细胞与细胞工程专业课件

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1、1Cell&Cell EngineeringSchool of Life Sciences,Xiamen UniversityDr.Gaoliang Ouyang(欧阳高亮欧阳高亮)Dr.Shuyong Lin(林舒勇林舒勇)22021-2021年第2学期 生命科学导论安排讲座号题目任课教师第一讲细胞与细胞工程欧阳高亮，林舒勇第二讲基因与基因工程徐虹，顾颖第三讲微生物与传染性疾病陈毅歆，陈航姿，王彦海第四讲营养与健康金利华，周克夫第五讲人类遗传学与优生许晔，李光第六讲生物多样性与环境保护郑文教，杨盛昌第七讲生物技术在农业和医学领域的应用吴婷，程喆第八讲生物伦理与社会决策张赛群，陈长平课程召集人

2、：罗大民课程召集人：罗大民3Fertilized egg can be developed into embryo and used to isolate embryonic stem cells4生命科学研究的范畴和层次生命科学研究的范畴和层次n核心领域：生物学：生物学（动物学，植物学等），生物医生物医学科学学科学（疾病相关研究）n小分子-生物大分子-细胞细胞器器-细胞细胞-组织-器官-生物个体-群落-生态系统5Science,Dec.2021Science 2021Science 2021年度十大科学进展年度十大科学进展6心肌细胞心肌细胞肝细胞肝细胞胰腺细胞胰腺细胞精子精子卵子卵子胚胎胚胎

3、干细胞干细胞7饮食对肠道微生物组产生的作用，以及它们对患病风险的影响癌症免疫学研究黑色素瘤治疗方案（dabrafenib（BRAF抑制剂）和trametinib（MEK抑制剂）组合药物）单细胞测序技术人类连接组项目(Human Connectome Project)计划植物学基础研究调控植物生长的分子遗传学机制Science Science 和和 Nature 2021Nature 2021年度年度生命科学领域热点预测生命科学领域热点预测8Nature杂志则指出今年干细胞试验的基础研究和临床研究也许会杂志则指出今年干细胞试验的基础研究和临床研究也许会取得新进展，其编辑认为一项利用人类胚胎干细胞

4、（取得新进展，其编辑认为一项利用人类胚胎干细胞（hESC）进行）进行的早期临床试验应该在的早期临床试验应该在2021年会获得具有里程碑意义的研究结果，年会获得具有里程碑意义的研究结果，这个由著名的先进细胞技术公司进行的实验，正在将源自这个由著名的先进细胞技术公司进行的实验，正在将源自hESC的的视网膜细胞注入视网膜细胞注入36名患有两种形式的无法治愈的退行性失明的患名患有两种形式的无法治愈的退行性失明的患者眼中。这是目前唯一一家获得美国食品与药物管理局（者眼中。这是目前唯一一家获得美国食品与药物管理局（FDA）批准开展批准开展hESC治疗试验的公司，并且先进细胞技术公司希望治疗试验的公司，并且

5、先进细胞技术公司希望FDA能够为其开绿灯，从而于今年在病人中对诱导自成熟细胞的干细能够为其开绿灯，从而于今年在病人中对诱导自成熟细胞的干细胞进行测试。胞进行测试。9细胞工程细胞工程细胞工程是运用细胞分子生物学理论与技术，定向改造细胞乃细胞工程是运用细胞分子生物学理论与技术，定向改造细胞乃至生物。至生物。用这种技术可以对细胞进行操作，达到定向改造生物的目的用这种技术可以对细胞进行操作，达到定向改造生物的目的,是人们根据科学设计改变细胞的遗传基础，通过无菌操作，大是人们根据科学设计改变细胞的遗传基础，通过无菌操作，大量培养所需细胞，诱导形成组织甚至发育为完整个体的技术。量培养所需细胞，诱导形成组织

6、甚至发育为完整个体的技术。迄今为止，人们已经从基因水平、细胞器水平以及细胞水平开迄今为止，人们已经从基因水平、细胞器水平以及细胞水平开展了多层次的大量工作，在细胞培养、细胞融合、细胞代谢物展了多层次的大量工作，在细胞培养、细胞融合、细胞代谢物的生产和生物克隆等诸多领域取得一系列令人瞩目的成果，其的生产和生物克隆等诸多领域取得一系列令人瞩目的成果，其中代表细胞水平的细胞工程研究也显示其巨大的应用前景。中代表细胞水平的细胞工程研究也显示其巨大的应用前景。10n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第二节 动物细胞工程动

7、物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程n9、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n10、低头要有勇气，抬头要有低气。2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022 6:23:26 AMn11、人总是珍惜为得到。2022-9-32022-9-32022-9-3Sep-223-Sep-22n12、人乱于心，不宽余请。2022-9-32022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n13、生气是拿别人做错

8、的事来惩罚自己。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n14、抱最大的希望，作最大的努力。2022年9月3日星期六2022-9-32022-9-32022-9-3n15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2022年9月2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n16、业余生活要有意义，不要越轨。2022-9-32022-9-3September 3,2022n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-312第一节第一节 细胞的特征细胞的特征l细胞细胞是生命的结构结构

9、和功能功能的基本单位。l细胞是生命活动的基本单位。l单细胞生物，一个细胞就是一个个体，而多细胞生物则由许多细胞成一个个体。我们所看到的生物体都是由多细胞所组成。在多细胞生物体中，由形态结构相似的细胞再组成组织，执行着生物体中的部分功能。n9、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n10、低头要有勇气，抬头要有低气。2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022 6:23:27 AMn11、人总是珍惜为得到。2022-9-32022-9-32022-9-3Sep-223-Sep-22n12、人乱于

10、心，不宽余请。2022-9-32022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n14、抱最大的希望，作最大的努力。2022年9月3日星期六2022-9-32022-9-32022-9-3n15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2022年9月2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n16、业余生活要有意义，不要越轨。2022-9-32022-9-3September 3,2022n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要

11、自强不息。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-314n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程15根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两大类：根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两大类：原核细胞（原核细胞（prokaryotes）和真核细胞（）和真核细胞（eukaryotes）细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称为原核生物，几乎所有细菌、蓝藻和放线菌等由原核

12、细胞构成的有机体称为原核生物，几乎所有的原核生物都由单个原核细胞构成。的原核生物都由单个原核细胞构成。由真核细胞构成的有机体则称为真核生物，真核细胞大多存在于多细胞生由真核细胞构成的有机体则称为真核生物，真核细胞大多存在于多细胞生物中。物中。单细胞生物与多细胞生物单细胞生物与多细胞生物在适应环境等方面各有千秋在适应环境等方面各有千秋.（一）（一）细胞分类细胞分类一一.细胞的基础知识细胞的基础知识16（二）（二）细胞的大小和形态细胞的大小和形态支原体（支原体（mycoplasma）巨型乌贼神经细胞巨型乌贼神经细胞（nerve cell）蕨藻（蕨藻（caulerpa）17细胞形态的多样性细胞形态的

13、多样性硅藻硅藻草履虫草履虫18无论各种细胞的大小和形态有多大的差异，它们无论各种细胞的大小和形态有多大的差异，它们都由一层具有一定生物学功能的细胞膜包裹在细都由一层具有一定生物学功能的细胞膜包裹在细胞外层。由于这层细胞膜将细胞内部和外部环境胞外层。由于这层细胞膜将细胞内部和外部环境分隔开，使细胞内部的各种生命活动发生在特定分隔开，使细胞内部的各种生命活动发生在特定的环境中保障了单细胞个体的生命活动和多细胞的环境中保障了单细胞个体的生命活动和多细胞个体中不同功能细胞的相对独立性，使其成为生个体中不同功能细胞的相对独立性，使其成为生物体的功能单位。物体的功能单位。（三）细胞的结构（三）细胞的结构1

14、9n结构简单，因而相对较小n没有细胞核和大多数细胞器（恒定的内膜系统)n细菌和古细菌两类n三个结构区域：鞭毛或纤毛，胞外被膜和细胞质I.原核细胞原核细胞 Prokaryotic cells20 三大结构体系：三大结构体系：l 生物膜系统生物膜系统：质膜、内膜系：质膜、内膜系统（细胞器）统（细胞器）l 遗传信息表达系统：染色质遗传信息表达系统：染色质(体体)、核糖体、核糖体、mRNA、tRNA等等l 细胞骨架系统：细胞骨架系统：胞质骨架、胞质骨架、核骨架核骨架II.真核细胞真核细胞（eukaryotic cells）chromatid21n具有核膜和由膜围成的各种细胞器细胞器，如内质网、高尔基体

15、、线粒体、叶绿体、溶酶体等。n内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化区隔化(compartmentalization)。区隔化使细胞内表面积增加了数十倍，代谢能力增强。22n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程23G0期期:休眠期休眠期G1期期:DNA合成前期合成前期S 期期:DNA合成期合成期G2期期:DNA合成后期合成后期M 期期:有丝分裂期有丝分裂期（一）细胞增殖（一）细胞增殖二

16、二.细胞的功能细胞的功能20 h细胞分裂三种方式细胞分裂三种方式24(二二)细胞分化细胞分化多细胞生物体是由各种各样形态多细胞生物体是由各种各样形态和功能都不同的细胞群所组成。和功能都不同的细胞群所组成。高等动、植物由受精卵细胞开始高等动、植物由受精卵细胞开始的胚胎发生过程随着细胞分裂次的胚胎发生过程随着细胞分裂次数的增加而使得早期胚胎的细胞数的增加而使得早期胚胎的细胞数量也增加许多。其中有些细胞数量也增加许多。其中有些细胞在形态、结构和功能上逐渐发生在形态、结构和功能上逐渐发生了差异，这种细胞之间差异的发了差异，这种细胞之间差异的发生过程就是细胞分化生过程就是细胞分化个体发育个体发育的过程就

17、是细胞分化的过程，个的过程就是细胞分化的过程，个体的各种器官和组织都是通过细体的各种器官和组织都是通过细胞分化形成的。胞分化形成的。囊胚囊胚原肠胚原肠胚25Examples of names and types of cell death.(AI)Electron microscopy;(JL)phase contrast.(A)Normal HeLa cells;(B)treated with staurosporin to induce apoptosis;or(C)treated with thapsigargin to induce autophagy(Galluzzi et al,2

18、022).(D)Apoptotic,and(E)necroptotic Jurkat cells(Degterev et al,2021).(F)Paraptotic 293T cells(Sperandio et al,2022;copyright(2022)National Academy of Sciences,USA).(G)Necrotic and(H)autophagic iBMK cells(Degenhardt et al,2021;Mathew et al,2022).(I)Ras-expressing U251 glioblastoma cells showing macr

19、opinosomes(J.H.Overmeyer,A.Kaul,E.E.Johnson&W.A.Maltese,unpublished data).(J)Dictyostelium cells,vegetative,(K)undergoing vacuolar autophagic cell death,and(L)undergoing necrotic cell death(Laporte et al,2022).凋亡凋亡自吞噬自吞噬凋亡凋亡坏死坏死自吞噬自吞噬坏死坏死凋亡（凋亡（apoptosis，程序性死，程序性死亡），坏死（亡），坏死（necrosis），自），自吞噬（吞噬（autop

20、hagy），衰老），衰老（senescence）(三三)细胞衰老和死亡细胞衰老和死亡26l Hayflicks Limit:human cells derived from embryonic tissues can only divide a finite number of times(50)in culture FibroblastDivision 20 times50 times细胞衰老27Limitless Replicative Potential Human somatic cells have a finite replicative potential,once cells

21、progressed through a certain number of doublings,cells will stop growing-a process termed senescence.28Loss of proliferative capacity with age29Apoptosis and normal morphogenesis(Mouse paw)30细胞死亡控制失效的后果：细胞死亡控制失效的后果：n该死的不死：肿瘤该死的不死：肿瘤n不该死的死了：退行性疾不该死的死了：退行性疾病（病（AD，Parkinsons Disease）31Tumors as Complex

22、 TissuesThe tumor microenvironment is regulated not only by cancer cells but also by endothelial cells,immune cells and stromal elements-Hanahan D,Weinberg RA.Cell,2022.(四四)肿瘤肿瘤32Cell cycle checkpoint33Tumor invasion-metastasis cascade（肿瘤侵袭转移）（肿瘤侵袭转移）34Cancers Result From genetic Mutationl Alteratio

23、n in the cells DNA sequencel Epigenetic change:a change in the pattern of gene expression without a change in the DNA sequence Chemical carcinogensIonizing radiationsViruses Agents that give rise to cancer 35 Many,but not all,cancer-causing agents damage DNAl Fungal toxin aflatoxin B1 The more poten

24、t ones are relatively inert chemically and become damaging only after they have been changed to a more reactive form by metabolic processes Metabolic activation of a carcinogen36Zhou BB,et al.Nat Rev Drug Discov.2022.Cancer stem cells(CSCs),also known as tumor initiating cells or tumorigenic cells,r

25、efer to a small subset of tumor cells that have stem-like cell properties,the ability to self-renew,differentiate into heterogeneous populations of cancer cells,and seed new tumors in a xenotransplant system.Cancer stem cell(肿瘤干细胞）肿瘤干细胞）37n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第

26、二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程38u体外培养细胞的基本类型体外培养细胞的基本类型第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程一、动物细胞培养一、动物细胞培养39无菌室无菌操作台40二氧化碳培养箱倒置显微镜细胞计数仪41透射电子显微镜透射电子显微镜激光扫描共聚焦显微镜激光扫描共聚焦显微镜42培养瓶培养皿培养板培养液43n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体

27、n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程44二二.单克隆抗体单克隆抗体 19751975年英国科学家年英国科学家MilsteinMilstein和和KohlerKohler将产生抗体将产生抗体的淋巴细胞同肿瘤细胞融合，成功建立了单克隆抗的淋巴细胞同肿瘤细胞融合，成功建立了单克隆抗体技术，而获得体技术，而获得19841984年诺贝尔医学和生理学奖。年诺贝尔医学和生理学奖。每个每个B B淋巴细胞仅专一地产生、分泌一种针对某淋巴细胞仅专一地产生、分泌一种针对某种抗原决定簇的特异性抗体，而肿瘤细胞可以无限种抗原决定簇的特异性抗体，而肿瘤细胞可以无限增殖，因此杂交瘤细胞可在体外培养或移植到体内增殖，因此

28、杂交瘤细胞可在体外培养或移植到体内条件下分泌大量单克隆抗体。条件下分泌大量单克隆抗体。单克隆抗体技术的最主要优点是可以用不纯的抗单克隆抗体技术的最主要优点是可以用不纯的抗原分子大量制备纯一的单克隆抗体。原分子大量制备纯一的单克隆抗体。4546单克隆抗体的应用单克隆抗体的应用n分子细胞生物学基础研究分子细胞生物学基础研究n疾病的定向治疗（肿瘤免疫疗法，风湿性关节炎等）疾病的定向治疗（肿瘤免疫疗法，风湿性关节炎等）n疾病的早期诊断疾病的早期诊断超过超过150亿美元的市场亿美元的市场47n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n

29、第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程48三三.动物克隆动物克隆生物学上，克隆指的是低等生生物学上，克隆指的是低等生物无性繁殖产生遗传信息完全物无性繁殖产生遗传信息完全一致的群体的自然存在的过程。一致的群体的自然存在的过程。生物技术领域，克隆指的是复生物技术领域，克隆指的是复制（拷贝）制（拷贝）DNADNA片段（分子克片段（分子克隆），细胞（细胞克隆，应用隆），细胞（细胞克隆，应用于干细胞）乃至生物体（生殖于干细胞）乃至生物体（生殖克隆）的手段。克隆）的手段。生殖克隆一般指创造遗传特性生殖克隆一般指创造遗传

30、特性上完全一致的多细胞个体的过上完全一致的多细胞个体的过程，是一种无性繁殖。程，是一种无性繁殖。人为创造人为创造：体细胞核移植体细胞核移植，利用显微外科技术，将一个体细胞核移植到一个去核的卵细胞中，再植入母体子宫，便可不经授精而发育。胚胎分裂（胚胎孪生）胚胎分裂（胚胎孪生）自然存在：个别雌性昆虫，自然存在：个别雌性昆虫，甲壳类和蜥蜴甲壳类和蜥蜴成熟个体的复制成熟个体的复制49克隆研究的历史及现状克隆研究的历史及现状Hans spemann,1869-194119281928年进行了首次核移植实验年进行了首次核移植实验19351935年年 获诺贝尔生理医学奖获诺贝尔生理医学奖19381938年预

31、言了克隆高级生物的可能性年预言了克隆高级生物的可能性德国胚胎生物学家（the father of cloning）50Hans Spemann的蝾螈核移植实验的蝾螈核移植实验1938年Spemann和他的学生发现，把发育早期的蝾螈细胞核移植到去除了细胞核的发育晚期蝾螈胚胎中，胚胎细胞可以继续发育成为一个完整的蝾螈。515219521952年年Briggs Briggs 和和 KingKing用囊胚细胞核克隆了蝌蚪用囊胚细胞核克隆了蝌蚪Robert Briggs(1911-1983)Thomas King(1921-2022).紫外线照射未受精卵移核卵蝌蚪197197移核卵，移核卵，104104

32、个分裂发育，个分裂发育，3535各发育为胚胎，各发育为胚胎，2727个成为蝌蚪个成为蝌蚪The first cloned vertebrate囊胚细胞囊胚细胞分化早期的胚胎细胞分化早期的胚胎细胞5319621962年年John GurdonJohn Gurdon用肠细胞（用肠细胞（分化终末细胞分化终末细胞）核克隆青蛙）核克隆青蛙John Gurdon (1933-)紫外线照射紫外线照射未受精卵未受精卵移核卵移核卵蝌蚪蝌蚪提取肠上皮细胞核提取肠上皮细胞核注入细胞核注入细胞核蝌蚪蝌蚪囊胚囊胚囊胚囊胚不分裂不分裂畸形胚畸形胚成蛙成蛙 细胞可以细胞可以“重编程重编程”克隆技术的基础克隆技术的基础541

33、979年Karl Illmensee 宣布运用核移植法成功克隆了3只小鼠，但该结果没有得到科学界公认1986年丹麦科学家Steen Willadsen 成功利用胚胎胚胎细胞细胞克隆出一头绵羊，这是首次证实的通过核移植技术克隆哺乳动物哺乳动物的克隆哺乳动物的克隆1995年7月 苏格兰Roslin研究所的Ian Wilmut 和Keith Campbell 运用早期分化的胚胎细胞早期分化的胚胎细胞克隆出了两头绵羊，命名为Megan 和Morag,这被看作是多莉诞生的前奏1996年7月5日第一个用成年体成年体乳腺乳腺细胞细胞克隆产生的哺乳动物绵羊多莉（Dolly）诞生55July 5,1996 Fe

34、bruary 14,2003多莉多莉（Dolly）Royal Museum in Edinburgh56Wilmut,A.E.Schnieke,J.McWhir,A.J.Kind and K.H.Campbell.Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells.Nature,1997,385:810813.57克隆羊多莉引发的动物克隆热克隆羊多莉引发的动物克隆热牛，05/07/1998,日本猴，14/01/2021,美国猫，14/02/2021,美国骡，29/05/2021,美国小鼠，05/12/1999,美国骆驼，8

35、/04/2022,阿联酋58(1)遗传素质完全一致的克隆动物将更有利于开展对动物(人)生长、发育、衰生长、发育、衰老和健康等机理的研究老和健康等机理的研究；(2)有利于大量培养品质优良的家畜品质优良的家畜;(3)经转基因的克隆哺乳动物转基因的克隆哺乳动物，将能为人类提供源源不断的廉价的药品、保健品以及较易被人体接受的移植器官；(4)科学家将很快地从目前的同种克隆技术推进到异种克隆异种克隆,即借腹怀胎的新领域,这无疑将大大促进对濒临灭种的哺乳动物的保护工作。克隆技术将对克隆技术将对21世纪产生世纪产生的重大影响（？）的重大影响（？）59n第一节第一节 细胞的特征细胞的特征n细胞的基础知识细胞的基

36、础知识n细胞的生长、分化与死亡细胞的生长、分化与死亡n第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程n动物细胞培养动物细胞培养n单克隆抗体单克隆抗体n动物克隆动物克隆n干细胞工程干细胞工程60Stem cells are powerful tools in biology and medicine.What can scientists do with these cells to exploit their incredible potential?Adapted from Principles of Biology published by Nature Education.JAMES KING-

37、HOLMES/SCIENCE PHOTO LIBRARYA mouse embryo is held in place during nuclear transfer.The eggs genetic material has been removed and an adult cell nucleus is injected in its place.四四.干细胞工程干细胞工程 61 Pluripotent:can transform into any one of the 220 cell types in the human body.Self-renewal:one stem cell

38、 can also divide to produce millions more stem cells.1.What are Stem Cells?62 in nearly all animals,from tiny worms to mice and humans.embryonic stem cells adult stem cells induced pluripotent stem(iPS)cells2.Types of Stem Cells 63Embyonic Stem Cells VS.Adult Stem CellsStem Cells:Flexible friends Na

39、ture 483,S22S2664 In the past decade,scientists have also learned to make stem cells from regular mature,differentiated cells.These cells are called induced pluripotent stem cells because scientists force them to become pluripotent even after they have reached a differentiated state.By turning up th

40、e expression of just a few genes,scientists can force a skin cell,for example,to retrace its developmental pathway backwards all the way to a flexible pluripotent state.Induced Pluripotent Stem Cells 653.Medical Applications Stem cells can teach us about the biology of pluripotent cells,how the huma

41、n body develops,and what happens during disease.They are also a tool for developing safer ways to design and test new medications.they are the basis for regenerative medicine,using stem cells to repair damaged tissue.66The discoveries of Gurdon and Yamanaka have shown that specialised cells can turn

42、 back the developmental clock under certain circumstances.Although their genome undergoes modifications during development,these modifications are not irreversible.We have obtained a new view of the development of cells and organisms.Research during recent years has shown that iPS cells can give ris

43、e to all the different cell types of the body.These discoveries have also provided new tools for scientists around the world and led to remarkable progress in many areas of medicine.iPS cells can also be prepared from human cells.For instance,skin cells can be obtained from patients with various dis

44、eases,reprogrammed,and examined in the laboratory to determine how they differ from cells of healthy individuals.Such cells constitute invaluable tools for understanding disease mechanisms and so provide new opportunities to develop medical therapies.From surprising discovery to medical use皮肤细胞皮肤细胞i

45、PS神经细胞神经细胞心肌细胞心肌细胞肝细胞肝细胞精子、卵子精子、卵子67Why is a therapeutic cloning approach important?By growing new body parts from existing ones from the same person we can avoid transplant rejection problems.By using cells re-engineered or“cloned”from ourselves we can become our own transplant source-similar to ba

46、nking blood for ourselves before a surgical operation.68People in the US affected by diseases that may be helped by stem cell researchConditionNumber of Persons AffectedCardiovascular diseases 58 MillionAutoimmune diseases 30 MillionDiabetes16 MillionOsteoporosis10 MillionCancer8.2 MillionAlzheimers

47、 disease4 MillionParkinsons disease1.5 MillionBurns(severe)0.3 MillionSpinal cord injuries0.25 MillionBirth defects150,000(per year)Total 128.4 Million-Data from the Patients Coalition for Urgent Research,Washington,DC(according to Perry,Ref.267).69NATURE|NEWSChinas stem-cell rules go unheededHealth

48、 ministrys attempt at regulation has had little effect.Nature 484,149150(12 April 2021)Its boom time for firms selling stem-cell treatments,such as those derived from umbilical blood.LIU HAIFENG/XINHUA PRESS/CORBIS70NATURE|NEWSStem-cell therapy takes off in TexasA boom in unproven procedures is worr

49、ying scientists.Nature 483,1314(01 March 2021)Celltex hosts the largest stem-cell bank in the United States.TYLER RUDICK714.Development of the Stem Cell techniqueSource:http:/ are the Stem Cells?n自然胚胎n克隆人胚胎-核移植/混种胚胎-核移植n体细胞诱导多能干细胞体细胞诱导多能干细胞n(体细胞转分化)73 In 1868,German biologist Ernst Haeckel first use

50、d the term stem cell to describe a zygote.Researchers have been working with mouse embryonic stem cells since 1981.the field took off in 1998,when researchers isolated human embryonic stem cells for the first time.（最早的人类多能干细胞是从体外受精的临床病例中得来的多余胚泡。这个里程碑式的事件是James Thomson领导的University of Wisconsin,Madis

51、on的实验室在1998年的成果。）3.1 Isolation and culture of Stem Cells 743.2 Objections to Stem Cell Reasearch752021纽卡斯尔大学将从人类皮肤细胞人类皮肤细胞中提取的DNA注入来自母牛卵巢的卵母牛卵巢的卵子子，卵子的所有遗传物质基本上都被去除。3.3 Interspecies Embryos2021上海第二医科大学盛慧珍教授研究组将人的体细胞人的体细胞核核植入去核的兔卵兔卵细胞细胞中。763.4 Adult Stem Cells do not raise the ethical questions that

52、embryonic stem cells do because no embryos are needed exist in very small numbers often buried deep in the tissue mainly used for two treatments:bone-marrow transplants to rebuild a patients immune system,and skin grafts to replace skin over a burn or other injury other applications for adult stem c

53、ells？use drugs to activate a patients own adult stem cells to perform the necessary repairs？77For a long time,scientists thought that once a cell differentiated,it could never regain its pluripotency.They assumed that it must be set in its identity because it had so many genes turned on and off in w

54、ays particular to that cell type.In 2021,however,Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka of Kyoto University in Japan proved otherwise.They turned mouse skin cells specifically,fibroblasts into stem cells.These were the first induced pluripotent stem(iPS)cells.3.5 Induced Pluripotent Stem Cells 78 T

55、he first direct reprogramming of adult human fibroblasts.Ian WilmutScottish Centre for Regenerative Medicine,University of EdinburghIn 2022 issues of Cell and Science,Yamanaka and colleagues(Takahashi et al.,2022)and Yu and colleagues(Yu et al.,2022)demonstrate that expression of four specific trans

56、cription factors gives adult human fibroblasts many of the characteristics of human embryonic stem cells.Refinements of this procedure will make it possible to produce pluripotent human cell lines without use of an embryo.There are profound scientific and social implications of this research.Cell St

57、em Cell,2022 Dec 13;1(6):593-4.I decided a few weeks ago not to pursue nuclear transfer-the method used to create Dolly the sheep,he said,admitting the new method was easier to accept socially.79十年科学进展十年科学进展1.The Dark Genome：基因组中的“暗物质”3.Ancient DNA：古生物的DNA5.Reprogramming Cells：细胞重编程：细胞重编程6.The Micro

58、biome：人体内微生物组8.Inflammation：炎症反应的阴暗面Science,Dec.202180The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021.Nobelprize.org.21 Feb 2021 http:/www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2021/The Nobel Prize recognizes two scientists who discovered that mature,specialised cells can be reprogrammed to

59、become immature cells capable of developing into all tissues of the body.Their findings have revolutionised our understanding of how cells and organisms develop.81John B.Gurdon discovered in 1962 that the specialisation of cells is reversible.The DNA of the mature cell still had all the information

60、needed to develop all cells in the frog.Would it ever be possible to turn an intact cell back into a pluripotent stem cell?specialisation of cells is reversible82Shinya Yamanaka discovered more than 40 years later,in 2021,how intact mature cells in mice could be reprogrammed to become immature stem

61、cells.Surprisingly,by introducing only a few genes,he could reprogram mature cells to become pluripotent stem cells,i.e.immature cells that are able to develop into all types of cells in the body.how intact mature cells in mice could be reprogrammed to become immature stem cells83Thank You!84n9、人的价值

62、，在招收诱惑的一瞬间被决定。22.9.322.9.3Saturday,September 03,2022n10、低头要有勇气，抬头要有低气。*9/3/2022 6:23:30 AMn11、人总是珍惜为得到。22.9.3*Sep-223-Sep-22n12、人乱于心，不宽余请。*Saturday,September 03,2022n13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。22.9.322.9.3*September 3,2022n14、抱最大的希望，作最大的努力。2022年9月3日星期六*22.9.3n15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2022年9月*22.9.3*September 3,

63、2022n16、业余生活要有意义，不要越轨。*9/3/2022n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。*22.9.3谢谢大家谢谢大家n9、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n10、低头要有勇气，抬头要有低气。2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022 6:23:31 AMn11、人总是珍惜为得到。2022-9-32022-9-32022-9-3Sep-223-Sep-22n12、人乱于心，不宽余请。2022-9-32022-9-32022-9-3Saturday,September 03,2022n13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n14、抱最大的希望，作最大的努力。2022年9月3日星期六2022-9-32022-9-32022-9-3n15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2022年9月2022-9-32022-9-32022-9-39/3/2022n16、业余生活要有意义，不要越轨。2022-9-32022-9-3September 3,2022n17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2022-9-32022-9-32022-9-32022-9-3谢谢大家谢谢大家