干细胞治疗应用前景.ppt
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参见附件(1772KB)。
干细胞治疗
应用前景
? I.胚胎干细胞的治疗潜能
? II.成体干细胞治疗
? Ⅲ 作为成体干细胞典型的神经干细胞
胚胎干细胞的治疗潜能
干细胞来源
? 胚胎
- 从胚状体分离
- 全能
- 永生
? 成体
- 从成体组织获取
- 多能(？)
- 寿命有限(？)
胚胎干细胞治疗面临的挑战
? 诱导分化成为相应的细胞
? 为临床提供足够数量的细胞
? 确保能够成功植入
? 免疫抑制或耐受防止被排斥
早期治疗目标：标准
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
? 建立临床证据
? 需要独特的不会耗绝的细胞来源
近期治疗对象：帕金森氏病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 中脑多巴胺能神经元缺乏
? 建立临床证据
- 胎脑组织移植改善运动功能
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- 胎脑组织供应不足
近期治疗目标：I型糖尿病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 胰腺β细胞缺乏
? 建立临床证据
- 胰岛细胞的移植成功
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- 死者捐献的胰腺不足
近期治疗目标：骨髓疾病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 遗传或恶性疾病
? 建立临床证据
- 骨髓移植成功广泛应用
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- HLA相合供者不足
胚胎干细胞起源的造血干细胞 植入动物模型不成功的原因
? 发育不成熟
? 胚胎干细胞培养物中无法获得和繁殖成熟造血干细胞
? 目前无法预知的生物准则
目标：把ESCs诱导分化成为血细胞
? 操纵控制胚胎发育中生成造血组织的几个转录因子
? 需求
? 骨髓移植技术的改进
? 细胞治疗和基因治疗的结合(治疗性克隆)
人胚胎干细胞研究政治及伦理限制
? 2001年8月9日，布什宣布同意人胚胎干细胞研究
? 限制：只能研究已有的胚胎干细胞系
? 尚未允许治疗性克隆
总结：治疗方面
? 胚胎干细胞
- 重要的研究工具：现在
- 重要的新治疗策略：未来
? 成体干细胞
- 后详述
? 胚胎干细胞治疗迫切需要的工作
- 获得公众和政治伦理的支持
- 同时开展胚胎和成体干细胞的研究
成体干细胞治疗
成体干细胞
? 补充和修复组织维持终生
? 造血
? 肌肉
? 胃肠道
? 乳腺腺管
? 皮肤
? 中枢神经系统
多潜能成体干细胞
? 来自骨髓或其它组织
? 可以长期培养
? 可以分化为多种细胞
? 成体干细胞治疗潜能还需要进一步确定
非造血细胞能否产生血细胞？
? 肌肉 血 ？
? 脑 血？
总结
? 肌肉的HSC来自骨髓
? 通过循环迁移
? HSC可以滞留在骨髓外的其它组织
? 仅仅CD45+细胞可以生成血细胞
? 肌肉血细胞并非干细胞可塑性
是否我们能够使用造血干细胞治疗非造血系统疾病？
? 骨发育不全(脆骨病)
? 溶酶体蓄积病(Hurlers病)
? 肌萎缩性侧索硬化症
利用骨髓产生非造血组织
? 实验发现人、兔、鼠骨髓移植后在其它组织发现供者来源细胞
? 用外源蛋白标记供者细胞或利用Y染色体识别
? 用形态学和标记识别细胞
鼠供者细胞
临床
能否利用骨髓移植治疗非造血系统疾病?
? 需要回答以下几个问题：
- 横向分化是否真正发生？
- 哪一种细胞介导？
- 机制？
- 我们能否体高其有效性？
横向分化是否真正发生？
? 横向分化报导很多能否证明真正存在横向分化？!
? 还有什么能够解释这些现象
- 骨髓存在全能干细胞
- 并没有真正的干细胞横向分化，只是一些此类事件技术上的解释(假阳性)。
- 移植不纯的细胞群
- 并没有真正的干细胞横向分化，而是融合
证明横向分化
克隆分析
结论
? HSC可分化为骨骼肌细胞
- 频率很低(0.05%)
? 单个HSC可重建骨髓造血
"横向分化" 机制
融合？
何种细胞参与该过程？
? 干细胞
? 主细胞
? 已分化的细胞
- 髓系细胞？
骨髓修复心肌
? 有提示意义的文章还少，在此基础上目前正开始这方面研究。
? 已有的研究结果提示可以改善心功能
? 机制还未探明
? 可能的机制-HSC分化为心肌细胞？
? 明确机制是关键
我们能否使用骨髓移植治疗非造血系统疾病
? 是否"横向分化"真正发生？
* YES AND NO: VERY RARE
? 何种细胞介导？
* 髓系细胞或者其他
? 机制？
* 融合-至少是部分机理
? 能否我们提高其有效性-有待机理的明确
作为成体干细胞典型的神经干细胞
NSCs的生物学与治疗作用
? 神经系统存在对遗传性或获得性缺陷的自发性代偿机制。但是，单独的这种代偿并不能充分纠正患者神经系统破坏引起的缺陷。这种自然修复在外源性NSCs的作用下被增强 。
? 外源性的多潜能NSCs移植治疗帕金森氏病
脐血来源的成体干细胞
? 患有克拉贝病这种神经退行性病变的儿童在出生后两周内接受UCCs移植明显阻缓了疾病进展。
- UCCs生成了小胶质细胞，但没有产生神经元细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞和不成熟前体神经细胞。
- 原本半乳糖脑苷脂酶缺乏的脑组织中检测到了半乳糖脑苷脂酶。
应该吸取的教训-通向临床的路标
Know your disease
? 为了适当地预测应用干细胞治疗某种疾病的成功机率，必须了解该种疾病的病理生物学。
- 大多神经系统疾病的病理生理确实难以阐释清楚
- 单独的细胞治疗可能并不适合于外来因素引起的干细胞损伤
- 即使对某些细胞自发/细胞内在的缺陷，单独使用内源性NSCs可能都存在问题
Know your cell
? 大多数干细胞生物学的工作都集中于宿主CNS环境方面(如发育和老化过程中的变化，或者损伤或退化所致的改变)对移植的干细胞的影响。但是，一个未曾想到的现象已经开始呈现：植入的干细胞也影响宿主。
- NSC表达的固有基因具有信号、指令、重塑和保护宿主CNS的作用。
Exploit endogenous and exogenous repair
? 神经元的取代是很贫乏的。
- 最有效的治疗可能是应用动员的内源性细胞，并补充特定发育阶段的外源性细胞，或许还可在体外通过基因工程的方法表达特定的神经营养、神经保护和解毒分子。
Suit the type Of stem cell to the purpose (1)
? 对CNS而言，神经干细胞或者ES细胞直接产生的神经干细胞最好。
? ES细胞向特定的谱系分化需要有关发育机理的知识
- 避免产生不合适的细胞(如在脑中产生肌肉和骨骼)，避免转化为畸胎瘤(这是ES细胞发育的组成部分)，避免在大器官里出现另外的自主器官(如在大脑、心脏或者胰脏出现非依赖性的神经管)。
Suit the type Of stem cell to the purpose (2)
? 认为成体干细胞(特别是来自于成年组织)与ES细胞是等效或者可以取代ES细胞的观点是没有根据的。
- 成体干细胞有其自身的局限：通常很难鉴定、很难从特定的组织器官分离、通常扩增速度很慢。
- 用这些细胞来治疗遗传性病变可能不是最佳的：植入的干细胞可能已经存在遗传缺陷并具有疾病易感倾向。
Suit the type Of stem cell to the purpose (3)
? 虽然成体干细胞对遗传性疾病来说具有潜在的局限，但对创伤性或获得性缺陷可能仍然是有用的。
- 优点：绕开了伦理和免疫学问题
- 困难：
? 低效的横向分化事件
? 控制细胞分化的能力
? 有限的时间内分离细胞和保证植入细胞的数量、同一性、质量和安全。-错过治疗CNS损伤的最佳时间
- 代替自体移植物的另一个移植策略就是应用稳定的成体干细胞系
? 通用细胞系的最佳来源是缺乏多种免疫标记的胚胎或胎儿组织，而不是成人组织。
Complex diseases require complex solutions
? 功能的重建可能不只需要取代一种细胞(即使是神经元)，而需要重建整个环境
? 联合治疗对大多神经系统疾病是很重要的。
the devil is in the details-practical issues
? (1) 如何获取？扩增？使用生长因子？干预基因? 上述措施结合应用?
? (2) 成体干细胞分化的最佳程度是什么？
? (3)怎样和从何处给予细胞? 那个阶段给予?给予的频率?
? (4)免疫屏障会产生多大的阻碍作用?
? (5)人干细胞与非人类干细胞究竟有多大差异?
神经干细胞领域内的初步成果
? 大脑肿瘤
? 儿童代谢性神经遗传病
? 需要挽救/保护细胞，神经通路阻断(炎症/瘢痕)的疾病
总结
细胞替代治疗是翻版的发育生物学
干细胞治疗
应用前景
? I.胚胎干细胞的治疗潜能
? II.成体干细胞治疗
? Ⅲ 作为成体干细胞典型的神经干细胞
胚胎干细胞的治疗潜能
干细胞来源
? 胚胎
- 从胚状体分离
- 全能
- 永生
? 成体
- 从成体组织获取
- 多能(？)
- 寿命有限(？)
胚胎干细胞治疗面临的挑战
? 诱导分化成为相应的细胞
? 为临床提供足够数量的细胞
? 确保能够成功植入
? 免疫抑制或耐受防止被排斥
早期治疗目标：标准
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
? 建立临床证据
? 需要独特的不会耗绝的细胞来源
近期治疗对象：帕金森氏病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 中脑多巴胺能神经元缺乏
? 建立临床证据
- 胎脑组织移植改善运动功能
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- 胎脑组织供应不足
近期治疗目标：I型糖尿病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 胰腺β细胞缺乏
? 建立临床证据
- 胰岛细胞的移植成功
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- 死者捐献的胰腺不足
近期治疗目标：骨髓疾病
? 适用于仅仅单一细胞竓绝而相应干细胞龛未受损伤的疾病
- 遗传或恶性疾病
? 建立临床证据
- 骨髓移植成功广泛应用
? 需要独特的不会竓绝的细胞来源
- HLA相合供者不足
胚胎干细胞起源的造血干细胞 植入动物模型不成功的原因
? 发育不成熟
? 胚胎干细胞培养物中无法获得和繁殖成熟造血干细胞
? 目前无法预知的生物准则
目标：把ESCs诱导分化成为血细胞
? 操纵控制胚胎发育中生成造血组织的几个转录因子
? 需求
? 骨髓移植技术的改进
? 细胞治疗和基因治疗的结合(治疗性克隆)
人胚胎干细胞研究政治及伦理限制
? 2001年8月9日，布什宣布同意人胚胎干细胞研究
? 限制：只能研究已有的胚胎干细胞系
? 尚未允许治疗性克隆
总结：治疗方面
? 胚胎干细胞
- 重要的研究工具：现在
- 重要的新治疗策略：未来
? 成体干细胞
- 后详述
? 胚胎干细胞治疗迫切需要的工作
- 获得公众和政治伦理的支持
- 同时开展胚胎和成体干细胞的研究
成体干细胞治疗
成体干细胞
? 补充和修复组织维持终生
? 造血
? 肌肉
? 胃肠道
? 乳腺腺管
? 皮肤
? 中枢神经系统
多潜能成体干细胞
? 来自骨髓或其它组织
? 可以长期培养
? 可以分化为多种细胞
? 成体干细胞治疗潜能还需要进一步确定
非造血细胞能否产生血细胞？
? 肌肉 血 ？
? 脑 血？
总结
? 肌肉的HSC来自骨髓
? 通过循环迁移
? HSC可以滞留在骨髓外的其它组织
? 仅仅CD45+细胞可以生成血细胞
? 肌肉血细胞并非干细胞可塑性
是否我们能够使用造血干细胞治疗非造血系统疾病？
? 骨发育不全(脆骨病)
? 溶酶体蓄积病(Hurlers病)
? 肌萎缩性侧索硬化症
利用骨髓产生非造血组织
? 实验发现人、兔、鼠骨髓移植后在其它组织发现供者来源细胞
? 用外源蛋白标记供者细胞或利用Y染色体识别
? 用形态学和标记识别细胞
鼠供者细胞
临床
能否利用骨髓移植治疗非造血系统疾病?
? 需要回答以下几个问题：
- 横向分化是否真正发生？
- 哪一种细胞介导？
- 机制？
- 我们能否体高其有效性？
横向分化是否真正发生？
? 横向分化报导很多能否证明真正存在横向分化？!
? 还有什么能够解释这些现象
- 骨髓存在全能干细胞
- 并没有真正的干细胞横向分化，只是一些此类事件技术上的解释(假阳性)。
- 移植不纯的细胞群
- 并没有真正的干细胞横向分化，而是融合
证明横向分化
克隆分析
结论
? HSC可分化为骨骼肌细胞
- 频率很低(0.05%)
? 单个HSC可重建骨髓造血
"横向分化" 机制
融合？
何种细胞参与该过程？
? 干细胞
? 主细胞
? 已分化的细胞
- 髓系细胞？
骨髓修复心肌
? 有提示意义的文章还少，在此基础上目前正开始这方面研究。
? 已有的研究结果提示可以改善心功能
? 机制还未探明
? 可能的机制-HSC分化为心肌细胞？
? 明确机制是关键
我们能否使用骨髓移植治疗非造血系统疾病
? 是否"横向分化"真正发生？
* YES AND NO: VERY RARE
? 何种细胞介导？
* 髓系细胞或者其他
? 机制？
* 融合-至少是部分机理
? 能否我们提高其有效性-有待机理的明确
作为成体干细胞典型的神经干细胞
NSCs的生物学与治疗作用
? 神经系统存在对遗传性或获得性缺陷的自发性代偿机制。但是，单独的这种代偿并不能充分纠正患者神经系统破坏引起的缺陷。这种自然修复在外源性NSCs的作用下被增强 。
? 外源性的多潜能NSCs移植治疗帕金森氏病
脐血来源的成体干细胞
? 患有克拉贝病这种神经退行性病变的儿童在出生后两周内接受UCCs移植明显阻缓了疾病进展。
- UCCs生成了小胶质细胞，但没有产生神经元细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞和不成熟前体神经细胞。
- 原本半乳糖脑苷脂酶缺乏的脑组织中检测到了半乳糖脑苷脂酶。
应该吸取的教训-通向临床的路标
Know your disease
? 为了适当地预测应用干细胞治疗某种疾病的成功机率，必须了解该种疾病的病理生物学。
- 大多神经系统疾病的病理生理确实难以阐释清楚
- 单独的细胞治疗可能并不适合于外来因素引起的干细胞损伤
- 即使对某些细胞自发/细胞内在的缺陷，单独使用内源性NSCs可能都存在问题
Know your cell
? 大多数干细胞生物学的工作都集中于宿主CNS环境方面(如发育和老化过程中的变化，或者损伤或退化所致的改变)对移植的干细胞的影响。但是，一个未曾想到的现象已经开始呈现：植入的干细胞也影响宿主。
- NSC表达的固有基因具有信号、指令、重塑和保护宿主CNS的作用。
Exploit endogenous and exogenous repair
? 神经元的取代是很贫乏的。
- 最有效的治疗可能是应用动员的内源性细胞，并补充特定发育阶段的外源性细胞，或许还可在体外通过基因工程的方法表达特定的神经营养、神经保护和解毒分子。
Suit the type Of stem cell to the purpose (1)
? 对CNS而言，神经干细胞或者ES细胞直接产生的神经干细胞最好。
? ES细胞向特定的谱系分化需要有关发育机理的知识
- 避免产生不合适的细胞(如在脑中产生肌肉和骨骼)，避免转化为畸胎瘤(这是ES细胞发育的组成部分)，避免在大器官里出现另外的自主器官(如在大脑、心脏或者胰脏出现非依赖性的神经管)。
Suit the type Of stem cell to the purpose (2)
? 认为成体干细胞(特别是来自于成年组织)与ES细胞是等效或者可以取代ES细胞的观点是没有根据的。
- 成体干细胞有其自身的局限：通常很难鉴定、很难从特定的组织器官分离、通常扩增速度很慢。
- 用这些细胞来治疗遗传性病变可能不是最佳的：植入的干细胞可能已经存在遗传缺陷并具有疾病易感倾向。
Suit the type Of stem cell to the purpose (3)
? 虽然成体干细胞对遗传性疾病来说具有潜在的局限，但对创伤性或获得性缺陷可能仍然是有用的。
- 优点：绕开了伦理和免疫学问题
- 困难：
? 低效的横向分化事件
? 控制细胞分化的能力
? 有限的时间内分离细胞和保证植入细胞的数量、同一性、质量和安全。-错过治疗CNS损伤的最佳时间
- 代替自体移植物的另一个移植策略就是应用稳定的成体干细胞系
? 通用细胞系的最佳来源是缺乏多种免疫标记的胚胎或胎儿组织，而不是成人组织。
Complex diseases require complex solutions
? 功能的重建可能不只需要取代一种细胞(即使是神经元)，而需要重建整个环境
? 联合治疗对大多神经系统疾病是很重要的。
the devil is in the details-practical issues
? (1) 如何获取？扩增？使用生长因子？干预基因? 上述措施结合应用?
? (2) 成体干细胞分化的最佳程度是什么？
? (3)怎样和从何处给予细胞? 那个阶段给予?给予的频率?
? (4)免疫屏障会产生多大的阻碍作用?
? (5)人干细胞与非人类干细胞究竟有多大差异?
神经干细胞领域内的初步成果
? 大脑肿瘤
? 儿童代谢性神经遗传病
? 需要挽救/保护细胞，神经通路阻断(炎症/瘢痕)的疾病
总结
细胞替代治疗是翻版的发育生物学
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