動(dòng)物的再生、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)

1、動(dòng)物的再生初探 Animal’s Regeneration,生科0701 小組成員：張生哲（組長(zhǎng)） 段柳劍 鄢 純 朱徐鼎 張 濤,內(nèi)容提要,1.再生的概念2.自然界動(dòng)物的再生現(xiàn)象3.人的再生4.干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的概

2、念及應(yīng)用5.再生的研究進(jìn)展6.再生研究的展望,再生(Regeneration),生物界普遍存在再生現(xiàn)象.廣義的再生包括分子水平,細(xì)胞水平,組織與器官水平及整體水平的再生.一般再生是指生物體缺失部分的重建過程.一般來說,植物比動(dòng)物再生能力強(qiáng),低等動(dòng)物比高等動(dòng)物再生能力強(qiáng).,自然界動(dòng)物的再生現(xiàn)象,蚯蚓 蚯蚓被斬為兩段后可變成兩條蚯蚓,螃蟹,螃蟹的足能重新長(zhǎng)出來，這屬于修復(fù)性再生 .,章魚,章魚的再生能力很強(qiáng)。每當(dāng)章魚遇到敵害

3、時(shí)，有時(shí)它的觸腕被對(duì)方牢牢地抓住了，這時(shí)候它就會(huì)自動(dòng)拋掉觸腕，自己往后退一步,讓斷觸腕的蠕動(dòng)來迷惑敵害，趁機(jī)趕快溜走。每當(dāng)觸腕斷后，傷口處的血管就會(huì)極力地收縮，使傷口迅速愈合，所以傷口是不會(huì)流血的，第二天就能長(zhǎng)好，不久又長(zhǎng)出新的觸腕。,一到冬天，章魚就潛入海底，為了生存，它開始吃自己的腳爪。直到把八只腳爪都吃完為止，然后就閉眼不動(dòng)了，等到第二年春天，它又長(zhǎng)出八條新的腳爪。,海參,海參在遇到危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)拋出內(nèi)臟給那些“敵人”，自己趁機(jī)逃命，

4、而過一段時(shí)間海參體內(nèi)就又能長(zhǎng)出完整的內(nèi)臟來。,海星,海星的絕招是它分身有術(shù)。若把海星撕成幾塊拋入海中，每一碎塊會(huì)很快重新長(zhǎng)出失去的部分，從而長(zhǎng)成幾個(gè)完整的新海星來,蠑螈,通過誘導(dǎo)可使蠑螈前肢的斷面上再生新“手”,,鹿,在動(dòng)物世界中，鹿是唯一能再生完整的身體零部件的哺乳動(dòng)物。鹿角每年都會(huì)脫落，隨后又生出新的。,當(dāng)鹿角長(zhǎng)到最大尺寸后，骨頭開始變硬，像天鵝絨一樣柔軟的鹿茸開始脫落。一旦鹿茸掉光，就剩下赤裸的骨頭，就可成為角斗中的強(qiáng)大武器。在

5、交配期結(jié)束時(shí)，鹿角脫落以保存能量，等到春天來臨，在其頭頂上就能長(zhǎng)出一對(duì)新的隆起的組織骨結(jié)節(jié)。 　干細(xì)胞作為鹿身體的重要細(xì)胞在鹿角的再生中發(fā)揮了重要作用,火蜥蜴,火蜥蜴是唯一能在其整個(gè)生命過程中任意無限次地再生它的斷肢的脊椎動(dòng)物,火蜥蜴的再生,斷損處的傷口會(huì)快速愈合，緊接著，截?cái)嗵帟?huì)產(chǎn)生大量細(xì)胞“涌向”傷口。接下來，這些細(xì)胞會(huì)回復(fù)到胚胎狀態(tài)進(jìn)行重新分化,,,,,,,火蜥蜴斷肢的再生,,在“截肢”數(shù)小時(shí)之內(nèi)，火蜥蜴的表皮細(xì)胞會(huì)來回穿梭于斷

6、面，以封住傷口，最終形成傷口表皮，也就是我們俗稱的“結(jié)痂”過程。,,接下來表皮細(xì)胞會(huì)共同形成一個(gè)冠狀突起，從這里會(huì)發(fā)出引導(dǎo)其他細(xì)胞行為的信號(hào)。隨后纖維原細(xì)胞和肌細(xì)胞就開始向斷肢處遷移。,,遷移到傷口處的細(xì)胞回復(fù)到低分化的原始胚胎細(xì)胞狀態(tài)，并開始分化成生長(zhǎng)新肢所需要的芽體，這被稱為胚基。,,隨著胚基的不斷生長(zhǎng)，它逐漸有了新肢的輪廓，其中就包括小的指尖，今后會(huì)形成腳趾。胚原細(xì)胞通過增生擴(kuò)散和不斷分化逐漸形成了骨骼、肌肉、纖維原細(xì)胞等等新的組

7、織 。隨著內(nèi)部解剖學(xué)意義上和外部輪廓結(jié)構(gòu)上的不斷成熟，新肢體終于長(zhǎng)成，從而彌補(bǔ)了缺失的那部分前肢和趾。,,其實(shí)，進(jìn)行截肢手術(shù)的人,在初期的反應(yīng)和蜥蜴是一樣的的但是后來是人體的組織在傷口位置形成了疤痕，而蜥蜴的身體反應(yīng)卻是開始再生，由一個(gè)初期的新肢胚胎長(zhǎng)出一個(gè)新的肢體。,我們?nèi)祟惸?其實(shí)，人類的一些器官和組織也具備某種程度的再生能力。 但是 ,我們大多數(shù)的組織或器官，幾乎沒有任何再生的能力。,人的身體中再生能力最強(qiáng)的器官是肝臟，但是也沒

8、有辦法在絕大部分硬化壞死或完全摘除后，無中生有地再生出新的肝臟來。人的皮膚受傷后雖然也會(huì)愈合，但如果傷得太嚴(yán)重，就難免會(huì)長(zhǎng)成難看的疤。,How to 再生?,人體大多數(shù)組織是可以完成“獨(dú)立再生”的，這說明人類能完成局部再生是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。一些研究人認(rèn)為，人體內(nèi)有足夠的干細(xì)胞，完全可以依靠自己使組織再生。他們認(rèn)為，所需要的只是能激發(fā)再生功能的合適的分子。也有科學(xué)家認(rèn)為,再生是由基因控制的,如果我們能找到控制肢體再生信息的基因并設(shè)法

9、開啟它,那么再生就不會(huì)遙遠(yuǎn),How to 再生?,細(xì)胞水平:要想使整個(gè)斷肢再生，目前就是需要改變向傷口處的細(xì)胞發(fā)出的信號(hào)，目的是讓它們?cè)冗M(jìn)行的“愈傷行為”停止，同時(shí)誘導(dǎo)并調(diào)控干細(xì)胞增殖分化,從而激活我們體內(nèi)的“斷肢再造”功能?；蛩?找到人體內(nèi)控制再生信息的基因密碼和引發(fā)再生的基因信號(hào)，從而開啟人體的肢體再生功能,《再生醫(yī)學(xué)》 2004年1月，世界上第一本《燒傷再生醫(yī)學(xué)》專著，由世界最著名的醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、生命科學(xué)領(lǐng)域的瑞士ＫＡ

10、ＲＧＥＲ出版社正式出版 。這標(biāo)志著再生醫(yī)學(xué)已作為一個(gè)獨(dú)立于中醫(yī)、西醫(yī)的新興醫(yī)學(xué)學(xué)科誕生了！,再生醫(yī)學(xué)的概念,再生醫(yī)學(xué)是通過研究機(jī)體的正常組織特征與功能、創(chuàng)傷修復(fù)與再生機(jī)制及干細(xì)胞分化機(jī)理，尋找有效的生物治療方法，促進(jìn)機(jī)體自我修復(fù)與再生，或構(gòu)建新的組織與器官，以改善或恢復(fù)損傷組織和器官的功能的科學(xué)。 再生醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)是干細(xì)胞研究,再生醫(yī)學(xué)的內(nèi)容,通過克隆獲得胚胎中的全能干細(xì)胞，利用干細(xì)胞修復(fù)身體各種器官的損傷及為衰老的細(xì)胞組織補(bǔ)充新生細(xì)

11、胞和組織。通過控制這些干細(xì)胞的分化而得到人們想要的組織和器官。實(shí)現(xiàn)人的肢體再生 利用干細(xì)胞來治療白血病、帕金森氏癥、糖尿病 、 心腦血管病等疑難病癥。,再生醫(yī)學(xué)與異體器官移植,天然組織和器官移植可以說是根治性的治療疾病的方法。但是器官移植存在著術(shù)后排斥反應(yīng)、術(shù)后感染、終生服藥、費(fèi)用高昂以及作為一般醫(yī)療機(jī)構(gòu)普遍存在的供體來源困難等問題。再生醫(yī)學(xué)的基本原理是利用機(jī)體本來存在的自然愈合能力實(shí)現(xiàn)人體的原位細(xì)胞復(fù)制，再生為原位的器官組織，

12、恢復(fù)器官的功能。所以不存在上述問題。,干細(xì)胞(stem cells, SC),一類具有自我復(fù)制能力(self-renewing)的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。具有再生各種組織器官和人體的潛在功能 。尚未分化發(fā)育的,能生成各種器官組織的全能細(xì)胞 。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，ES細(xì)胞)和成體干細(xì)胞(somatic stem cell)。 根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能

13、分為三類：全能干細(xì)胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干細(xì)胞（pluripotent stem cell）和單能干細(xì)胞（unipotent stem cell）。,干細(xì)胞,,干細(xì)胞研究的地位,最近一二十年里，干細(xì)胞是國(guó)際生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿、最受關(guān)注的“明星細(xì)胞”。 1999年《Science》雜志將人類胚胎干細(xì)胞研究成果評(píng)為當(dāng)年世界十大科技進(jìn)展之首2000年《Times》周刊將其列為20世紀(jì)末世界十大科技成就

14、之首2000年,日本把以干細(xì)胞工程為核心技術(shù)的再生醫(yī)療列為千年世紀(jì)工程之一,當(dāng)年投資108億日元.,干細(xì)胞移植治療疾病原理,疾病發(fā)生的基礎(chǔ)是細(xì)胞或組織變性死亡，功能減弱或喪失。干細(xì)胞具有能夠分裂增殖和向多種細(xì)胞分化的生物學(xué)特性及能力。所以，通過干細(xì)胞移植來替代、修復(fù)患者損失的細(xì)胞，恢復(fù)細(xì)胞組織功能，達(dá)到治療疾病的目標(biāo)。,干細(xì)胞治療疾病的優(yōu)點(diǎn),1.一次性介入，永久性治療。一勞永逸2.不需要完全了解疾病發(fā)病的確切機(jī)理3.還可能應(yīng)用自

15、身干細(xì)胞移植，避免產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng),目前已經(jīng)開展的干細(xì)胞治療,1．神經(jīng)系統(tǒng)疾?。杭顾?、腦損傷；小兒腦癱，共濟(jì)失調(diào)；運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元?。荒X血管意外2．運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾?。汗晒穷^壞死；骨折恢復(fù)期；骨不連3．血液、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾?。合轮苄约膊。惶悄虿〖捌洳l(fā)癥；下肢血管病4．呼吸系統(tǒng)疾病：肺動(dòng)脈高壓5．消化系統(tǒng)疾?。焊斡不?未來干細(xì)胞之臨床應(yīng)用,以帕金森氏病 (Parkinson‘s Disease),阿爾罕默氏?。òV呆?。?(Alzheime

16、r’s Disease)等為代表的神經(jīng)退行性疾病各種血液干細(xì)胞疾病如白血病糖尿病 (Diabetes)脊髓傷害 (Spinal Cord injury)中風(fēng) (Stroke)心臟病 (Heart Disease)肝病 (Liver Disease)皮膚移殖 (Skin Transplantation)肌肉營(yíng)養(yǎng)不良癥 (Muscular Dystrophy,,,干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué),再生醫(yī)學(xué)的基本原理是利用機(jī)體本來存在的自然愈

17、合能力修復(fù)和重建器官功能的不足。組織和器官再生大致可分為體內(nèi)再生和體外再生兩大類:體內(nèi)再生是指損傷的誘導(dǎo)和促進(jìn)組織在體內(nèi)進(jìn)行自我修復(fù);體外再生是指在體外形成組織和器官，然后植人體內(nèi)相應(yīng)的部位。,,,干細(xì)胞治療有風(fēng)險(xiǎn),再生醫(yī)學(xué)的核心是干細(xì)胞細(xì)胞的誘導(dǎo)分化與調(diào)控 然而利用干細(xì)胞治療疾病也存在一定風(fēng)險(xiǎn)因?yàn)?干細(xì)胞與癌細(xì)胞只有一步之遙！,干細(xì)胞 癌細(xì)胞,干細(xì)胞自我更新,幾乎無限增殖具遷移至某些特定組織和排除有毒化學(xué)

18、因子的能力增殖嚴(yán)格受控,正常分化,癌細(xì)胞 無限增殖具轉(zhuǎn)移和抗化學(xué)毒物損傷的能力增殖失控,失去正常分化能力,,造血干細(xì)胞移植,骨髓中含有骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs），具備了神經(jīng)細(xì)胞種子的基本特點(diǎn)。BMSCs可以在適當(dāng)條件下向神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞方向分化。,骨髓基質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)：由于骨髓干細(xì)胞容易獲取并可運(yùn)用于自體移植，而且可以在體外大量擴(kuò)增并可在

19、一定條件下誘導(dǎo)成神經(jīng)細(xì)胞，因此為神經(jīng)干細(xì)胞的應(yīng)用提供了無限制來源，既克服了從腦組織獲取神經(jīng)干細(xì)胞的危險(xiǎn)性和局限性，也避免了胎兒組織移植中存在的倫理和免疫排斥問題。因此，骨髓基質(zhì)干細(xì)胞是理想的細(xì)胞替代治療或基因治療的種子細(xì)胞之一, 骨髓基質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)干細(xì)胞移植是一種極具潛力治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的策略之一。,干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展,近年來再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究主要集中于組織干細(xì)胞和組織工程學(xué)的研究，特別是骨髓來源干細(xì)胞的分化潛能為許多疾病提供了

20、細(xì)胞移植與再生修復(fù)的新的治療手段。2008年10月，在由中國(guó)科技部中國(guó)生物技術(shù)發(fā)展中心和歐盟生物技術(shù)中心共同主辦、中山一院承辦的“中國(guó)歐盟2008再生醫(yī)學(xué)論壇”上，中山大學(xué)兩項(xiàng)干細(xì)胞移植課題已列入863重大項(xiàng)目，如獲得突破，將來可修復(fù)廣大受損的人體器官、組織。,當(dāng)今世界在干細(xì)胞的研究上仍停留在干細(xì)胞的培養(yǎng)階段，尚未突破體外培養(yǎng)（造血細(xì)胞除外），更沒有實(shí)現(xiàn)體外或原位復(fù)制組織器官在基因技術(shù)探討領(lǐng)域，尚未獲得人體應(yīng)用的突破。在細(xì)胞研究領(lǐng)域

21、，也仍未獲得臨床突破,"奇跡老鼠",2005年美國(guó)威斯塔研究所的專家宣布他們培育的實(shí)驗(yàn)鼠能夠重新長(zhǎng)出包括心臟在內(nèi)的“幾乎所有肢體器官”。,再生研究進(jìn)展,他們的研究結(jié)果顯示，“奇跡老鼠”的再生能力由大約12種基因控制。而幾乎可以肯定的是，人類身上也有類似的基因。,再生研究進(jìn)展,這一發(fā)現(xiàn)讓人看到了實(shí)現(xiàn)四肢再生的希望。希伯卡茲說：“在不久的未來，人類很可能將擁有重新長(zhǎng)出受損或被切除器官的能力?！睋?jù)悉，目前很多科學(xué)家堅(jiān)持

22、認(rèn)為，人體確實(shí)存在斷肢再生能力，一旦他們找到正確的“再生基因”密碼，在未來5年之內(nèi)人類將與蠑螈一樣，在斷臂殘腿后重新?lián)碛薪∪乃闹?，而且再生時(shí)間最長(zhǎng)不超過幾個(gè)月。,2006年, 日本科學(xué)家Yamanaka在Cell上發(fā)表文章聲稱,利用病毒載體將四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子Oct4,Sox2,c-myc&klf4導(dǎo)入到小鼠的某種體細(xì)胞中,再加以篩選培養(yǎng)之后,可以得到一種他們稱之為iPS的細(xì)胞(induced pluripotent cell).

23、這種細(xì)胞具有胚胎干細(xì)胞的幾乎所有特性,能夠較好的自我更新,也能夠分化成幾乎所有的體細(xì)胞. 緊接著,這個(gè)方法被證明在人的體細(xì)胞中同樣適用. Yamanaka的這一重要發(fā)現(xiàn)給干細(xì)胞研究領(lǐng)域帶來了新的希望.,,再生研究進(jìn)展,最近一期的Science網(wǎng)絡(luò)版報(bào)道了哈佛大學(xué)的Kevin Eggan 實(shí)驗(yàn)室成功的將一位82歲高齡的肌萎縮性(脊髓) 側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis (ALS),也是一種神經(jīng)退行性疾病

24、,就是病人體內(nèi)的一些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元細(xì)胞異常的死亡導(dǎo)致其行動(dòng)能力受損)的女患者的體細(xì)胞利用Yamanaka的方法重新回復(fù)到了干細(xì)胞的狀態(tài), 然后再將這些人工得到的干細(xì)胞進(jìn)行定向分化,使之成為了具有功能的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元.,再生研究進(jìn)展,這張照片顯示的是由肌萎縮側(cè)索硬化癥患者的皮膚細(xì)胞改造成的多能干細(xì)胞分化出的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。,再生研究進(jìn)展,這是人類首次完成從病人體內(nèi)取出體細(xì)胞----去分化成干細(xì)胞-----重新誘導(dǎo)分化成另一種具有功能的體細(xì)胞,再生研究

25、進(jìn)展,當(dāng)然,Yamanaka的這個(gè)方法目前還有一些問題岌待解決. 首先用病毒載體來導(dǎo)入轉(zhuǎn)錄因子被認(rèn)為是具有潛在的危險(xiǎn)性的;其次, 在他最初提出的四個(gè)因子中有兩個(gè)因子是原癌基因, 在他后來的文章中也提到, 如果移植這樣得到的iPS細(xì)胞到體內(nèi),那么受體得癌癥的可能性會(huì)大大提高.隨著干細(xì)胞研究的深入,iPS技術(shù)以及各項(xiàng)定向誘導(dǎo)分化技術(shù)的發(fā)展, 在不遠(yuǎn)的將來,用自己的好細(xì)胞來替換掉自己的壞細(xì)胞將不再僅僅只是科學(xué)家們的夢(mèng)想.,再生研究進(jìn)展,斷指

26、再生,北京時(shí)間2008年5月20日消息，據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，最近一段時(shí)間，有關(guān)一位美國(guó)老人李·斯皮瓦克(Les Spievack)用豬膀胱制成的藥粉令斷指再生。在豬膀胱粉的幫助下――每天噴兩次，前后共4個(gè)月――他重新長(zhǎng)出右手中指指尖。,幾年前，斯皮瓦克右手中指被切斷一截，他在使用了在一種稱為“魔法粉”(pixie dust，用豬膀胱制成的藥粉)的神秘物質(zhì)之后，中指竟然恢復(fù)到原來的長(zhǎng)度，感覺也很靈敏。,斷指再生,來自這些豬膀

27、胱的細(xì)胞會(huì)被在風(fēng)干之前提取出來，然后制成粉末——撒在斯皮瓦克手指上的白色物質(zhì)，用來使手指生長(zhǎng)。據(jù)說，這種藥粉可以阻止疤痕組織形成，這樣一來，受損器官即可逐漸再生。,布什對(duì)研究寄予厚望,本月，白宮同意撥款5億多美元用于研究“魔法粉”能否幫助成千上萬在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中受傷的士兵長(zhǎng)出新的肢體、手指和腳趾 隨著高科技實(shí)驗(yàn)室及專門用于研制和生產(chǎn)“魔法粉”的設(shè)施陸續(xù)投入使用，美國(guó)總統(tǒng)布什希望相關(guān)研究能取得突破，以消除伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)美國(guó)政治造成的后遺癥。

28、,斷指再生給了我們新的希望!!!,也許,不久以后我們就可以成功誘導(dǎo)并控制干細(xì)胞的生長(zhǎng)分化,使其再生出人類的各種器官和組織也許,在不遠(yuǎn)的將來,殘疾和殘疾人將成為歷史也許,心臟病,肝癌,糖尿病,帕金森氏病等各種疑難雜病都將成為過去也許……我們期待著!,人工器官的時(shí)代已經(jīng)過去，未來屬于再生醫(yī)學(xué)!,今后人體器官可以在實(shí)驗(yàn)室按需要生產(chǎn)，血細(xì)胞、腦細(xì)胞、骨骼、心肌細(xì)胞、肝臟的更換都不成問題.人們可任意訂做自己的人體零部件來更換衰老或病變的組

29、織或器官以達(dá)到防治疾病、延緩衰老的目的。,如果我們及時(shí)地的將某些壞死的細(xì)胞，及時(shí)的在原位再生補(bǔ)充，人類生命就不會(huì)提前衰老和提前死亡，人類生命的各個(gè)階段就會(huì)健康延長(zhǎng) 在不久的將來，再生醫(yī)學(xué)就一定能創(chuàng)造出更多的偉大奇跡,肢體再生和器官移植已不再遙遠(yuǎn),小結(jié),動(dòng)物（火蜥蜴）的再生機(jī)理及研究人的再生(細(xì)胞、組織、器官水平及肢體再生）探究肢體再生的最新研究干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)及其研究進(jìn)展再生研究展望,干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)是21世紀(jì)生命科學(xué)的前沿和