诱导多能性干细胞-张严ppt课件

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诱导性多能干细胞-精品医学课件

研究方法与安全性
IPS细胞在制造过程中，研究人员使用了4种遗传基因加入了7种包括可阻碍特定蛋白质合成的物质和酶在内
的化合物，以研究其各自的制造效率研究结果显示，没有添加化合物时，遗传基因的导入
效率为0.01%-0.05%，而加入了一种叫“巴尔普罗酸” 的蛋白质合成阻碍剂之后，导入效率竟升至9.6%14%。这很可能是因为“巴尔普罗酸”可以促进多能遗传基因的活性今后，研究人员将就添加化合物是否会使遗传基因产生变异展开研究，以在提高制造效率的同时保证安全性
诱导性多能干细胞
诱导性多能干细胞
2006年日本京都大学Shinya Yamanaka在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能干细胞的研究
Oct3/4,Sox2、c-Myc和Klf4四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似
基于转座子(piggyBac)的质粒导入系统（2009 Nature）
基于随体的质粒（episomal plasmid）导入系
统(2009 Nature)
直接用组蛋白建立诱导性多能干细胞（2009 Cell）
直接导入多能性因子的mRNA（2010 BBRC, 2010, Cell Stem Cell）
人诱导性多能干细胞的应用前景
疾病模型，研究疾病发生，搭建筛药平台。细胞治疗 “用你的细胞定做器官” （Konrad Hochedlinger，《环球科学》2010）优势：不使用胚胎来源材料，规避伦理问题。自体移植没有免疫排斥效应。
获得iPS方法改进

干细胞分子生物学ppt课件

• c-Myc Global Histone Acetylation, Oncogene
iPS细胞是否是多能干细胞？
从多个方面与胚胎干细胞进行比较
1.iPS细胞克隆形态 2.生长特性 3. 表面标志物 4. 基因表达模式 5. 表观遗传学特征 6.拟胚体(Embryoid bodies，EBs)形成 7.畸胎瘤(Teratoma)形成 8.嵌合体(Chimeras)形成
iPS cells研究领域的开创者
学习研究经历 1993年 3月：大阪市立大学医学研究科博士毕业 1993年4月：美国加州大学旧金山分校博士后
奖励 2009年拉斯克基础医学奖 2008年邵逸夫生命科学与医学奖 2011年沃尔夫医学奖
未来诺贝尔奖得主热门人选
山中伸弥（Shinya Yamanaka）
筛选诱导产生的干细胞
1.观察外型（细胞数太多、不够准确） 2. 利用干细胞和体细胞的差异区分
基因表达（只在干细胞中特异表达的基因）选择性杀死不表达干细胞标记基因的细胞、保留表达干细胞标志基因的细胞让其增殖、富集。
诱导性干细胞的药物筛选系统
Fbx15 β-geo/β-geo Knock in 小鼠
1997年克隆羊的诞生揭示了哺乳动物卵中也存在多能性诱导因子（PIF）。
之后，细胞融合等实验暗示ES 中就含有多能性诱导因子。
具体是哪些基因或蛋白维持干细胞的多能性？
体细胞诱导产生多能干细胞？
这个问题的核心内容就是寻找多潜能性的诱导因子 (Pluripotency inducing factor, PIF)
3.单能干细胞 (Unipotent Stem Cells) 这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫卫星细胞。

干细胞精品PPT课件

退行性病变自体免疫性疾病
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多能干细胞的来源：
直接从处于胚泡阶段的人类胚胎
人胚
的内细胞团分离出来
从终止妊娠胎儿组织中分离出来
体细胞核转移（SCNT）技术重组获取
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重要突破：皮肤细胞能被诱导成为多能干细胞 (2006,Cell)
2007年11月20 日，日美科学家同天宣布：
Sox2 Klf4
Oct4
c-Myc
小鼠成纤维细胞
（即干细胞的可塑性）（后述）
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（四）干细胞增殖与分化的微环境 1、分泌因子 2、受体介导的细胞间相互作用 3、胞间基质和整合素
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三、干细胞的分类及相关知识（一）按发育进程进行分类
胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC)
胚胎生殖细胞（胚胎生殖干细胞）（embryonic germ cell, EGC)
成纤维细胞中转入关键基因，得到iPS 细胞
iPS Cells(诱导性多能干细胞）
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诱导性多能干细胞被诱导分化成运动神经元：
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3、（成体）多能干细胞（multipotent stem cell）
指multipotent”描述的“多潜能”与胚胎干细胞用的 “pluripotent ”描述的“多潜能”有质的差异。成体多能干细胞具有分化出多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。
成体干细胞（成人干细胞）（adult stem cell)
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1、胚胎干细胞（ESC）指来自胚泡（blastocyst）（胚胎早
期4~5天）内细胞团（inner cell mars）的一组二倍体细胞，分化具多能性。
从胚泡分离后可培养成ESC。

干细胞基础培训PPT课件

干细胞的生物学表现
远合性干细胞向远位组织或器官内的迁移及嵌合于其内分化性分化性包括神经系统损伤区域内局部的微环境影响干细胞移植后的分化;骨髓和脐血间充质干细胞向神经样细胞的分化低抗原性干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟的细胞抗原，具有低免疫源性
干细胞的分类-功能
1、全功能干细胞(totipotent stem cell,TSC) 由卵和精细胞的融合产生受精卵。而受精卵在形成胚胎过程中分裂至64个细胞左右的任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力也可以发育成为身体内200多种细胞类型中的任何一种。 2、多功能干细胞（pluripotent stem cell）无法发育成一个个体，但具有可以发育成多种组织的能力的细胞。 3、专功能干细胞（unipotent stem cell）只能产生一种细胞类型；但是具有自更新属性。
造血干细胞
定义：造血干细胞是所有血细胞的原始细胞。所有的血细胞都是由造血干细胞定向分化、增殖而成来源：主要存在于骨髓、外周血、脐带血中特点：造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源形态不一致造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的最有效方法。
间充质干细胞
干细胞，医学的第二次革命！
人类干细胞的分离、培养和应用研究可能是人类生命科学研究上划时的进步，它几乎涉及所有的生命科学和生物医药学领域。临床疾病治疗人造器官移植生物制药医疗美容
疾病
1 干细胞治疗心力衰竭 2 干细胞治疗肝硬化 3 干细胞治疗糖尿病 4 干细胞治疗小儿脑瘫 5 干细胞治疗中风后遗症 6 干细胞治疗系统性红斑狼疮
病理条件下才显出一定的自我更新潜能
增殖能力较弱，故不能完全取代胚胎干细胞

干细胞 ppt课件

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干细胞基础知识
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什么是干细胞
干细胞(stem Cell)是指一群在胚胎发育早期未分化的细胞，具有自我更新能力(self-renew)和多向分化潜能(multipotential) 。干细胞就是在生命的成长和发育中起“主干”作用的细胞，它对于生命成长发育的重要性就如同建筑中的钢筋水泥等基本材料。干细胞是人类的原始细胞，能够发育成人体任何类型的组织和器官，可塑性很强，因此被称为 “万能细胞”。
干细胞可以通过自我复制，产生与亲本完全相同的子代
细胞，以保持干细胞数量的恒定可通过分裂维持自身细
胞的特性和大小；
➢ 多向分化：
干细胞在一定条件下可以进入分化程序，可进一步多向
（或定向）分化为逐步成熟的次级子代细胞，最终形成
功能特异的组织细胞，在组织修复和新陈代谢中起重要
作用； 2020/12/12
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干细胞研究
2010年11月15日
温家宝总理考察中
国科学院广州生物
医药与健康研究院
时强调“干细胞研
究代表着科技事业
未来发展的重要方
向。”
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干细胞研究
奥巴马2009年签署行政命令，宣布联邦政府资金可用于支持胚胎干细胞的研究。

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干细胞研究
医药界的诺贝尔奖——美国盖伦奖包括三个奖项：最佳药品，最佳生物制品和最佳医疗器械。 Hemacord——美国纽约血液中心的首个脐带血干细胞产品获得2014年美国盖伦奖的最佳生物技术产品奖。
干细胞的四大特性

素材：诱导多能干细胞技术及其应用高二下学期生物人教版选择性必修3

诱导多能干细胞技术及其应用高中生物学选择性必修三简单介绍了ips细胞诱导多能干细胞的成果与应用。

近年来，干细胞研究受到越来越多的重视，原因是干细胞具备强大的增殖潜能，经过适当诱导能定向分化为特定的组织或器官，因此在器官移植等临床医学领域具有极为重要的应用价值。

胚胎干细胞能被诱导分化为人体几乎所有种类的细胞，可以满足疾病建模、再生医学以及药物开发等方面研究的需要，但是由于胚胎干细胞的胚胎来源，相关研究存在伦理学方面的争议；而多能干细胞虽然具有分化成多种细胞组织的潜能，但是其分化能力有限，例如骨髓多能造血干细胞最多只能分化成十余种血细胞，而不能分化为造血系统以外的其他类型的细胞，且在移植后还会出现免疫排斥现象。

上述问题导致干细胞技术在临床医学上的应用一度陷入了尴尬的境地。

2006年，日本学者Takahashi和Yamanaka发现，将某些基因，包括控制干细胞多能性和自我更新的相关基因(Oct4)、性别决定区Y框蛋白2基因(Sox2)、原癌基因(c—Myc)和表皮锌指因子(相关基因)(Klf4)等，导人小鼠成纤维细胞，能使它们转化成多能干细胞，为干细胞技术研究用细胞的来源开辟了新的途径。

为区别于机体本身的多能干细胞，科学家把这种由诱导产生的多能干细胞称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stemcells，iPSCs)。

iPSCs技术不仅避免产生胚胎干细胞研究的伦理问题，而且不会发生类似自体多能干细胞分化潜能受限及移植后的免疫排斥等问题。

iPSCs技术开启了干细胞治疗的新时代，将造福人类的健康事业。

1．iPSCs技术的实施步骤iPSCs发现后旋即吸引了领域内大量科学家投身于其研究，目前已建立起一套较为成熟的iPSCs技术体系，其工作步骤主要包括：受体细胞的选择、诱导因子的筛选及优化、介导载体的选择及优化以及iPSCs的筛选及鉴定。

1．1 受体细胞的选择研究发现，机体内不同组织器官的细胞(如小鼠的B淋巴细胞、神经干细胞、肝细胞、胃表皮细胞，以及人类的纤维细胞、血液细胞、内皮细胞、骨髓细胞等)作为受体细胞，均具有被诱导而发生逆转并形成诱导多能干细胞的潜能，且这种潜能不受细胞类型及其分化阶段的影响。

干细胞的基础研究与临床应用ppt课件

学习交流PPT
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5、临床研究：
细胞移植治疗：目前无任何严重的不良副反应。基因载体治疗：将编码特定神经递质或蛋白质因子的基因转导入NSCs载体。
6、用于移植治疗的可能机制：
A、具有多向分化潜能而起到细胞替代作用； B、可分泌多种神经营养因子和细胞因子，改善内环境； C、具趋化归巢能力，可聚集于损伤部位进行修复； D、可增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路。
1、来源：最初来源于骨髓，现已从脂肪、肝脏、肌肉、羊水、胎盘、脐带血、脐带、牙髓等多种组织分离得到了MSCs 。
2、生物学特性： A、具有自我更新能力、多向分化及跨胚层分化潜能； B、有造血支持的作用； C、可抑制免疫反应；
3、鉴定：缺乏特异的标记物，以下三点为国际细胞治疗协会（ISCT）规定鉴定人MSCs的最低标准。
伊恩·维尔穆特（Ian Wilmut，胚胎学家，苏格兰爱丁堡大学再生医学中心主任）：数百万患者将受益于基因工程及干细胞科学的研究进展。
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Thank You！
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A、目前治疗的患者数量还比较少，治疗后的疗效观察时间还很短； B、干细胞增殖、分化的条件和调控机制还不明确； C、干细胞分离纯化、扩增、鉴定、诱导分化的技术还需进一步完善； D、干细胞对肿瘤的影响还存在很大争论； E、需建立临床应用的标准化程序方案（明确细胞来源、数量和质量、
临床适应症、治疗途径、临床疗效和安全性评价标准等）。
截至2010年4月，全球被批准进行利用MSCs治疗的临床试验已有80项。
且MSCs已被FDA批准用于治疗GvHD。
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脐带来源MSCs的优势：
1、来源更容易，废物利用，不涉及伦理道德问题； 2、采集方便，易于保存和运输； 3、供者无痛苦，对母婴均无损害； 4、脐带中MSCs较骨髓中含量更为丰富； 5、细胞更原始，分化潜能更大，扩增效应更强； 6、组织相容性抗原表达低或不表达，更适宜于异体间的

【复旦大学-高级病理生理学学习】_诱导性多能干细胞-_20200425234131

Molecular events in iPS Generation
Stochastic event
q Low Efficiency q Slow Kinetics
Multiple barriers
Epigenetic Mechanisms that Regulate Cell Identity. Belmonte et al. Cell Stem Cell. Nov 2010. Pluripotency: Toward a gold standard for human ES and iPS cells. Journal of Cellular Physiology. July 2009.
o Microenvironment and the initiation, proliferation, motivation, homing, differentiation and functioning of stem cells Stem cell niches
概念
用具：幻灯、桌、椅、电脑、花、水、笔记本等装饰：横幅、油漆、灯等生命系统：空气、湿度、湿度、气味外联：门、窗、电话、手机、网络
Jinyan Huang et al., 2009; Hochedlinger, 2010.
二、诱导性多能干细胞鉴定
嵌合体
THE CRITERIA TO DEFINE A
BONA FIDE IPS CELL
o Non viable staining : Positive for alkaline phosphatase staining and pluripotency factors including NANOG.
Stem Cells

诱导多能性干细胞-张严26页PPT

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0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 ——刘向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。 ——海贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
诱导多能性干细胞-张严
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新来燕，双双入我庐，先巢故尚在，相将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、陶渊明（约 365年 —427年），字元亮，（又一说名潜，字渊明）号五柳先生，私谥“靖节”，东晋末期南朝宋初期诗人、文学家、辞赋家、散
文家。汉族，东晋浔阳柴桑人（今江西九江）。曾做过几年小官，后辞官回家，从此隐居，田园生活是陶渊明诗的主要题材，相关作品有《饮酒》、《归园田居》、《桃花源记》、《五柳先生传》、《归去来兮辞》等。

诱导多能性干细胞-张严

国际学术权威杂志Science杂志刊登了北京大学生命科学学院邓宏魁教授和赵扬博士带领的研究团队在生命科学领域的一项革命性的研究成果——用小分子化合物诱导体细胞重编程为多潜能干细胞。该成果开辟了一条全新的实现体细胞重编程的途径，给未来应用再生医学治疗重大疾病带来了新的可能。在这项研究中，邓宏魁团队仅使用四个小分子化合物的组合对体细胞进行处理就可以成功地逆转其“发育时钟”，实现体细胞的“重编程”。使用这项技术，他们成功地将已经特化的小鼠成体细胞诱导成为了可以重新分化发育为各种组织器官类型的“多潜能性”细胞，并将其命名为 “化学诱导的多潜能干细胞（CiPS细胞）”。
IPS细胞的应用前景

用于器官移植建立疾病模型，了解发病机理治疗某些遗传病如：患有镰刀型贫血症的小鼠皮肤成纤维细胞建立了IPSc，并将其移植到小鼠体内，小鼠的症状得以缓解。
实验方案

1. 培养小鼠骨髓间充质干细胞 2. 实验分组：对照 Fe3O4/Au RGD-Fe3O4/Au F3-Fe3O4/Au
诱导多能性干细胞
2013.09.02
主要内容
什么是诱导多能性干细胞？获取诱导多能性干细胞的基本原理诱导多能性干细胞的诱导培养与鉴定诱导多能性干细胞技术的研究进展诱导多能性干细胞的优缺点诱导多能性干细胞的发展历程与应用前景

干细胞

具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定组织的细胞，在细胞发育过程中处于较原始阶段。包括：胚胎干细胞成体干细胞：上皮干细胞造血干细胞神经干细胞肌肉干细胞

2007年末，Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入 Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4种因子组合，而 Thompson实验室则采用了以慢病毒载体引入OCT4、 SOX2加NANOG和LIN28这种因子组合。这些研究成果被美国《科学》杂志列为2008年十大科技突破中的第1位。

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诱导多能性干细胞
2013.09.02
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主要内容什么是诱导多能性干细胞？获取诱导多能性干细胞的基本原理诱导多能性干细胞的诱导培养与鉴定诱导多能性干细胞技术的研究进展诱导多能性干细胞的优缺点诱导多能性干细胞的发展历程与应用前景
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干细胞
具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定组织的细胞，在细胞发育过程中处于较原始阶段。
2006年日本京都大学山中伸弥Shinya Yamanaka领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了iPS的研究。
他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的 iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似。

2007年末，Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多能干细胞。
所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入 Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4种因子组合，而Thompson实验室则采用了以慢病毒载体引入OCT4、SOX2加NANOG和 LIN28这种因子组合。
中国科学院动物研究所周琪研究员和上海交通大学医学院曾凡一研究员领导的研究组合作完成的工作表明，利用iPS细胞能够得到成活的具有繁殖能力的小鼠，从而在世界上第一次证明了iPS细胞与胚胎干细胞具有相似的多能性。科学家表示，这一研究成果表明iPS干细胞或许同胚胎干细胞一样可以作为治疗各种疾病的潜在来源。
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国际学术权威杂志Science杂志刊登了北京大学生命科学学院邓宏魁教授和赵扬博士带领的研究团队在生命科学领域的一项革命性的研究成果——用小分子化合物诱导体细胞重编程为多潜能干细胞。该成果开辟了一条全新的实现体细胞重编程的途径，给未来应用再生医学治疗重大疾病带来了新的可能。
在这项研究中，邓宏魁团队仅使用四个小分子化合物的组合对体细胞进行处理就可以成功地逆转其“发育时钟”，实现体细胞的“重编程”。使用这项技术，他们成功地将已经特化的小鼠成体细胞诱导成为了可以重新分化发育为各种组织器官类型的“多潜能性”细胞，并将其命名为 “化学诱导的多潜能干细胞（CiPS细胞）”。
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人诱导性多能干细胞的建立-技术流程
流程图
Cell Stem Cell,2009
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人诱导性多能干细胞的建立-克隆挑取
可挑克隆-有光滑边缘，胚胎干细胞样
一次性玻璃巴氏吸管，需制备圆口（切割，剥离）和断口（吸取）两种
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人诱导性多能干细胞鉴定
•形态鉴别与AP染色 •Realtime PCR 检测多能性基因的表达水平。 •免疫荧光鉴定胚胎标志物的表达 •多能性基因（Nanog, Oct4）启动子甲基化水平比较 •基因芯片鉴定诱导性多能干细胞与胚胎干细胞在基因表达
哈佛大学另一家实验室则发现利用病毒将3种在细胞发育过程中起重要作用的转录因子引入小鼠胰腺外分泌细胞，可以直接使其转变成与干细胞极为相似的细胞，并且可以分泌胰岛素、有效降低血糖。这表明利用诱导重新编程技术可以直接获得某一特定组织细胞，而不必先经过诱导多能干细胞这一步。
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2009年，中国科学家于2008年11月利用iPS细胞培育出小鼠——“小小”
包括：胚胎干细胞成体干细胞：上皮干细胞造血干细胞神经干细胞肌肉干细胞
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人体胚胎干(hES)细胞
胚胎干细胞（ES细胞）来源于哺乳动物胚胎发育早期的胚泡期的内细胞团，是最原始的干细胞
优点：有潜力在体内发育成任何细胞类型
缺点： ➢ (l)供体卵母细胞的来源困难, ES细
胞建系效率低 ➢ (2)免疫排斥反应 ➢ (3)ES细胞具有成瘤性 ➢ (4)体外保持ES细胞全能性的条件
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获取IPS细胞的基本原理
ES细胞和IPS细胞具有相同的基因。ES细胞中的与细胞多能性有关的基因能够表达，如：oct4，Sox2等。而已分化的体细胞中的这些基因不能表达。通过导入与多能性有关的外源基因来激活体细胞中的多能性基因，从而使体细胞从分化状态重编程为多能性干细胞。
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iPS发展历程
这些研究成果被美国《科学》杂志列为2008年十大科技突破中的第1位。
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2008年，哈佛大学George Daley实验室利用诱导细胞重新编程技术把采自10种不同遗传病患者病人的皮肤细胞转变为 iPS，这些细胞将会在建立疾病模型、药物筛选等方面发挥重要作用。
美国科学家还发现，iPS可在适当诱导条件下定向分化，如变成血细胞，再用于治疗疾病。
神经干细胞造血干细胞间充质干细胞内皮干细胞 ……
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iPS
通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞样的多潜能细胞。
iPS细胞不仅在细胞形态、生长特性、干细胞标志物表达等方面与ES细胞非常相似, 而且在DNA甲基化方式、基因表达谱、染色质状态、形成嵌合体动物等方面也与ES细胞几乎完全相同。
非常复杂 ➢ (5)伦理学争论
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成体干细胞
成体干细胞是指存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。成体干细胞存在于机体的各种组织器官中。成年个体组织中的成体干细胞在正常情况下大多处于休眠状态，在病理状态或在外因诱导下可以表现出不同程度的再生和更新能力。
谱上的相似程度 •核型鉴定 •拟胚体实验验证分化潜能 •畸胎瘤实验验证分化潜能
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人诱导性多能干细胞鉴定 -形态鉴别和AP染色
On feeder (100×) AP staining(40×) Matrigel (200×)
扁平，较高核质比 AP染色呈阳性
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qPCR检测内源多能性基因与转基因表达水平