2026届高三生物二轮复习课件干细胞前沿突破——微专题复习课

干细胞前沿突破——微专题复习课 干细胞治疗的生物学逻辑与高考复习 iPSC技术迎来爆发式突破 回顾iPS细胞的定义？ 通过导入特定转录因子，将已分化的体细胞诱导为类似胚胎干细胞（具有多向分化潜能的干细胞）的一种细胞。 比较iPS细胞和ES细胞？ 表观遗传年龄逆转——背景材料 DNA甲基化随年龄发生系统性变化：约193个CpG位点甲基化水平随年龄增加而升高，160个位点降低。Horvath教授基于此构建了“表观遗传时钟”——通过检测特定CpG位点的甲基化程度推算细胞或组织的生物学年龄。当表观遗传年龄大于实际年龄时，说明身体加速衰老；反之则更年轻。 2006年山中伸弥发现：导入Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc（山中因子）可将体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSC），但完全重编程存在致瘤风险。部分重编程（仅短暂表达山中因子数天至两周）可在细胞达到多能性前中止，擦除衰老相关的表观标记而保留细胞身份，显著降低致瘤风险。 1.什么是表观遗传年龄？DNA甲基化为什么能作为推算衰老的“分子时钟”？ 表观遗传年龄是基于DNA甲基化推算的生物年龄；随年龄增长，特定CpG位点甲基化呈规律性变化，可作为时钟。 2.完全重编程与部分重编程有何异同？请从重编程时长、细胞状态、致瘤风险三个方面比较。 完全重编程时间长→获得多能性→致瘤风险高；部分重编程时间短→保留细胞身份→致瘤风险低。 任务一 表观遗传年龄逆转——背景材料 张锋团队（《自然·生物技术》2024.6）：开发CRISPRoff 2.0“表观遗传橡皮擦”，通过添加/移除DNA甲基化标记实现细胞“记忆”的精确消除，不改变DNA序列，安全性更高。 3.张锋团队开发的“表观遗传橡皮擦”与传统的CRISPR-Cas9基因编辑有何本质区别？从作用原理和安全性角度分析。 作用原理不同：传统CRISPR-Cas9通过核酸酶切割DNA双链，改变DNA碱基序列（基因敲除/敲入），属于序列层面的永久改变；表观遗传橡皮擦（CRISPRoff 2.0）将甲基转移酶或去甲基化酶与dCas9融合，在不改变DNA序列的前提下添加或移除CpG位点的甲基化标记，调控基因表达，属于表观修饰层面的可逆改变。 安全性差异：CRISPR-Cas9切割DNA可能引发脱靶效应、染色体大片段缺失或易位，且修复过程可能激活p53导致细胞周期阻滞或凋亡；表观遗传橡皮擦不切割DNA，避免了插入突变和染色体易位风险，且作用可逆（可通过去甲基化酶擦除标记），安全性更高。 任务一 iPSC分化“通用型”T细胞——背景材料 传统自体CAR‑T需采集患者T细胞，体外基因改造、扩增后回输，耗时数周、费用高达50万美元；且每位患者需个性化制备，无法规模化。 使用健康供体T细胞制备“现货型”CAR‑T，需解决两大免疫排斥问题：移植物抗宿主病（GVHD）：供体T细胞攻击患者组织 → 需敲除T细胞受体（TCR）。宿主抗移植物排斥（HvG）：患者免疫系统清除供体细胞 → 需敲除MHC‑I类分子或引入免疫耐受信号。 iPSC来源通用型CAR‑T的技术路线：1.从健康供体建立iPSC主细胞库（可无限扩增）；2.利用CRISPR/Cas9同时敲除TRAC（TCRα链基因） 和B2M（MHC‑I类分子基因），并定点敲入CAR基因；3.将编辑后的iPSC定向分化为T细胞；4.获得同质化、批量化的“现货型”CAR‑T产品。 1.传统自体CAR‑T疗法为何难以普及？iPSC来源通用型CAR‑T从哪两个方面突破了这一困境？ 传统自体CAR‑T成本高、周期长；iPSC路线实现规模化生产降低成本（50万→2万），冷冻储存即取即用。 任务二 iPSC分化“通用型”T细胞——背景材料 2.制备iPSC来源通用型CAR‑T时，通常需要同时敲除TRAC基因和B2M基因。请分别说明敲除这两个基因的目的，并解释为什么需要“同时敲除”。 敲除TRAC→避免GVHD；敲除B2M→降低HvG排斥；同时敲除才能既安全又有效。 3.某团队利用CRISPR/Cas9在iPSC中同时敲除TRAC和B2M，并敲入CD19‑CAR基因。请设计一组对照实验，验证所获得的iPSC来源CAR‑T细胞具有“不攻击正常组织”且“不被宿主免疫清除”的双重特性。（写出实验分组、处理及预期结果） 甲组（阴性对照）：注射生理盐水； 乙组（传统自体CAR‑T对照）：注射靶向CD19的传统自体CAR‑T细胞； 丙组（未双敲除的iPSC‑CAR‑T）：注射仅敲入CAR但未敲除TRAC和B2M的iPSC来源T细胞； 丁组（实验组）：注射同时敲除TRAC和B2M并敲入CAR的iPSC来源T细胞。 GVHD评估（体重、皮肤、腹泻）：乙组和丙组出现GVHD症状，甲组和丁组无GVHD → 证明敲除TRAC可避免GVHD。 CAR‑T细胞存留检测（流式检测人CD45⁺CAR⁺细胞）：乙组细胞逐渐被清除（因HvG），丁组细胞长期存留 → 证明敲除B2M可减少宿主排斥。 抗肿瘤效果（接种CD19⁺肿瘤）：乙组和丁组均能有效清除肿瘤，甲组和丙组肿瘤进展 → 证明丁组保留抗肿瘤功能。 任务二 化学重编程iPSC分化的胰岛β细胞治愈1型糖尿病——背景材料 1型糖尿病由自身免疫破坏胰岛β细胞导致胰岛素绝对缺乏，患者终身依赖外源性胰岛素，仍面临严重低血糖及多种并发症风险。传统胰岛移植虽可治愈，但人胰腺供体极度短缺，无法大规模应用。 2006年山中伸弥用病毒导入Oct4、Sox2、Klf4、c‑Myc四因子制备iPSC，但存在基因组整合和c‑Myc原癌基因风险。2013年北京大学邓宏魁团队首创化学重编程（CiPS）：仅用化学小分子诱导体细胞成为多能干细胞，不整合基因组、不导入原癌基因，安全性显著提高。2026年研究揭示，化学重编程依赖p53发挥基因组保护作用，与传统重编程截然不同。 1.什么是1型糖尿病？为什么传统胰岛移植难以大规模应用于临床治疗？ 1型糖尿病是自身免疫攻击胰岛β细胞导致胰岛素绝对缺乏的疾病。传统胰岛移植受限于人胰腺供体极度短缺，无法满足大量患者需求。 2.化学重编程（CiPS）与山中伸弥的转基因重编程（iPS）有哪些本质区别？请从致瘤风险控制角度分析化学重编程的安全性优势。 化学重编程：小分子不整合基因组、无c‑Myc、依赖p53保护功能，安全性更高。 任务三 化学重编程iPSC分化的胰岛β细胞治愈1型糖尿病——背景材料 2006年山中伸弥用病毒导入Oct4、Sox2、Klf4、c‑Myc四因子制备iPSC，但存在基因组整合和c‑Myc原癌基因风险。2013年北京大学邓宏魁团队首创化学重编程（CiPS）：仅用化学小分子诱导体细胞成为多能干细胞，不整合基因组、不导入原癌基因，安全性显著提高。2026年研究揭示，化学重编程依赖p53发挥基因组保护作用，与传统重编程截然不同。 邓宏魁团队将患者自体脂肪细胞经化学重编程成为CiPS细胞，再定向分化为包含α、β、δ、ε、PP五种内分泌亚型的功能完备胰岛，并通过首创的腹直肌前鞘下微创移植植入患者体内。首位病史11年的1型糖尿病患者术后第75天完全脱离胰岛素，已稳定超过33个月。这是化学重编程功能细胞首次在临床实现重大疾病突破性治疗。 3.请写出CiPS细胞治疗1型糖尿病的技术路线流程图 ① 患者自体脂肪细胞 → ② 化学小分子组合 → ③ 化学重编程（建立CiPS细胞系） → ④ 定向分化（获得五种内分泌亚型的功能胰岛） 4.本研究为何选择“自体脂肪细胞”作为种子细胞并采用“自体移植”策略？ 脂肪细胞来源便捷（微创抽脂），自体来源的细胞与患者基因完全相同，不会被免疫系统攻击。 任务三 真题练习 （2025，江西）诱导多能干细胞(iPS细胞)在生物医药领域有广阔的应用前景。研究人员利用多种小分子化合物协同诱导小鼠胎儿成纤维细胞，成功获得ips细胞。下列叙述错误的是（　　） A．小分子化合物改变了小鼠胎儿成纤维细胞的基因表达 B．小鼠胎儿成纤维细胞形成ips细胞的过程属于细胞分化 C．利用胰蛋白酶处理小鼠胎儿某些组织可获得分散的成纤维细胞 D．培养小鼠胎儿成纤维细胞和ips细胞时需提供一定浓度的CO2 B 真题练习 （2025，安徽）细胞工程技术已在生物制药和物种繁育等领域得到了广泛应用。下列关于动物细胞工程的叙述，正确的是（ ） A．从动物体内取出组织，用胰蛋白酶处理后直接培养的细胞称为传代细胞 B．将特定基因或特定蛋白导入已分化的T细胞，可将其诱导形成iPS细胞 C．将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞混合，经诱导融合的细胞即为能分泌所需抗体的细胞D．采用胚胎分割技术克隆动物常选用桑葚胚或囊胚，因这两个时期的细胞未发生分化 B 真题练习 妊娠与子宫内膜基质细胞的功能密切相关。某研究小组通过如图所示的实验流程获得了子宫内膜基质细胞，以期用于妊娠相关疾病的研究。 (1)手术获得的皮肤组织需在低温下运至实验室，低温对细胞中各种蛋白质的作用为_________________________________________。 (2)过程①中，诱导形成PS细胞时，需提高成纤维细胞中4个基因的表达量，可采用_________技术将这些基因导入该细胞。这4个基因的主要作用为：M基因促进增殖，S基因和C基因控制干细胞特性，K基因抑制凋亡和衰老。若成纤维细胞形成肿瘤细胞，最有可能的原因是_____基因过量表达。 (3)培养iPS细胞时，应对所处环境定期消毒以降低细胞被污染风险。可用紫外线进行消毒的是_____（多选）。A．培养基B．培养瓶C．细胞培养室D．CO2培养箱(4)过程②中，iPS细胞经历的生命历程为______________。PCR技术可用于检测子宫内膜基质细胞关键基因的mRNA水平，mRNA需经过_________才能作为PCR扩增的模板。 抑制酶的活性，防止蛋白质变性 转基因 M CD 增殖分化 逆转录 实验设计题 某研究团队利用化学重编程技术将1型糖尿病患者的自体脂肪细胞重编程为CiPS细胞，再定向分化为胰岛β细胞。为验证分化所得的胰岛β细胞是否具有功能性，该团队设计了以下实验。请回答相关问题。 实验材料：CiPS细胞系（来自患者自体脂肪细胞）、定向分化培养基（含诱导β细胞分化的多种生长因子和小分子）、STZ（链脲佐菌素，可特异性破坏胰岛β细胞，诱导1型糖尿病模型）、8周龄雄性免疫缺陷小鼠（NSG小鼠）30只、正常人胰岛（作为阳性对照）、血糖仪、ELISA试剂盒（检测人C肽）、流式细胞仪等 实验设计题 1.本实验中甲组和乙组分别起什么作用？请说明理由。 2.移植后第2、4、6、8周分别检测各组小鼠的空腹血糖和餐后血糖，并取血检测人C肽水平。请预测丙组的实验结果，并解释人C肽检测的意义。 甲组（生理盐水）：作为阴性对照/空白对照，用于评估STZ造模后糖尿病小鼠的自然病程以及注射操作本身对血糖的影响，排除手术创伤造成的非特异性效应。 乙组（未分化CiPS细胞）：作为致瘤风险对照，用于验证未分化的CiPS细胞是否会在体内形成畸胎瘤，同时排除“任何细胞移植”带来的非特异性免疫调节或营养效应对血糖的偶然影响。 预测结果：丙组小鼠的空腹血糖和餐后血糖显著低于甲、乙两组，逐渐趋近正常水平（<11.1 mmol/L）；血清人C肽水平明显升高，且与血糖改善呈正相关。 人C肽检测的意义：C肽与胰岛素由胰岛β细胞等摩尔分泌，但C肽在肝脏中不被清除，半衰期更长，能更稳定地反映内源性胰岛素的分泌水平。检测人C肽可以特异性证明移植物（人源CiPS分化细胞）在体内存活并具备功能性胰岛素分泌能力，排除小鼠自身胰岛素分泌波动的干扰。 实验设计题 3.实验结束后处死小鼠，取移植部位组织进行HE染色和免疫荧光检测。若在乙组小鼠移植部位发现含有毛发、肌肉、腺体等多样组织的肿块，该肿块最可能是什么？这说明了什么问题？为避免这种情况发生，在临床应用中应采取什么措施？ 肿块最可能：畸胎瘤。 说明的问题：未分化的CiPS细胞具有多能性，仍保留分化为三个胚层各种细胞类型的能力，移植后可能形成畸胎瘤。这提示iPSC来源的细胞治疗产品中残留的未分化细胞是致瘤的主要风险源。 避免措施：①应用流式细胞术或磁珠分选技术，剔除未分化细胞（如TRA-1-60、SSEA-4阳性细胞）；②引入“自杀基因”安全开关（如HSV-TK或iCaspase9）；③优化分化方案，提高分化效率，降低未分化细胞残留率。 实验设计题 4.有人认为，本实验还应设置一组“移植正常人胰岛”的阳性对照组。你是否赞同？请说明理由。若设置该组，请写出其处理方式和预期结果。 赞同。理由：正常人胰岛是公认的“金标准”功能性胰岛，设置该阳性对照组可以验证动物模型的有效性及手术操作系统的可靠性，同时为标准化的CiPS分化胰岛提供疗效比较的参比基准。 处理方式：丁组（10只）于STZ造模后第7天，肾包膜下移植正常人胰岛（相当于1×10⁶个细胞）。 预期结果：丁组小鼠血糖显著降低至正常水平，人C肽阳性。若丙组与丁组血糖控制效果无显著差异，则证明CiPS分化胰岛β细胞功能与天然胰岛相当；若丙组效果明显差于丁组，则需进一步优化分化方案 谢谢观看 $