《嵌合胚与干细胞》PPT课件.ppt

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1、小组成员：李巧丹、王爽、袁艳哲、车金辉、梅柳锋、严海龙,嵌合胚与胚胎干细胞,07级生物师范,自古以来就有嵌合体的传说,古埃及的狮身人面像,中国上古传说中的女娲,世界上许多国家都有类似美人鱼的民间传说，它那持久的生命力说明，美人鱼的故事很可能以某种事实为依据。,人鱼传说,传说美人鱼是以腰部为界，上半身是美丽的女人，下半身是披着鳞片的漂亮的鱼尾，整个躯体，既富有诱惑力，又便于迅速逃遁。她们没有灵魂，像海水一样无情；声音通常像其外表一样，具有欺骗性；一身兼有诱惑、虚荣、美丽、残忍和绝望的爱情等多种特性。,嵌合体,一、概念,遗传学角度 指不同遗传性状嵌合或混杂表现的个体。免疫学角度 指一个机体身上有两

2、种或两种以上染色体组成不同的细胞系同时存在,彼此能够耐受,不产生排斥反应,相互间处在嵌合状态。发育生物学角度 以小鼠为例，人为地将源自不同小鼠胚胎（通常在4或8细胞期）的细胞组合在一起，所形成的组合体胚胎可产生嵌合体小鼠。,二、嵌合体的类型,同源嵌合体,嵌合体,基因嵌合体,染色体嵌合体,异源嵌合体,自然嵌合体,人工嵌合体,嵌合成分来自原同一受精卵的嵌合体，大部分由染色体畸变和基因突变（自发或诱发）产生。可分为染色体嵌合体和基因嵌合体两种。,同源嵌合体,基因嵌合体,胞质基因嵌合体，如常春藤、紫茉莉中由叶绿体基因突变或不规则分离产生的色素花斑嵌合体。核基因嵌合体，如小鼠皮毛色斑、飞燕草玫瑰红花斑上

3、的紫色条纹嵌合体等。这些都是核基因突变后在正常遗传背景上出现的变异组织的嵌合体。,起源比较复杂，主要有：染色体结构变化，如因染色体倒位，由位置效应而产生的玉米谷粒花斑嵌合体和因部分缺失产生的烟草花色斑、桑蚕（家蚕）斑油蚕、斑黑缟蚕等嵌合体；同源染色体在体细胞有丝分裂时发生交换，导致体细胞重组，使某些组织出现隐性性状，另一些组织保持显性嵌合体性状如果蝇体刚毛(sn)和黄体(y)孪生斑块嵌合体；染色体数目变化，嵌合体成分是不同染色体数目或倍性的细胞、组织或器官；或者是远缘杂种后代由于有丝分裂不稳定性而产生的混倍性组织，例如八倍体油菜抽生的四倍体分枝等；,染色体嵌合体,X染色体失活,在XY染色体性别

4、决定动物中由于雌性动物的部分细胞中成对的X染色体中的一条失活而出现的花斑嵌合体，这种嵌合体只限于雌性动物，例如三色猫等；雌雄嵌合体，在XY染色体性别决定生物中，由于XX合子在卵分裂过程中X染色体丢失所产生的嵌合体。例如雌性果蝇的一个X染色体上有白眼基因w,另一个X染色体上有它的野生型等位基因W，W/w杂合体的复眼在一般情况下呈正常的暗红色，如果由于卵裂产生的两个子细胞核中的一个丢失了带有W基因的X染色体，这样两个子细胞核发育成的果蝇身体半边的基因型是W/w，具有雌性果蝇的特征，腹部末端尖削,黑纹狭窄，前肢无性梳，复眼暗红色,而另一半边的基因型有O/w，体型具有雄性果蝇的特征,腹部末端圆钝，黑纹

5、较宽，前肢具有一排称为性梳的粗短刚毛，复眼呈白色。,染色体嵌合体,三花猫,黑腹果蝇雌雄嵌合体,嵌合成分来自不同的受精卵所产生的嵌合体。和同源嵌合体一样，嵌合成分可以包含不同的染色体或不同的基因。,异源嵌合体,自然嵌合体,少数异源嵌合体是天然的，例如蜜蜂的雌雄嵌合体由一个二倍体受精卵（一般发育成为雌体）和一个未受精的单倍体极核（一般发育成为雄体）并合后发育而成；桑蚕中的雌雄嵌合体则是由一个受精卵和一个受精的极体并合后发育而成。,人工嵌合体,多数异源嵌合体为人工构建，构建方法有嫁接、胚胎并合、移植等。,整体嫁接 高等植物中取得异源嵌合体的常用方法。一般将接穗和砧木的愈合部位横截为二，在断面上形成的

6、愈伤组织常能分化并长出新芽。凡是具有嫁接双方特征的新枝都是嵌合体 如果外层组织原层来自嫁接一方，其余原层属于嫁接另一方则发育为周缘嵌合体；如果全部组织原层有一个区段为一方，其余的为另一方便发育为扇形嵌合体；如果某一层的一部分为一方，其余为另一方,或是双方组织在构成组织原层时相互镶嵌,便发育为周缘区段嵌合体；如果双方组织在空间位置上呈不规则分布便成为花斑嵌合体。,组织并合 1972年P.S.卡尔森等将栽培烟草(Nicotianatabacum)和杂种双倍体烟草（N.glauca N.Langsdorfii）的髓组织紧贴培养,挑选有双方特征的嵌合体组织块继代培养，可使之分化成为嵌合体小植株。将不同

7、基因型的愈伤组织块紧贴培养，或以酶处理使双方愈伤组织细胞解离后相互混合，再行培养后也能得到类似结果。移植 用射线照射使受体哺乳动物失去免疫特异性，然后将具有正常活力的另一基因型的供体骨髓细胞植入受体的骨髓中，受体内两种基因型的浆细胞有时能够长期存活而构成浆细胞嵌合体。,人工嵌合体,胚胎并合 1967年美国学者B.明茨从纯系黑鼠和纯系白鼠的输卵管中分别取出8细胞期到桑椹期的胚胎,在试管内用蛋白酶去除透明带，使两个幼胚紧密接触并融为一体，在体外继续培养到胚泡阶段，然后移植到经孕激素处理的母鼠子宫内，所获得的皮毛黑白混生的嵌合体小鼠称为异表型嵌合体。,人工嵌合体,嵌合体在果树园艺中有很高的经济价值。

8、例如日本土桥红蜜柑是扇形嵌合体，在红色果皮上镶嵌有艳丽的黄色条纹。许多名贵的花卉也是嵌合体。嵌合体一般不能通过有性生殖保种，但可以采用组织培养方法保种和繁殖。,龙凤牡丹，为仙人掌科的量天尺与绯牡丹的属间嫁接嵌合体，喜温暖干燥和阳光充足环境，不耐寒，怕强光直射，较耐旱。,草茉莉基因突变或不规则分离产生的色素花斑嵌合体,染色体嵌合的鸡冠花,嵌合胚的应用前景,鼠人嵌合抗体的研制及应用 应用重组DNA 技术,把人免疫球蛋白的恒定区基因与小鼠免疫球蛋白可变区基因相拼接,然后在真核生物细胞中进行表达,可生产出既能保持原有抗体的特异性,又能在人体内避免排斥反应的鼠人嵌合抗体。嵌合抗体因含有人抗体的 Fc 段

9、,所以能有效地与人效应细胞上的 Fc受体结合,诱导细胞毒性效应,延长在人体内的半衰期。因此,它将进一步有可能成为我们大量获得新一代低成本抗体的重要途径。,医学应用,脊髓灰质炎病毒(Polio)具有多个结构精细的中和抗原位点(N-Ag),能分别刺激机体产生中和抗体。利用这一性质,近年来陆续报道了以Folio作载体进行病毒嵌合。利用基因工程方法在N-Ag位点进行几个氨基酸的替换所产生的嵌合病毒具双重抗原性。这已在Polio型间(/、/)、Polio/HIV、Polio/乳头状病毒等方面取得进展。并且由于Polio病毒的稳定性及疫苗加工的成功经验,以Polio作载体构建的嵌合疫苗很可能开创疫苗生产的

10、另一新途径。,胚胎干细胞,一、概念,胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)：是指从桑椹胚或附植前囊胚内细胞团分离的一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能在体外培养无限增殖、自我更新和多向分化出成体动物的所有组织和器官（包括生殖细胞）。简称ES或EK细胞。,人类胚胎干细胞群,ES细胞的全能性：指ES细胞在解除分化抑制的条件下能参与包括生殖腺在内的各种组织的发育潜力，即ES细胞具有发育成完整动物体的能力，可以为细胞的遗传操作和细胞分化研究提供丰富的试验材料。,二、胚胎干细胞的分化潜能,胚胎干细胞在体外的分化潜能 胚胎干细胞在无饲养层和存在抑制因子的条件下培养时，会发生

11、分化，产生各种类型细胞或是类胚体。将胚胎干细胞消化、离散并制成悬液，培养在铺有明胶的培养皿中（一般用四孔板），每2d换一次夜，最终将产生两种结果：一部分细胞聚集，贴壁生长，最后（10d以后）分化成神经、肌肉、软骨等不同类型的细胞；还有一部分细胞则悬浮聚集，随后4d，团块开始分层，形成简单类胚体，分化成外部的外胚层样细胞和内部的干细胞，继续培养（一般培养10d以后）会形成圆泡状并包含空腔的囊状胚。试验中宜用玻璃培养器皿，且不用明胶包被，以降低细胞对培养器皿的贴附，便于胚体形成。,将胚胎干细胞接种于免疫缺陷的同一品系动物体内时，可以形成含三胚层的畸胎瘤。将胚胎干细胞离散并制成悬液，一适当剂量注射到

12、同源动物的皮下，经过一段时间也可形成畸胎瘤。通过手术取瘤，用常规方法制作组织切片、染色并观察分化结果。分化潜能高的细胞肿瘤形成迅速，分化细胞类型多。,胚胎干细胞在体内的分化潜能,胚胎干细胞形成嵌合体的能力,通过聚合法或显微注射法，把胚胎干细胞移入同品系动物胚泡内，胚胎干细胞与胚胎内细胞团融合，共同发育并产生完整个体。而胚胎干细胞与宿主细胞各自表达自己的基因型。,三、胚胎干细胞的形态结构、生长特性,形态与结构胚胎干细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态和结构特征。胞体体积小；细胞核大，核质比高，核内多为常染色质，具一个或多个核仁，且核仁大；细胞质较少，结构简单，细胞器成分少，但游离核糖体较丰富，有少量

13、的线粒体；胚胎干细胞还具有正常、稳定的二倍体核型；胚胎干细胞超微结构与卵圆柱期胚胎外胚层和胎儿生殖嵴的原始生殖细胞相似。,胚胎干细胞体外培养时呈集落状生长，形似鸟巢，细胞紧密堆积，以致难以看清细胞的轮廓；集落边界清晰，有折光性，立体感强。就集落的形态而言，人胚胎生殖细胞集落与小鼠胚胎干细胞集落更接近，呈紧密牢固结合、多层密集立体生长细胞界限的集落。而人内细胞团来源的胚胎干细胞集落与小鼠的明显不同，集落相对松散，呈扁平状，集落内细胞界限隐约可见。,生长特性,胚胎干细胞生长的集落形态,嵌合胚与胚胎干细胞的应用及前景,生产克隆动物生产转基因动物生产用于人类器官移植的动物器官用于细胞治疗和基因治疗 揭

14、示人及动物的发育机制及影响因素药学研究,生产克隆动物,胚胎干细胞从理论上讲可以无限传代和增殖而不失去其正常的二倍体基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后，在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体。胚胎干细胞与胚胎进行嵌合克隆动物，可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题，生产珍贵的动物新种。,利用胚胎干细胞生产克隆动物的意义：,大幅度提高良种家畜的繁殖效率；抢救濒危动物，保存稀有动物遗传资源；创造新物种；为实验生物学提供新材料。,位于美国俄勒冈州比弗顿的国家灵长类动物研究中心科学家沙乌科莱特米塔利波夫率领的研究小组利用一只10岁雄性恒河短尾猴成功克隆出胚胎，并从20个克隆胚胎中培育出两批胚胎

15、干细胞。,美国科学家成功克隆出猴子胚胎,生产转基因动物,用胚胎干细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种。利用同源重组技术对胚胎干细胞进行遗传操作，通过细胞核移植生产遗传修饰性动物，有可能创造新的物种；利用胚胎干细胞技术，可在细胞水平上对胚胎进行早期选择，这样可以提高选样的准确性，缩短育种时间。,用于器官组织移植,使人类胚胎干细胞与猪等动物的胚胎嵌合，通过人、猪嵌合体动物为人类提供可移植器官。这样，可以克服异种动物器官移植所出现的免疫排斥反应。定向诱导人类胚胎干细胞分化，形成供移植的人体器官。将人的基因导入猪等动物胚胎干细胞，生

16、产禽人基因猪.利用转基因猪为人类提供器官移植的材料。,如果这一设想能够实现，将是人类医学中一项划时代的成就，它将使器官培养工业化，解决供体器官来源不足的问题；使器官供应专一化，提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现问题，可像更换损坏的零件一样随意更换和修理。,用于细胞治疗与基因治疗,细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到治愈和控制疾病的目的。基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学技术。胚胎干细胞经遗传操作后仍能稳定地在体外增殖传代。以胚胎干细胞为载体，经体外定向

17、改造，使基因的整合数目、位点、表达程度和插入基因的稳定性及筛选工作等都在细胞水平上进行，容易获得稳定、满意的转基因胚胎干细胞系，为克服目前基因治疗中导入基因的整合和表达难以控制，以及用作基因操作的细胞在体外不易稳定地被转染和增殖传代开辟了新的途径。,胚胎干细胞最诱人的前景和用途是生产组织和细胞，用于“细胞疗法”，为细胞移植提供无免疫原性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病，都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。如用神经细胞治疗神经退行性疾病(帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等)；用胰岛细胞治疗糖尿病；用心肌细胞修复坏死的心肌。,英国同意科学家可以利用人兽混合胚胎，研发治疗包

18、括帕金森症、老人痴呆、亨丁顿舞蹈症等不治之症。科学家可以制造三种不同的人兽胚胎：第一种“嵌合胚胎”是将动物的细胞注射到人类的胚胎；第二种为“人类基因转殖胚”，是将动物的脱氧核醣核酸(DNA)注射到人类的胚胎；第三种为“细胞质混合”，是将人类细胞如皮肤细胞等注入动物的卵子，但这种卵子内几乎所有基因的物质都已被移除。目前英国大学进行的人兽胚胎研究以这种为主。科学家表示，研发这三种人兽胚胎将能提供多源的干细胞，这些不成熟的细胞将能发展为不同型式的组织，有助未来的医学与药物研究。,皮肤细胞,从患有特殊病症的病人的皮肤细胞中挑取细胞核,将牛或兔子的卵细胞中中的细胞核剔除,创造出一个嵌合胚的细胞,胚胎克隆

19、成功后将胚胎观察5天,从理论上说，这个混合胚胎可以植入女性的子宫中孕育，并最终产下一个有人和动物基因的杂交生物,从中提取干细胞后即把胚胎毁灭，其寿命不会超过14天。从胚胎中提取的未经完全发育的干细胞能培养出各种组织，如骨科、髓细胞、心肌甚至肝、肾等器官，它们可被用于白血病、帕金森氏症、阿尔茨海默病、心脏病及器官衰竭等病症。由于具有细胞提供者本人的基因特征，因此向提供者本人移植这些组织器官就不会产生异体排斥反应。,生命最大的奥秘便是，人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家

20、的一些基本问题，促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以以一种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。,揭示人与动物的发育机制及影响因素,胚胎干细胞系既可分化为多种细胞类型，又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统，可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用，这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞，而胚胎干细胞可以经体外定向诱

21、导，为人类提供各种组织类型的人体细胞，这使得更多类型的细胞实验成为可能。在候选药物对各种细胞的药理作用和毒性试验中，胚胎干细胞提供了对新药的药理、药效、毒理等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物检测所需动物的数量，降低了成本。,药学研究,英国每日邮报报道说，美国内华达大学教授伊斯梅尔赞贾尼历经7年研究，最终利用向绵羊胚胎注射人体干细胞的技术，成功培育出一只含有15人体细胞的绵羊。有望给需要器官移植的患者带来福音。,另类的混血儿,大蓝闪蝶是闪蝶科最大的种类，翅膀泛着淡蓝色荧光，是世界著名品种，也是巴西的国蝶。哈佛自然历史博物馆的这只大蓝闪蝶更是难得，因为它的左侧呈雄性而右侧呈雌性，是极其罕见

22、的基因变异现象导致雌雄嵌合体。,不是俺的错，,俺只是不小心进错了轮回之道！,作品“猪人”艺术家Patricia Piccinini的雕塑照片 真正的名称是“The Young Family”，出现在Patricia Piccinini在2003年于威尼斯双年展的澳大利亚国家馆所展出的“Weare family”系列里。,如果有一天真的出现这样的情况，世界会怎样？,你是否会相信？,你看到这种照片的第一感觉如何？,支持者认为：这项研究有助于根治很多疑难杂症，是一种挽救生命的慈善行为，是科学进步的表现。反对者认为：进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式。因此，如果支持

23、进行胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人“扼杀生命”，是不道德的，违反伦理的。,胚胎干细胞研究一直是一个颇具争议的领域,2001年月，美国时任总统布什宣布对胚胎干细胞研究设限，规定联邦政府对胚胎干细胞研究的资助仅限于研究当时已有的胚胎干细胞，不得资助从新胚胎中提取干细胞进而开展研究。布什一直认为，从胚胎中提取干细胞无异于“故意摧毁人类胚胎”，这是他本人“不能跨越的道德底线”。2009年3月9日，美国总统奥巴马签署行政命令，宣布解除对用联邦政府资金支持胚胎干细胞研究的限制。,对于嵌合胚植物，也许我们可以接受。但是你觉得你是否会接受类似“猪人”这样的怪异动物？科学家过去研究胚胎干细胞，都必须在胚胎上“大动手脚”，有人认为这样做就牺牲了胚胎，即间接牺牲了一个未来的小生命，所以惹来了很多伦理上的反对和斥责。你可以接受牺牲一个小生命来挽救另一个生命吗？如果这个需要挽救的生命是一个已进迟暮的人或者是一个囚犯，你会接受吗？,如果不加限制，犯罪分子是否会利用这项技术来进行更加罪恶的犯罪行为？,