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关于干细胞研究等国家重大科学研究计划“十二五”专项规划的通知
发布时间:2012-11-07

一、形势与需求
    干细胞作为一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体,能进一步分化成为多种类型的细胞,构成机体各种复杂的组织和器官。干细胞及其分化产品为有效修复人体重要组织器官损伤及治愈心血管疾病、代谢性疾病、神经系统疾病、血液系统疾病、自身免疫性疾病等重要疾病提供了新的途径。以干细胞治疗为核心的再生医学,将成为继药物治疗、手术治疗后的另一种疾病治疗途径,从而成为新医学革命的核心。加强干细胞和再生医学研究的战略部署,对构建我国国民健康体系至关重要。

    干细胞与再生医学研究已引起各国政府、科技界、企业和公众的高度关注,美日等发达国家均在国家科技战略规划中将其作为重要发展领域,在干细胞发育调控、干细胞制备技术、干细胞临床应用等领域进行了重点部署。很多国家持续增加对干细胞的研发投入,医药企业也逐渐加大对干细胞和再生医学研究与应用的投入。

    随着对干细胞多能性调控分子网络及多能性维持基本规律的了解,科学家们逐渐探索出胚胎干细胞体外培养的适宜条件,建立起包括小鼠、大鼠、恒河猴和人类的胚胎干细胞系。美国和英国已批准部分胚胎干细胞临床应用研究计划,涉及的疾病包括视网膜黄斑变性和脊髓损伤等。

    我国政府对干细胞研究非常重视。“十一五”期间,973计划、863计划和发育与生殖研究国家重大科学研究计划大力支持干细胞的基础研究、关键技术和资源平台建设,在干细胞研究及转化应用领域取得了一批标志性成果:在世界上首次证明了小鼠诱导性多能干细胞(iPS细胞)的发育全能性;首次揭示体细胞重编程起始的分子机制;首次成功建立大鼠和猪的诱导性多能干细胞;发现提高诱导性多能干细胞的转化效率的有效途径;鉴定了干细胞干性的分子标志物等;研发了一批治疗性干细胞产品和组织工程产品;筛选和研究了一批能够促进干细胞自我更新、改进iPS细胞诱导及提高干细胞定向分化效率的小分子化合物;建立了更加适合临床应用的人胚胎干细胞(ES)系;发现了新的调控ES细胞自我更新的转录因子。我国在干细胞研究领域的国际影响力显著提升。

    但是,与欧美科技发达国家相比,我国的干细胞研究在原始创新能力与标志性成果方面仍有一些差距。针对干细胞与再生医学研究领域亟待解决的问题,我国干细胞研究应力争在干细胞多能性维持与重编程的分子机制、干细胞与微环境的相互作用、干细胞定向分化与转分化、干细胞应用转化研究与关键性技术等方面取得突破,尤其应该重点支持未来干细胞临床和转化应用的核心技术。

二、总体思路与发展目标
(一)总体思路
    以深化干细胞研究和促进转化应用为总体目标,优化整合干细胞研究资源,培养创新能力强的高水平科研队伍,加速干细胞基础和临床前研究。实现干细胞基本理论的突破,开发并推广一批临床级干细胞产品和以干细胞为靶点的药物,为形成干细胞临床应用标准、发展干细胞临床治疗新技术和提高疾病的治疗水平提供基础理论支持。

(二)发展目标
    研究干细胞多能性、定向分化、重编程的分子机制,探索重大疾病的干细胞治疗途径,重点突破干细胞干性的获得、维持和转化调控机制;揭示微环境与干细胞的相互作用规律;研制以大动物和非人灵长类为特色的用于干细胞临床前研究的重要疾病模型及相关评估方案;针对心、肝、胰等器官的重大疾病,研制若干具有重大临床需求的人工组织器官;阐明干细胞再生修复治疗的机制,取得干细胞应用领域关键技术重大突破;推动符合伦理标准、规范化的干细胞临床治疗评价体系的建立。

三、主要任务
(一)细胞重编程研究
    利用体细胞核移植(SCNT)、iPS细胞、转分化等技术获得功能细胞,解答发育生物学、干细胞研究和再生医学领域的关键性技术难题。

    细胞重编程过程研究。比较SCNT,iPS等多种重编程过程,描绘出细胞重编程过程的精细图谱;揭示参与重编程的各种信号统一协调的作用方式;建立精确的数学模型模拟分析细胞重编程的动态过程。
细胞重编程调控机制研究。研究基因表达、蛋白质表达、非编码RNA、DNA甲基化、组蛋白修饰等多个方面的关键调控点。利用这些可调控步骤提高重编程效率,开发新一代重编程手段。

    谱系重编程和细胞类型转换研究。研究体细胞谱系重编程过程及其调控机制。通过细胞类型转换获取具有功能和能用于治疗的细胞或组织;评估转分化来源的组织和器官的安全性及有效性。

    利用重编程技术建立疾病的细胞模型。利用重编程技术建立病人体细胞来源的多能干细胞,作为疾病的体外模型;结合基因修饰及重编程技术等多种方法建立大动物和非人灵长类疾病的细胞模型,用于重要疾病的干细胞治疗与药物开发研究。

(二)干细胞自我更新及多能性维持的机理研究及新物种多能干细胞的建立
    研究干细胞自我更新、多能性维持的分子网络及调控机制,取得理论突破,利用新技术建立新型多能干细胞系和新物种的多能性干细胞系。

    干细胞自我更新及多能性维持的机理研究。利用分子生物学、生物化学、细胞生物学等多种手段研究维持干细胞自我更新的条件;分离鉴定干细胞特有的包括非编码RNA在内的多种分子标记,检测与干细胞自我更新相关的特有的表观遗传状态;建立评估干细胞多能性的标准;比较各种不同来源、不同发育能力干细胞的基因及蛋白表达谱;研究转录后修饰等对干细胞自我更新进行调控的途径,寻找各个物种特有的维持自我更新的通路,比较在进化过程中干细胞维持自我更新的进化路线等。

    建立新型的多能性干细胞。利用mRNA、蛋白质或小分子化合物诱导等多种手段建立新型的多能干细胞。利用重编程或其它发育生物学手段在新物种中建立起稳定的多能干细胞系;结合材料科学、生物力学开发新型材料,大规模培养干细胞;开发新型培养系统,稳定培养能满足临床治疗或药物开发等需求的干细胞。

(三)干细胞定向诱导分化及其调控机制研究
    研究干细胞向某一特定细胞类型分化的条件,定向诱导胚胎干细胞、iPS细胞及成体干细胞分化为可用于细胞治疗的功能细胞。结合材料学与组织工程技术研制功能性的人工组织器官。

    干细胞定向分化机制研究。以胚层分化理论为基础,研究干细胞诱导分化的分子机制。结合发育生物学,研究干细胞在体内外的分化过程。揭示重要调控元件、转录程序、表观遗传网络调控干细胞分化的机制;利用计算生物学、系统生物学等方法建立干细胞诱导分化的数学模型;利用小分子化合物、mRNA或蛋白质,开发新型定向分化技术,将干细胞高效诱导为功能性细胞。

    干细胞诱导分化为组织和器官的研究。结合材料科学、物理学、化学等技术诱导干细胞分化为具有特定功能的组织和器官,如神经、视网膜、胸腺、胰岛等;结合发育生物学方法、胚胎操作等在大动物中生成人类重要组织和器官。

(四)干细胞与微环境相互作用研究
    围绕干细胞与微环境的相互作用,发现新的干细胞多能性标志物,探索微环境与调控干细胞增殖分化等的分子机制。

    成体干细胞的分离鉴定。研究成体干细胞维持自我更新的分子机制,分离培养成体干细胞,建立稳定的细胞系,全面检测成体干细胞的扩增和分化能力,比较体内外微环境对干细胞的自我更新及分化能力的影响。

    干细胞的微环境研究。通过蛋白质组学、结构生物学等手段分离鉴定干细胞微环境的重要组成成分;研究微环境与干细胞的相互作用,以及调控干细胞自我更新与分化的机制。

(五)干细胞临床前研究
    以临床级干细胞建系与建库为基础,规模化培养扩增并定向诱导分化干细胞,分离、鉴定和纯化特定功能细胞;选取理想疾病模型,进行标准化的细胞移植、功能评价及致畸与致瘤等风险评估。

    临床级干细胞的建立和建库。利用干细胞基础研究成果、结合生物制品相关规定和临床应用的实际需求建立统一、规范、明确的临床级干细胞标准;依据标准,结合化学生物学、细胞生物学、材料学等技术开发安全无污染的干细胞培养方法;建立不同方法、不同来源的多样化的临床级干细胞系,为临床前研究提供丰富资源;建立国家级临床干细胞库,以便更好的储存、管理、利用和共享资源。

    重要疾病动物模型的建立。针对人类重要疾病如神经退行性疾病、代谢类疾病、心血管疾病等,利用并优化已有的动物模型建立方法,如自然筛选、药物诱导和基因修饰等,建立新型疾病动物模型,重点发展大动物和非人灵长类动物的疾病模型;制定针对不同物种动物模型的标准化评估体系。

    干细胞治疗的安全性和有效性评估。结合细胞体内示踪技术、分子成像技术和新的临床医疗手段,建立和完善干细胞植入后细胞存活率、移植物与宿主的整合情况、功能改善状况、致畸和致瘤风险评估等方面的系统监测指标;依据这些技术和指标对干细胞临床治疗进行系统评价,建立可行的干细胞移植治疗方案。

(六)植物细胞全能性与器官发生研究
    系统研究激素、温度、光照等调控细胞脱分化和再分化的机制,植物细胞全能性的遗传与进化机理,细胞全能性和器官分化的激素调控,植物生长点的维持、再生和器官发生的遗传与表观机制,植物无融合生殖的机制,植物遗传转化的新技术等,研究植物如何由单个体细胞发育成完整植株机理,促进揭示体内受精卵发育成完整个体的机制。

    植物干细胞和发育。结合分子生物学、生物化学、功能基因组学和体外培养技术、体内示踪技术,分离和鉴定不同物种、不同部位中存在的植物干细胞;揭示干细胞在植物器官发生和发育过程中的功能和起作用的关键基因;阐明干细胞在器官发生中的精细分化图谱和调控机制。

    植物干细胞维持和分化的调控机制。利用表观遗传学、全基因组学和生物信息学等方法系统研究环境因素、激素和遗传因子在植物干细胞维持和分化中的统一协调关系,挖掘新的调控基因和表观遗传调控方式。

    植物细胞去分化和再分化的调控机制。以植物细胞特有的去分化和再分化应激形式为模型,研究在体细胞去分化和再分化的分子调控网络,揭示环境因素和遗传物质相互作用的关系,深入了解植物愈伤、抗逆等应激现象的调控机制。

四、保障措施
(一)加强顶层设计,实施好专项研究计划
    继续实施干细胞研究重大科学研究计划,加强顶层设计与统筹协调,充分发挥“国家干细胞研究指导协调委员会”的作用,协调我国干细胞基础和应用研究工作, 面向国家重大战略需求和世界科学前沿,进一步强化重大科学目标导向,完善项目首席科学家负责制及鼓励创新的评价机制,促进系统性、原创性重大成果的产出。

(二)加强基地建设,促进项目、基地、人才结合
    继续加强干细胞研究基地建设,充分发挥国家重点实验室等基地的科研平台作用,促进项目、基地与人才紧密结合;强化科技资源开放共享机制,促进科技资源的合理配置和高效利用;鼓励科研机构与临床单位合作,注重建设干细胞临床研究基地和临床转化基地。设立试点单元,推动干细胞转化研究和规范化应用。

(三)加大创新人才培养和引进力度
    充分利用各种高层次人才计划,培养和造就一批具有国际视野、能够引领干细胞科学技术发展的高水平领军人才,创新体制机制、优化政策环境、强化保障措施,加大海外优秀人才的引进力度,建设国际一流水平的干细胞与再生医学研究团队。

(四)加强国际合作与科学普及
    吸纳优秀外国科学家和海外优秀华人学者以多种方式参与干细胞研究重大科学研究计划实施,支持我国科学家参与国际合作和在国际组织中任职,鼓励提出国际合作计划。重视科学普及,弘扬科学精神,将科学普及工作作为重大科学研究计划实施的目标和任务之一,促进全民科学素养的提高。