神经修复、器官修复、软骨损伤修复,原来间充质干细胞居然是人体的修复大师!

发布日期:2022-01-05 14:30:08   浏览量 :181
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干细胞疗法是指利用干细胞或其衍生的细胞,以特殊技术移植到体内,取代病人受损的细胞或通过招募内源性组织特异性干细胞进而产生新的组织,或发挥积极的免疫调节作用。

通过再生医学,人体希望有一天能够修复和恢复严重的组织损伤,甚至更换整个器官。科学家们正在努力开发新型治疗方法,以期支持促进组织修复的过程。由于其强大的促进修复再生潜能,间充质干细胞(MSCs)被当做一个重要的突破口
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间充质干细胞研究概况


试着想象一下:在人体内,有着数以千万计的微型维修工人,到受伤的地方去创造新的骨头、软骨、肌肉和神经
在人体中,有一位技艺高超的修复大师,他掌握了修复人体几乎所有类型受损组织的秘诀。

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那么,间充质干细胞会是合格的修复大师吗?
大约超过7000篇关于间充质干细胞的论文在2018年发表,788项已经完成或正在进行的间充质干细胞临床研究(Ayala-Cuellar et al ., 2019)。
自从20世纪70年代Friedenstein等人发现间充质干细胞以来,间充质干细胞就一直是学术界和临床转化研究的焦点。
间充质干细胞具有自我更新和多向分化的潜能。由于其易于分离和便于体外扩增的特点,间充质干细胞也成为再生医学中最常用的细胞。此外,因为具有免疫调节特性,间充质干细胞治疗还为自身免疫病、炎症和血液病以及移植手术提供了一个很有前景的治疗手段(Weiss和Dhalke, 2019)。


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间充质干细胞的制备工艺


从骨髓、脐带华通氏胶、脐带血、胎盘、真皮和脂肪组织,甚至牙髓中,细胞学家们获取得到了间充质干细胞。
他们在临床试验中使用自体来源和异体来源的间充质干细胞。由于原代获得的间充质干细胞数量有限,必须在体外扩增获得足够的细胞,才能满足用于治疗目的(Mizukami和Swiech, 2018)。
关于体外扩增间充质干细胞,研究人员通常依赖传统的单层平皿培养,这提供了一个简单、低成本、易于操作的平台。为了规模化扩增间充质干细胞,多层平皿培养体系(也称“细胞工厂”)开发出来。
然而,最新数据表明,2D培养体系可能会限制间充质干细胞的治疗属性。而使用3D培养体系可以提高间充质干细胞的活率、干性、抗炎性和血管生成特性(Petrenko等,2017)。

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在生物反应器中,可以制备大量符合GMP管理要求,高质量标准间充质干细胞。生物反应器可持续监测和调节诸多培养因素(诸如pH值、温度、氧气和二氧化碳浓度等)。一旦进行规模化扩增,间充质干细胞必须在最佳条件下进行处理和收集,才能保证成为具有高活性和功能的细胞产品

不同实验室的质量控制标准可能有所不同,因为缺少干细胞关键质量属性(Critical Quality Attributes, CQA)的共识。
不管怎样,至少要满足国际细胞治疗协会(ISCT)给出的人源间充质干细胞三条最基本定义:
[1] 间充质干细胞在标准培养条件下,呈贴壁生长;
[2] 间充质干细胞表达CD105、CD73和CD90,不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面标记;
[3] 间充质干细胞在体外可以分化为成骨细胞、脂肪细胞和成软骨细胞
其他关键质量属性,还应包括核型分析、高活性证明和效力测试等。


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间充质干细胞与再生医学


在临床前和临床试验中,科学家一直努力探索间充质干细胞的治疗潜力,以期证明其治疗的安全性和有效性。

研究结果表明,间充质干细胞可以成功促进各种组织再生,包括骨、肌肉、神经、心肌、肝脏、角膜、气管和皮肤(Han et al., 2019)。


间充质干细胞与骨重建
当创伤、关节置换术或肿瘤切除手术后出现骨缺损时,医生通常推荐采用自体或异体骨移植作为一种治疗选择。
然而,有限的供应、手术中感染和并发症的风险限制了这些方案(Garcia-Gareta et al.2015;Lozano-Calderon et al.2016)。
因此,具有成骨潜能的间充质干细胞成为骨重建的最佳选择。

间充质干细胞与软骨损伤
在骨关节受损中,由于血液供应不足,软骨不能很好地自我修复,也不能很快地自我修复。
目前的软骨修复技术有两种,骨髓刺激和软骨移植,然而效果很有限。科学家们不得不寻找新的有效替代方法。
从20世纪90年代的临床前试验开始,间充质干细胞就已被用于软骨再生,并且与生物材料紧密结合。
1)利用细胞外基质构建3D支架,可优化植入的间充质干细胞增殖和分化。

2)载有间充质干细胞和刺激因子(如BMP-2/-4、IGF-1、TGF等)的水凝胶,可促进软骨损伤修复(Yang et al., 2017)。
尽管进行了大量的临床试验,科学家们依然还没有就最佳细胞来源达成一致。因此,在间充质干细胞临床普及用于促进软骨再生之前,我们还需要进行更多的研究。

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除了促进骨重建和软骨修复,间充质干细胞也是支持肌肉骨骼组织再生(如韧带、肌腱和椎间盘)的良好候选者
随着社会老龄化严重,越来越多的人患有退行性脊柱病,遭受严重的背部疼痛,需要进行手术治疗。而基于间充质干细胞的细胞治疗是修复椎间盘、维持生物力学和减轻疼痛,可替代手术的有效方案(Orozco等人,2011)。

间充质干细胞与神经修复
间充质干细胞具有再生神经组织的潜能 。研究方向主要集中在两个领域:
第一个方向是由严重创伤或缺血引起的神经损伤;第二个方向是神经系统疾病(如多发性硬化症、渐冻人症症、缺血性卒中、帕金森病等)引起的功能障碍。

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通过释放细胞因子和活性分子(如TGF -ß,调节损伤和修复过程),间充质干细胞可调节免疫反应和保护神经元结构(van Velthoven et al ., 2012)。
这意味着,间充质干细胞在脑损伤和修复周围神经时,可能有着不错的结果。临床前研究证实,间充质干细胞可促进神经系统功能恢复。然而,临床应用的报道却很少(Papa et al., 2018)。

间充质干细胞与器官修复

临床试验和动物模型均已证明,间充质干细胞不仅可再生组织,而且可修复器官,如心脏、肝脏、角膜和气管。
在肝硬化患者中,间充质干细胞有助于改善肝功能。事实上,间充质干细胞可以分泌营养和免疫调节因子支持肝细胞功能,逆转肝脏纤维化和促进血管生成(Wang et al., 2017)。对于研究人员来说,开发治疗肝衰竭的方法是紧迫的,因为需要肝移植的患者数量更多。

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间充质干细胞在再生医学方面的应用案例,包括治疗肾损伤和肺部疾病,还有大面积皮肤损伤的修复再生(Han et al., 2019)。


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未来展望


干细胞具有广阔的临床应用前景,基于其独特的生物学功能,以干细胞为中心的再生治疗或替代治疗将为患者带来新的希望
同时,干细胞的“干”性由于其来源及培养试剂和方法不同而不完全相同,我们可以根据不同组织来源的干细胞的一些功能差异,选择性地将其应用于临床进而更好地为临床服务。


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