大的進(jìn)展，這些進(jìn)展既

2、給人類戰(zhàn)勝疾病帶來了希望，激勵(lì)了醫(yī)學(xué)研究，卻也增強(qiáng)了不同觀念和政策的爭論。,一、背景介紹,美國生物倫理指導(dǎo)委員會(huì)專門研究人胚胎可能帶來的科學(xué)、倫理、立法等方面的影響，對(duì)此作出廣泛而深入的評(píng)論，并提出相關(guān)的人胚胎干細(xì)胞研究的指導(dǎo)原則。,一、背景介紹,干細(xì)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(duì)克隆動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)、發(fā)育生物學(xué)、新藥物的開發(fā)與藥效、毒性評(píng)估等領(lǐng)域也將產(chǎn)生極其重要的影響。干細(xì)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(xué)中最為引人注目的領(lǐng)域，被醫(yī)學(xué)界認(rèn)為是人類生命科學(xué)研究的里程碑，預(yù)示著生命科學(xué)研究將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)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(xì)胞及其相關(guān)概念2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念,1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念,干細(xì)胞是一類具有自我更新能力的多潛能細(xì)胞，即干細(xì)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(hào)，它可以分化成多種功能細(xì)胞或組織器官，醫(yī)學(xué)界稱其為“萬用細(xì)胞”，也有人

4、通俗而形象得稱其為“干什么都行的細(xì)胞”。干細(xì)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(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞的分化和增殖構(gòu)成動(dòng)物發(fā)育的基礎(chǔ)，而成體干細(xì)胞的進(jìn)一步分化則是成年動(dòng)物組織和器官修復(fù)再生的基礎(chǔ)。按干細(xì)胞分化的潛能將干細(xì)胞分為全能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。,1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念,A、胚胎干細(xì)胞 當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞，胚胎干細(xì)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(xì)胞具有如下特性：①胚胎干細(xì)胞可通過單細(xì)胞克隆建立有相同遺傳特性的胚胎干細(xì)胞系，建立的胚胎干細(xì)胞系有與親代細(xì)胞相同的特征。②胚胎干細(xì)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(xì)胞缺乏細(xì)胞周期中G1期的限制點(diǎn)，胚胎干細(xì)胞大部分時(shí)間都處于細(xì)胞周期的S期，在此期進(jìn)行DNA合成。④胚胎干細(xì)胞表達(dá)三種特異性標(biāo)志分子：細(xì)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(xì)胞及其相關(guān)概念,⑤雌性哺乳動(dòng)物

6、來源的胚胎干細(xì)胞內(nèi)，不存在X染色體失活現(xiàn)象。⑥胚胎干細(xì)胞端粒酶活性呈陽性，具有維持端粒長度，保持干細(xì)胞增值能力的重要作用。⑦胚胎干細(xì)胞裸鼠皮下或腎包囊接種，可形成畸胎瘤。,1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念,B、成體干細(xì)胞 成體干細(xì)胞存在于全部三個(gè)胚層發(fā)育而來的組織中，它具有兩個(gè)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(xì)胞的潛能和分裂產(chǎn)生組細(xì)胞的能力。成體干細(xì)胞的增值能力也有較大的限制；多數(shù)成體干細(xì)胞數(shù)量較少

7、，缺乏特異性的表面標(biāo)志，難以識(shí)別、分離和純化。 成體干細(xì)胞中研究最廣泛和深入的細(xì)胞是源于骨髓和血液的干細(xì)胞，包括造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞兩類主要的干細(xì)胞。造血干細(xì)胞是從血液或骨髓中分離的具有自我復(fù)制能力的干細(xì)胞，它能從骨髓中動(dòng)員進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，能,1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念,經(jīng)歷程序性死亡，即細(xì)胞凋亡。造血干細(xì)胞可利用其物理特性和細(xì)胞表面特征富集。造血干細(xì)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(xì)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(xì)胞的恢復(fù)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(xì)胞，其具有干細(xì)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(xì)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(xì)胞進(jìn)行組織工程學(xué)研究有如下特點(diǎn)：①取材方便且對(duì)機(jī)體無害。間充質(zhì)干細(xì)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(dǎo)而來,1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念,的組織移植時(shí)不存在組織配型及免疫排斥問題。③由間充質(zhì)干細(xì)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(jià)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(xì)胞及其相關(guān)概念,神經(jīng)干細(xì)胞也是成體干細(xì)胞之一，神經(jīng)干細(xì)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(chǔ)備，參與神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)和細(xì)胞正常死亡的更新。,2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念,干細(xì)胞技術(shù)，又稱為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)，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(xì)胞、組織或器官，并最終通過細(xì)胞、組織或器官的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xué)方法尚不能治愈的疾病。從理論上說，應(yīng)用干細(xì)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(diǎn)：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(jī)理。③可應(yīng)用自身干細(xì)胞移植，避免產(chǎn)生器官移植的免疫排斥反應(yīng)。,2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念,利用干細(xì)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(fù)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(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病；⑦脊髓炎后遺癥期和康復(fù)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(xì)胞的基因治療2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用4.干細(xì)胞技術(shù)在心血管疾病治療中的臨床應(yīng)用,1.造血干細(xì)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(xì)胞的內(nèi)在缺陷有關(guān)，隨著造血干細(xì)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(xì)胞的基因治療已成為目前研究的熱點(diǎn)。,1.造血干細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞基因治療的基本思路是動(dòng)員分離出患者的造血干細(xì)胞，體外轉(zhuǎn)染目的基因，再做自體干細(xì)胞移植。目前這項(xiàng)新方法的研究及應(yīng)用主要集中在下述三個(gè)方面：①替代先天性

14、的由于造血干細(xì)胞中基因缺失或損壞而致的疾??；②抗腫瘤化療中向正常造血干細(xì)胞導(dǎo)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(xì)胞內(nèi)疫苗手段，如向造血干細(xì)胞或T細(xì)胞前體轉(zhuǎn)染抗病毒基因以抵抗HIV感染。,1.造血干細(xì)胞的基因治療,A、造血干細(xì)胞的選擇 已有多種細(xì)胞表面標(biāo)志用來鑒別造血干細(xì)胞，最常用于鑒別骨髓中具有高增殖能力造血干細(xì)胞的細(xì)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(xì)胞，可使狒狒的造血系統(tǒng)獲得重建，表明CD34+細(xì)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(xì)胞。從理論上說，分離、濃集的CD34+細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞共同孵育可提高逆轉(zhuǎn)率病毒載體轉(zhuǎn)染人干細(xì)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(gè)分子，它同時(shí)連接載體顆粒及干細(xì)胞，進(jìn)一步提供生長促進(jìn)因子從而提高轉(zhuǎn)染效率。 有人將細(xì)胞因子多肽序列整合進(jìn)包被蛋白分子中，如將IL-2整合進(jìn)嵌合體包被蛋白中對(duì)于轉(zhuǎn)染IL-2依賴性細(xì)胞有較高的效率。,1.造血干細(xì)胞的基

17、因治療,D、限制造血干細(xì)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(jìn)步，造血干細(xì)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(xì)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(dá)或不能長期表達(dá)；④缺乏有效的手段選擇轉(zhuǎn)染成功的造血干細(xì)胞。,1.造血干細(xì)胞的基因治療,E、展望 造血干細(xì)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(xì)胞移植與基因技術(shù)的發(fā)展與完善，隨著人們對(duì)基因本身的認(rèn)識(shí)，對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行基因治療將可能從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)一批疾病的治愈。,2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病,進(jìn)十余年來，造血干細(xì)胞移植技術(shù)（HSCT）治療難治性自身免疫性疾病（ADs），業(yè)已取得了可喜的成績。國內(nèi)外學(xué)者把病情進(jìn)展快，造成明顯殘疾或死亡的Ads，歸為“嚴(yán)重自身免疫病”（SADs），其預(yù)期生期為5-10年；近年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自身造血干細(xì)胞移植的治療

19、相關(guān)病死率為1%-5%；對(duì)SADs患者，在發(fā)展到不可逆臟器損傷前，進(jìn)行積極的治療是合理的，必要的。,2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病,A、機(jī)制 Ads發(fā)病機(jī)制的確切機(jī)理仍不清楚，機(jī)體對(duì)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(qiáng)烈的免疫抑制治療徹底摧毀機(jī)體異常的免疫系統(tǒng)，然后輸入正常的造血干細(xì)胞以重建正常的免疫系統(tǒng)，從而

20、達(dá)到治療或者緩解Ads的目的；移植前強(qiáng)烈預(yù)處理將已經(jīng)存在于組織器官中的免疫病理細(xì)胞清除，從而終止靶器官的再損傷。,2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病,B、適應(yīng)癥 對(duì)常規(guī)治療失敗、威脅生命和器官功能的嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)、類風(fēng)濕疾病、血液系統(tǒng)的Ads患者宜實(shí)行HSCT，不主張對(duì)臟器已有不可逆損失的患者實(shí)施HSCT。,2.造血干細(xì)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(dá)到根治Ads的目的，自身外周血干細(xì)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(duì)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(xì)節(jié)是必要的。有關(guān)HSCT治療和Ads遠(yuǎn)期療效仍需進(jìn)一步研究。,3.干細(xì)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(rèn)為成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞不具備更新能力，一旦死亡即不能再生，這種觀點(diǎn)使人們對(duì)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(duì)以上疾病的治療取得了一定的進(jìn)展，但是扔不能達(dá)到滿意的效果。幾年來干細(xì)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(xì)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(xì)胞植入患有帕金森?。≒D）的患者或者動(dòng)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞，使內(nèi)源性干細(xì)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(xì)胞直接移植到腦受損的部位，進(jìn)一步發(fā)揮治療作用。同樣，很多研究已經(jīng)證實(shí)了干細(xì)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(xì)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(yàn)后大鼠因缺血所致的神經(jīng)功能缺陷有所好轉(zhuǎn)。,3.干細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞時(shí)必須考慮對(duì)患者是否安全，目前干細(xì)胞移植的安全性還沒