神经干细胞与脑血管病-课件.pptx
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- 神经 干细胞 脑血管病 课件
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1、神经干细胞与脑血管病干 细 胞1、干细胞 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞2、干细胞分类胚胎干细胞:指胚胎早期的干细胞。这类干细胞分化潜能宽,具有分化为机体任何组织细胞的能力成体干细胞:指成体各组织器官中的干细胞,成体干细胞具有自我更新能力,但分化潜能窄,只能分化为相应(或相邻)组织器官组成的细胞3、干细胞的自稳定性指干细胞可在个体生命过程中自我更新并维持其自身数目恒定干细胞的自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征细胞通过其特有的分裂方式维持自稳定性4、干细胞的分裂方式干细胞有对称与不对称两种分裂方式对称分裂:干细胞 分裂干细胞干细胞对称分裂:干细胞 分裂分化细胞分化细胞不对称分裂:干细胞
2、干细胞分化细胞分裂不对称分裂的结果使两个子细胞一个成为功能专一的分化细胞;另一个保持干细胞的特征使机体对干细胞的调控更灵活,以习惯机体的生理变化要求机体对干细胞分裂的调控更精确,以保持干细胞数目恒定4、干细胞的分裂方式5、干细胞的分化潜能 依照其分化潜能大小,干细胞可分为三类全能干细胞多能干细胞专能干细胞(1)全能干细胞(胚胎干细胞)具有形成完整个体的分化潜能如胚胎干细胞(ES)具有特别强的分化能力,可无限增殖并分化为全身200多种细胞类型,及机体的各种组织、器官(2)多能性干细胞多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但失去了发育成完整个体的能力如骨髓多能造血干细胞,它可分化出至少十二种血细
3、胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞(3)专能干细胞(成体干细胞)专能干细胞(也称单能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或紧密相关的两种类型的细胞分化如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞(卫星细胞)6、干细胞的转分化和去分化(1)干细胞的转分化 一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型的细胞的过程称干细胞的转分化(2)干细胞去分化一种干细胞向其前体细胞逆向转化称干细胞去分化 干细胞转分化和去分化表明成体干细胞被移植入受体中具有特别强的可塑性,为干细胞治疗提供了估计神经干细胞 传统观点:神经细胞无再生能力。新发现:中枢神经系统中部分细胞仍具有自我更新及分化产生各种神经细
4、胞的能力,这些细胞被称为神经干细胞。1992年Rynolds和Weiss首先从成体小鼠侧脑室旁膜下的神经组织中分离并培养了神经干细胞Svendsen等用同样的方法从人的胚胎中分离出神经干细胞(1)胚胎来源在发育过程中,哺乳动物中枢神经系统的大部分区域都存在神经干细胞,如大脑皮层、嗅球、脊髓及海马等部位这是由于发育中的组织具有较多的具有分化潜能的神经前体细胞1、神经干细胞的来源(2)成年来源海马齿状回下分子层和前脑的室管膜下区是2个神经干细胞聚集区嗅球、小脑、脑干、脊髓和视网膜等部位也已分离培养出神经肝细胞NSC在成年哺乳动物的脑内广泛存在1、神经干细胞的来源(3)其它来源 诱导胚胎干细胞向NS
5、C分化 诱导少突胶质细胞的前体细胞逆向分化为NSC 诱导骨髓间充质干细胞分化为NSC 通过基因操作使胚胎NSC获得永生化1、神经干细胞的来源2、神经干细胞的特点缺乏神经系统分化的标志具有自我更新及增殖的能力具有多种细胞分化的潜能,可分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞以及它们的前体细胞(1)nestin,巢蛋白属于第类中间丝蛋白仅在胚胎早期神经上皮表达,出生后停止表达在神经前体细胞最先表达,一旦神经前体细胞朝向终末方向分化成神经元和胶质细胞(如星形胶质细胞)时,nestin便停止表达3、神经干细胞的标志物(2)vimentin,波形蛋白属于第类中间丝蛋白表达起始于神经迁移完成时分化完成后表
6、达下降3、神经干细胞的标志物(3)Musashi1 RNA结合蛋白 最先在果蝇中发现,是果蝇感受神经前体细胞不对称分裂所必需的蛋白 选择性地在各种哺乳类动物的神经干细胞/祖细胞表达 在维持干细胞状态和分化中发挥重要的作用 被作为哺乳类神经干细胞的标志蛋白3、神经干细胞的标志物(4)CD133 又称AC133,是相对分子量为120kD五次跨膜的糖基化多肽 最早由Miraglia等1997年报道为一种新的细胞表面抗原,表达于人的造血干细胞表面 分选的CD133阳性的胚胎来源的脑细胞能增殖形成细胞球,而CD133阴性的细胞不能形成细胞球3、神经干细胞的标志物(5)GFAP,胶质纤维酸性蛋白属于第类中
7、间纤维星形胶质细胞的标志蛋白位于室管膜下区的细胞表达GFAP,显示出神经干细胞的特性3、神经干细胞的标志物4、神经干细胞的增殖与分化基因调控细胞因子甲状腺激素与维甲酸神经细胞黏附分子其他基因调控(1)bHLH基因家族 主要包括Neurogenine1、Neurogenine2和Mash1 Neurogenine1和Neurogenine2促进神经干细胞向神经元方向分化,同时抑制其向胶质细胞分化 Mash1促进神经干细胞向神经元前体细胞分化(2)Notch基因Notch基因编码一个3 105的跨膜蛋白Notch蛋白通过两种类型细胞间作用起局部调控功能:侧方抑制信号和诱导性信号Notch蛋白的作用
8、为抑制干细胞向神经元方向分化,并促进向胶质方向分化基因调控(3)PTEN基因抑癌基因PTEN基因敲除小鼠的脑体积显著增长,海马和小脑出现分层结构混乱PTEN基因对NSC的增殖起负向调节作用基因调控(1)表皮生长因子(EGF)家族EGF是促有丝分裂因子促进神经干细胞的增殖EGF多诱导NSC向星形胶质细胞分化细胞因子(2)纤维生长因子(FGF)家族FGF家族在胚胎期和成年期的中枢神经系统和周围神经系统发育中都有表达FGF1和FGF2发挥主要作用可刺激干细胞增殖诱导干细胞分化的作用与FGF的浓度有关,高剂量能够刺激产生神经元和少突胶质细胞,低剂量只产生神经元细胞因子(3)转化生长因子(TGF-)超家
9、族 主要包括活化素、骨形成蛋白家族(BMPs)、白细胞抑制因子(LIF)和血小板源生长因子(PDGF)活化素仅影响细胞系的增殖,不影响分化 BMP4可诱导NSC向星形胶质细胞分化 LIF可促进NSC的分化 PDGF可减少干细胞分化为成熟神经元的数量细胞因子通过细胞内核受体发挥作用3表达水平增加可诱导小脑区域前体神经元的分化RA可增加NSC向神经元前体细胞的分化甲状腺激素(T3)和维甲酸(RA)神经细胞黏附分子(neural cell adhesion molecule,NCAM)是细胞外基质的一种成分,介导细胞间的接触,调节神经迁移、轴突生长和基因表达等过程抑制NSC的增殖诱导NSC向神经元方
10、向分化神经细胞黏附分子GABA在早期神经系统发育中调节神经前体细胞的增殖和神经元的迁移、存活和分化谷氨酸能够抑制皮质前体细胞增殖而促进细胞分化血管活性肠肽(VIP)和垂体腺苷酸环化酶活性肽(PACAP)具有促进NSC增殖作用其他因素神经干细胞的治疗作用包括:替代治疗,用分化得到的神经元细胞或者胶质细胞来代替损伤或者变性的细胞 转基因治疗,通过转基因的神经干细胞释放神经营养因子,来促进神经再生,释放肿瘤杀伤因子,遏制肿瘤生长 作为基因载体,与病毒媒介结合后,发挥治疗作用5、神经干细胞的应用NSC移植治疗的主要途径利用体外分离培养的NSC直截了当移植利用NSC系进行移植通过目的基因修饰后移植通过神
11、经营养因子原位诱导NSC增殖、分化体外培养的NSC作为移植供体的优点(1)在可控制的培养条件下,实现快速体外扩增以满足移植所需的细胞数量(2)可依照拟移植部位的细胞类型及细胞结构特异性,在体外使其分化成与受者部位细胞类型及构成相似的细胞群体后再行移植(3)可低温冻存,复苏后仍能维持原来的生物学特性,故可构建NSC库,源源不断地供应细胞(4)可来源于受体自身,结构上易与宿主固有组织整合而无免疫反应(5)具有潜在的迁移能力,能在脑实质内弥散较远的距离到达靶部位(6)在中枢神经系统中不受血 脑屏障限制,以稳定直截了当的方式运送基因产物或替换无功能神经细胞体外培养的NSC作为移植供体的优点NSC基因治
12、疗的作用机制(1)低免疫源性与自我更新 NSC不表达成熟细胞抗原,具有低免疫源性,较少发生异体排斥反应,因而有助于长期存活,是基因治疗较理想的载体 转染了治疗基因的NSC植入后可表达基因产物,从而达到治疗目的 通过不对称分裂增殖,自我更新,使NSC载体在表达外源性基因同时,能修复肿瘤组织侵蚀的正常脑组织(2)迁移能力 参与病变部位神经结构和功能的修复 迁移追踪肿瘤细胞,释放特定基因产物(3)良好的组织融合性 移植后的NSC可透过血脑屏障至脑实质中,与宿主细胞在细胞形态结构和功能上形成初步的良好融合,使外源性基因高效稳定表达,而达到治疗作用NSC基因治疗的作用机制神经干细胞治疗神经系统疾病的研究
13、 神经系统变性疾病帕金森病阿尔茨海默病亨廷顿病 脑血管病脑梗死脑出血 神经系统损伤脊髓损伤脑外伤 神经系统肿瘤 遗传代谢性疾病粘多糖综合症神经节苷脂沉积症-(1)帕金森病Nishino等将神经干细胞植入大鼠帕金森病模型纹状体中,发现植入的神经干细胞可分化为多巴胺能神经元,半数以上的模型动物症状缓解Anton等通过转染了酪氨酸羟化酶(TH)基因的神经干细胞提供TH,可补偿帕金森病的多巴胺缺失Akerud等采纳从人胚胎的腹侧中脑内分离出黑质细胞植入PD病人脑中,发现有一半以上的病人症状明显改变而且效果持续存在Wang等用胚胎干细胞来源的胆碱能神经干细胞移植到小鼠AD模型大脑,结果显示胆碱能神经干细
14、胞进入损伤区,向胆碱能神经元细胞分化Gray将NSC注射入阿尔茨海默病模型动物脑内,观察到有胆碱能神经元表型和胶质细胞表型且实验动物认知功能恢复(2)阿尔茨海默病Brasted等将神经干细胞植入亨廷顿病大鼠模型脑内,使大鼠受损的运动习性重新恢复,表明亨廷顿病动物植入的神经干细胞可在脑内形成功能性连接,对促进亨廷顿病症的改善具有一定的作用Freeman等利用神经干细胞移植治疗人类亨廷顿病,病人症状和体征改善,组织学显示移植细胞替代了受损细胞并部分重建了神经元间的联系(3)亨廷顿病 Jin等发现脑缺血能够促使大鼠海马齿状回和室管膜的NSC增殖 Park等将NSC移植到缺血性脑损伤的小鼠脑中,NSC
15、显示强烈的移植物外源基因表达,并分化为损伤缺失的神经细胞 Kondziolka等将人的NSC体外分化为神经元并移植到12例脑卒中患者的基底节。术前、术后的神经功能、PET和MRI检查结果表明NSC移植是安全的,6例患者的神经功能明显改善,PET扫描显示梗死部位的代谢活动增强(4)脑梗死Nonaka等用全反式维甲酸诱导胚胎干细胞分化为神经干细胞,注射到脑出血大鼠模型的对侧侧脑室内,28后在出血腔周围看到胚胎干细胞来源的神经元细胞和星形胶质细胞,神经元在侧脑室室管膜下区形成细胞结节Jeong等发现,通过静脉移植的神经干细胞选择性地移行到大鼠脑血肿周围,分化为神经元细胞(约10%)和星形胶质细胞(约
16、75%)(5)脑出血McDonald等将NSC注入大鼠胸髓损伤模型,2周后分化成少突胶质细胞、星形胶质细胞和神经元,并发现后肢部分负重与协调能力恢复Iwanami等将体外扩增的人NSC移植到损伤后9的狨猴脊髓,8周后分化为神经元、星形胶质细胞和少枝胶质细胞,损伤腔减小,同时运动功能明显增强(6)脊髓损伤Riess等对颅脑损伤的动物进行NSC移植治疗,发现NSC能分化为神经元并改善实验动物的运动功能Wennersten等在成年大鼠单侧顶叶皮质脑挫伤后,马上将人NSC移植到损伤附近,2周和6周后,移植细胞出现在损伤区域周围、海马、胼胝体和同侧的室管膜下区,双重染色显示分化为神经元细胞和星形胶质细胞
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