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干细胞到底有何“神奇之处”?为何可以治疗这么多种疾病?

2022-12-09

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从小分子药物到大分子药物,再到目前最新的细胞药物,人类的医药治疗已经进入到了一个新的时代。在这个新的时代中,细胞成为人类最重要也是最宝贵的医疗资源之一,正常且富有活力的细胞是延缓衰老、保持健康的关键所在。


目前来说,最重要的细胞资源我们可以分为两类,一类是免疫细胞,另一类则是干细胞。


免疫细胞伴随着人体接触各种病原微生物而演变成每个人独特且强大的免疫力,每个人身体的免疫细胞组成都是独一无二的。免疫细胞承担着清除病原微生物以及体内变异、感染细胞(包括衰老细胞和癌细胞)等的重要职责。目前免疫细胞主要用于疾病治疗,其中进展最迅速的是癌症治疗,免疫细胞治疗已经成为癌症治疗中最具有潜力的一支。


干细胞,也被称为“万能细胞”,由于干细胞具有分化成身体不同类型细胞的能力,因此成为修复人体的“最佳原材料”,基于干细胞的特性,再生医学如雨后春笋般崛起。


既然人体内就有免疫细胞和干细胞,同时免疫细胞和干细胞也可以从人体内获取,尤其是干细胞,既然可以再生,为什么我们还需要冻存这些细胞?这是因为一个不可抗力因素在影响着我们,它就是时间。




NO.1
伴随着衰老,干细胞的功能也会降低

实际上,人类的细胞分裂有其极限。早在1965年,Hayflick就提出了细胞衰老这一概念,即所有的原代细胞(干细胞)在经过一定次数的细胞分裂后都会停止分裂增殖,并且和年轻个体相比,成年个体的干细胞可以分裂的次数更少。


一项大型的研究对6岁~92岁的人类间充质样本进行了研究,结果发现:和年轻的人群相比,年老个体的间充质干细胞(干细胞治疗中应用较广的一种)表现出更多的衰老特征,这意味着伴随年龄增加,干细胞的增殖能力会不断降低。

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研究中列举的和干细胞衰老相关的分子特征(部分)


随着干细胞的衰老,人类的细胞出现损伤无法及时修复,再生的细胞也在不断减少,这就会导致很多疾病的发生。如果可以将年轻时候的干细胞冻存起来,而后在衰老的时候再拿出来用,那么就有望实现干细胞的“冻龄”,保存其活力。




NO.2
细胞冻存技术,已经相当成熟

细胞冻存技术其实已经早在1776年就已经被人们提了出来,不过那时候受限于技术和人们的认知,细胞冻存仍旧是一个可望不可及的技术。


随着时间进入到二十世纪中叶,生物科技得到了长足的发展,在六十年代,美国美国纽约血液中心Rowe最先实现了红细胞的低温保存。并且在液氮温度下保存了12年的红细胞复苏后检查,其生化性质和功能并没有发生变化,这首次证实了细胞可以在低温环境下长期存活。


2021年,一项大型的回顾研究对牙髓干细胞的冻存进行了数据分析,在纳入研究的21篇文章中,对不同的冷冻方式进行了分析和对比。研究对多种干细胞的活力参数进行了分析。

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不同研究对干细胞活力分析的情况


分析结果显示:冷冻保存的细胞均可以保持其细胞形态和分化能力,和新鲜培养的细胞活力类似,通过液氮冷冻的方式,牙髓干细胞最高可以达到100%的细胞活力率。


这些研究为液氮技术下干细胞的保存提供了充足的证据。并且在超低温的情况下,细胞几乎不会出现损耗,保存得当,理论上来说可以永久保存。而冻存后取出来的干细胞也不会降低其活力和作用。


那么干细胞的神奇之处在哪里呢?为什么它可以进行多种疾病的治疗呢?




NO.3
干细胞治疗的神奇之处有哪些?

随着干细胞治疗研究的不断深入,我们发现干细胞有着很多常规疗法无法企及的神奇之处。干细胞是人体内的细胞,因此对其进行研究使我们了解干细胞在人体内发挥着怎样的作用,也是因为如此我们可以通过干细胞来进行上述的多种疾病的治疗。


目前,干细胞发挥治疗的原理可以分为两类,一类是通过干细胞自身的分化特性来对身体组织进行修复,另一类则是干细胞可以分泌多种细胞因子来进行身体功能的调节。




NO.4
干细胞自身特性

干细胞一个简单的应用案例是将干细胞进行分离后直接输入到受损部位,这样干细胞会在身体自身的影响下分化成对应的细胞,从而达到治疗的目的,比如输注造血干细胞进行白血病的治疗。


其次,干细胞在体外诱导分化成具有对应功能的细胞可以替代人体受损的细胞进行治疗。目前进展比较快的是通过人工诱导产生对应的胰岛细胞产生胰岛素进行糖尿病的治疗;另外,通过干细胞诱导分化成视网膜色素上皮细胞(RPE)或者视网膜前体细胞(RPC),可以用于眼部疾病的治疗,帮助应对视力退化等疾病。


最后,干细胞还有着一个特殊的属性——归巢效应。简单来说,人体内受损部位或者炎症部位像是一个个吸引着干细胞的“巢”,当干细胞回输到人体时会寻找这些“巢”并进行修复。一项大型的分析数据显示,已有研究证实干细胞通过归巢效应修复多部位的身体损伤,这为干细胞治疗广泛提高身体能力奠定了基础。

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自体间充质干细胞和异体间充质干细胞的来源和可以治疗的目标组织或器官



NO.5
干细胞分泌因子

除了自身具备的能力之外,干细胞还可以分泌多种细胞因子来进行身体的调节。当回输的干细胞到达受损部位的时候,可以分泌多种细胞修复因子,激活本身受损部位的干细胞,进而加快身体的修复。


另外,大量的研究显示干细胞可以分泌免疫调节因子,从而降低局部炎症症状,不论是自身免疫性疾病还是被证实和大脑炎症有着密切联系的阿尔兹海默症,干细胞治疗都取得了一定的治疗进展。




NO.6
干细胞疗法,多种疾病均可治疗

目前在临床上使用较多的是间充质干细胞治疗(干细胞的分类可以查看我们之前的文章)。根据世界临床试验中心clinicaltrials.gov官网的数据显示,自1995年报告第一个间充质干细胞临床试验以来,每年干细胞治疗的临床试验都在大幅度增加,并且在近年来呈现出爆发的趋势。

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不同年份人间充质干细胞治疗的临床试验数量变化图


间充质干细胞的治疗几乎覆盖绝大多数的治疗领域,包括创伤修复、心脏病学、免疫学、血液学、肿瘤学以及精神病学等医学学科。

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各种不同医学学科间充质干细胞的临床试验分布表格


从多项临床试验结果来看,不论是局部注射还是全身性的注射,人体内都会不断清除掉回输的干细胞,由于每个人的免疫系统清除速度、回输路径、干细胞来源组织、干细胞供体年龄以及干细胞体外培养时间长短等因素存在差异,因此干细胞的清除时间从几天到几个月不等。因此,目前干细胞回输治疗一般会采用不同多个疗程治疗,用以提升治疗效果(比如在一项骨关节炎的临床试验中就分别在治疗后的第1个月、第2个月、第3个月以及第6个月的时候分别注射了干细胞进行治疗)。


近些年来干细胞治疗领域发展迅速,其中包括脊髓损伤修复、阿尔兹海默症大脑治疗以及半月板修复等都取得了非常不错的进展。相信随着更多新临床试验的开展,干细胞治疗将有望为更多的“不治之症”带来希望。


来源:细胞加

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参考资料(向下滑动查看)

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