動物的再生、干細胞與再生醫(yī)學

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

2、念及應用5.再生的研究進展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,植物比動物再生能力強,低等動物比高等動物再生能力強.,自然界動物的再生現(xiàn)象,蚯蚓 蚯蚓被斬為兩段后可變成兩條蚯蚓,螃蟹,螃蟹的足能重新長出來，這屬于修復性再生 .,章魚,章魚的再生能力很強。每當章魚遇到敵害

3、時，有時它的觸腕被對方牢牢地抓住了，這時候它就會自動拋掉觸腕，自己往后退一步,讓斷觸腕的蠕動來迷惑敵害，趁機趕快溜走。每當觸腕斷后，傷口處的血管就會極力地收縮，使傷口迅速愈合，所以傷口是不會流血的，第二天就能長好，不久又長出新的觸腕。,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，然后就閉眼不動了，等到第二年春天，它又長出八條新的腳爪。,海參,海參在遇到危險時，會拋出內(nèi)臟給那些“敵人”，自己趁機逃命，

4、而過一段時間海參體內(nèi)就又能長出完整的內(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，每一碎塊會很快重新長出失去的部分，從而長成幾個完整的新海星來,蠑螈,通過誘導可使蠑螈前肢的斷面上再生新“手”,,鹿,在動物世界中，鹿是唯一能再生完整的身體零部件的哺乳動物。鹿角每年都會脫落，隨后又生出新的。,當鹿角長到最大尺寸后，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大武器。在

5、交配期結(jié)束時，鹿角脫落以保存能量，等到春天來臨，在其頭頂上就能長出一對新的隆起的組織骨結(jié)節(jié)。 　干細胞作為鹿身體的重要細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生命過程中任意無限次地再生它的斷肢的脊椎動物,火蜥蜴的再生,斷損處的傷口會快速愈合，緊接著，截斷處會產(chǎn)生大量細胞“涌向”傷口。接下來，這些細胞會回復到胚胎狀態(tài)進行重新分化,,,,,,,火蜥蜴斷肢的再生,,在“截肢”數(shù)小時之內(nèi)，火蜥蜴的表皮細胞會來回穿梭于斷

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。,,接下來表皮細胞會共同形成一個冠狀突起，從這里會發(fā)出引導其他細胞行為的信號。隨后纖維原細胞和肌細胞就開始向斷肢處遷移。,,遷移到傷口處的細胞回復到低分化的原始胚胎細胞狀態(tài)，并開始分化成生長新肢所需要的芽體，這被稱為胚基。,,隨著胚基的不斷生長，它逐漸有了新肢的輪廓，其中就包括小的指尖，今后會形成腳趾。胚原細胞通過增生擴散和不斷分化逐漸形成了骨骼、肌肉、纖維原細胞等等新的組

7、織 。隨著內(nèi)部解剖學意義上和外部輪廓結(jié)構(gòu)上的不斷成熟，新肢體終于長成，從而彌補了缺失的那部分前肢和趾。,,其實，進行截肢手術(shù)的人,在初期的反應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，而蜥蜴的身體反應卻是開始再生，由一個初期的新肢胚胎長出一個新的肢體。,我們?nèi)祟惸?其實，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愈合，但如果傷得太嚴重，就難免會長成難看的疤。,How to 再生?,人體大多數(shù)組織是可以完成“獨立再生”的，這說明人類能完成局部再生是一個很現(xiàn)實的目標。一些研究人認為，人體內(nèi)有足夠的干細胞，完全可以依靠自己使組織再生。他們認為，所需要的只是能激發(fā)再生功能的合適的分子。也有科學家認為,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法

9、開啟它,那么再生就不會遙遠,How to 再生?,細胞水平:要想使整個斷肢再生，目前就是需要改變向傷口處的細胞發(fā)出的信號，目的是讓它們原先進行的“愈傷行為”停止，同時誘導并調(diào)控干細胞增殖分化,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，從而開啟人體的肢體再生功能,《再生醫(yī)學》 2004年1月，世界上第一本《燒傷再生醫(yī)學》專著，由世界最著名的醫(yī)學、生物學、生命科學領(lǐng)域的瑞士ＫＡ

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

11、胞和組織。通過控制這些干細胞的分化而得到人們想要的組織和器官。實現(xiàn)人的肢體再生 利用干細胞來治療白血病、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、術(shù)后感染、終生服藥、費用高昂以及作為一般醫(yī)療機構(gòu)普遍存在的供體來源困難等問題。再生醫(yī)學的基本原理是利用機體本來存在的自然愈合能力實現(xiàn)人體的原位細胞復制，再生為原位的器官組織，

12、恢復器官的功能。所以不存在上述問題。,干細胞(stem cells, SC),一類具有自我復制能力(self-renewing)的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。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胞 。根據(jù)干細胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細胞(embryonic stem cell，ES細胞)和成體干細胞(somatic stem cell)。 根據(jù)干細胞的發(fā)育潛能

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

14、之首2000年,日本把以干細胞工程為核心技術(shù)的再生醫(yī)療列為千年世紀工程之一,當年投資108億日元.,干細胞移植治療疾病原理,疾病發(fā)生的基礎(chǔ)是細胞或組織變性死亡，功能減弱或喪失。干細胞具有能夠分裂增殖和向多種細胞分化的生物學特性及能力。所以，通過干細胞移植來替代、修復患者損失的細胞，恢復細胞組織功能，達到治療疾病的目標。,干細胞治療疾病的優(yōu)點,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)病的確切機理3.還可能應用自

15、身干細胞移植，避免產(chǎn)生免疫排斥反應,目前已經(jīng)開展的干細胞治療,1．神經(jīng)系統(tǒng)疾?。杭顾?、腦損傷；小兒腦癱，共濟失調(diào)；運動神經(jīng)元?。荒X血管意外2．運動系統(tǒng)疾?。汗晒穷^壞死；骨折恢復期；骨不連3．血液、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾?。合轮苄约膊?；糖尿病及其并發(fā)癥；下肢血管病4．呼吸系統(tǒng)疾?。悍蝿用}高壓5．消化系統(tǒng)疾?。焊斡不?未來干細胞之臨床應用,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胞疾病如白血病糖尿病 (Diabetes)脊髓傷害 (Spinal Cord injury)中風 (Stroke)心臟病 (Heart Disease)肝病 (Liver Disease)皮膚移殖 (Skin Transplantation)肌肉營養(yǎng)不良癥 (Muscular Dystrophy,,,干細胞與再生醫(yī)學,再生醫(yī)學的基本原理是利用機體本來存在的自然愈

17、合能力修復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和促進組織在體內(nèi)進行自我修復;體外再生是指在體外形成組織和器官，然后植人體內(nèi)相應的部位。,,,干細胞治療有風險,再生醫(yī)學的核心是干細胞細胞的誘導分化與調(diào)控 然而利用干細胞治療疾病也存在一定風險因為,干細胞與癌細胞只有一步之遙！,干細胞 癌細胞,干細胞自我更新,幾乎無限增殖具遷移至某些特定組織和排除有毒化學

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

19、一定條件下誘導成神經(jīng)細胞，因此為神經(jīng)干細胞的應用提供了無限制來源，既克服了從腦組織獲取神經(jīng)干細胞的危險性和局限性，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)干細胞是理想的細胞替代治療或基因治療的種子細胞之一, 骨髓基質(zhì)細胞源神經(jīng)干細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。,干細胞與再生醫(yī)學的研究進展,近年來再生醫(yī)學領(lǐng)域的研究主要集中于組織干細胞和組織工程學的研究，特別是骨髓來源干細胞的分化潛能為許多疾病提供了

20、細胞移植與再生修復的新的治療手段。2008年10月，在由中國科技部中國生物技術(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“中國歐盟2008再生醫(yī)學論壇”上，中山大學兩項干細胞移植課題已列入863重大項目，如獲得突破，將來可修復廣大受損的人體器官、組織。,當今世界在干細胞的研究上仍停留在干細胞的培養(yǎng)階段，尚未突破體外培養(yǎng)（造血細胞除外），更沒有實現(xiàn)體外或原位復制組織器官在基因技術(shù)探討領(lǐng)域，尚未獲得人體應用的突破。在細胞研究領(lǐng)域

21、，也仍未獲得臨床突破,"奇跡老鼠",2005年美國威斯塔研究所的專家宣布他們培育的實驗鼠能夠重新長出包括心臟在內(nèi)的“幾乎所有肢體器官”。,再生研究進展,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。,再生研究進展,這一發(fā)現(xiàn)讓人看到了實現(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出受損或被切除器官的能力?！睋?jù)悉，目前很多科學家堅持

22、認為，人體確實存在斷肢再生能力，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?，而且再生時間最長不超過幾個月。,2006年, 日本科學家Yamanaka在Cell上發(fā)表文章聲稱,利用病毒載體將四個轉(zhuǎn)錄因子Oct4,Sox2,c-myc&klf4導入到小鼠的某種體細胞中,再加以篩選培養(yǎng)之后,可以得到一種他們稱之為iPS的細胞(induced pluripotent cell).

23、這種細胞具有胚胎干細胞的幾乎所有特性,能夠較好的自我更新,也能夠分化成幾乎所有的體細胞. 緊接著,這個方法被證明在人的體細胞中同樣適用. Yamanaka的這一重要發(fā)現(xiàn)給干細胞研究領(lǐng)域帶來了新的希望.,,再生研究進展,最近一期的Science網(wǎng)絡版報道了哈佛大學的Kevin Eggan 實驗室成功的將一位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)的一些運動神經(jīng)元細胞異常的死亡導致其行動能力受損)的女患者的體細胞利用Yamanaka的方法重新回復到了干細胞的狀態(tài), 然后再將這些人工得到的干細胞進行定向分化,使之成為了具有功能的運動神經(jīng)元.,再生研究進展,這張照片顯示的是由肌萎縮側(cè)索硬化癥患者的皮膚細胞改造成的多能干細胞分化出的運動神經(jīng)元。,再生研究進展,這是人類首次完成從病人體內(nèi)取出體細胞----去分化成干細胞-----重新誘導分化成另一種具有功能的體細胞,再生研究

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

26、再生,北京時間2008年5月20日消息，據(jù)英國《每日郵報》報道，最近一段時間，有關(guān)一位美國老人李·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個月――他重新長出右手中指指尖。,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，中指竟然恢復到原來的長度，感覺也很靈敏。,斷指再生,來自這些豬膀

27、胱的細胞會被在風干之前提取出來，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。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)爭中受傷的士兵長出新的肢體、手指和腳趾 隨著高科技實驗室及專門用于研制和生產(chǎn)“魔法粉”的設施陸續(xù)投入使用，美國總統(tǒng)布什希望相關(guān)研究能取得突破，以消除伊拉克戰(zhàn)爭對美國政治造成的后遺癥。

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并控制干細胞的生長分化,使其再生出人類的各種器官和組織也許,在不遠的將來,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!,人工器官的時代已經(jīng)過去，未來屬于再生醫(yī)學!,今后人體器官可以在實驗室按需要生產(chǎn)，血細胞、腦細胞、骨骼、心肌細胞、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、織或器官以達到防治疾病、延緩衰老的目的。,如果我們及時地的將某些壞死的細胞，及時的在原位再生補充，人類生命就不會提前衰老和提前死亡，人類生命的各個階段就會健康延長 在不久的將來，再生醫(yī)學就一定能創(chuàng)造出更多的偉大奇跡,肢體再生和器官移植已不再遙遠,小結(jié),動物（火蜥蜴）的再生機理及研究人的再生(細胞、組織、器官水平及肢體再生）探究肢體再生的最新研究干細胞與再生醫(yī)學及其研究進展再生研究展望,干細胞與再生醫(yī)學是21世紀生命科學的前沿和