脐带干细胞综述
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1脐带血干细胞在现阶段,脐带血之所以能够应用于临床治疗多种疾病,与其含有丰富的HSCs/HPCs 直接相关。
除这些造血干/祖细胞外,其中还存在其他多种干/祖细胞,包括间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)、内皮前体细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)和非限制性体干细胞(unrestricted somatic stem cells, USSCs)等,在这一部分将以HSCs/HPCs为重点一一进行讨论。
1.1造血干/祖细胞(HSCs/HPCs)HSCs 要具有两个基本特性:(1)高度的自我更新能力或自我复制能力,这样可以保持干细胞数量恒定;(2)进一步分化为各系祖细胞及成熟血细胞的能力,这是HSCs 生命意义的体现。
HSCs 常以CD34为标记区分为CD34+ 细胞群和CD34- 细胞群,其中CD34+ 细胞群占95% 以上,而CD34- 细胞群不到5%,通常所说的HSCs 指的就是CD34+ 细胞群。
造HSCs/HPCs 是脐带血中含量最丰富的一种干/ 祖细胞,这也是目前脐带血临床应用的细胞基础。
在数量上,CD34+ 细胞所占比例与骨髓相似,高于外周血,约占有核细胞的1%~3%[2]。
但在质量上,脐血CD34+ 细胞体外长期培养中的CD34+CD45+ 细胞明显高于骨髓,CD34+ CD38- 和CD34+ CD33- 细胞在脐带血中CD34+ 细胞中的比例均显著高于骨髓,而且脐带血CD34+ CD38- 细胞的增殖分化能力高于骨髓[3]。
存在于脐带血CD34+ CD38- 细胞群中的人SCID小鼠再植细胞(SCID repopulating cell, SRC)的浓度约为1/600,远高于成人骨髓和细胞因子动员后的外周血[4]。
此外,脐带血中HSC/HPC 的含量及增殖能力(CFU-GM, BFU-E, CFU-GEMM)也均高于骨髓[5]。
人臍带血来源的干细胞治疗疾病的前景干细胞是一种未分化的细胞,可以分化为各种不同类型的细胞,具有极大的应用价值。
目前干细胞已经被用于治疗多种疾病,并取得了一定的疗效。
在干细胞来源方面,人臍带血干细胞被认为是一种非常优质的来源,其治疗潜力也得到越来越多的关注。
本文将探讨人臍带血来源的干细胞在治疗疾病方面的前景。
Ⅰ. 人臍带血干细胞的优点人臍带血干细胞是一种来源便利、数量充足、获取简单、无创损伤且易保存的干细胞。
其来源于新生儿脐带,既不会伤及新生儿,也不会对母体产生任何影响。
而且,在采血过程中,除了血样外并不需要任何额外的处理步骤,使整个采集过程非常简单方便。
此外,与其他来源的干细胞相比,人臍带血干细胞具有较高的免疫适应性。
由于这些干细胞来源于新生儿,在它们出生前的免疫系统尚未发育成熟时,它们没有发生自身免疫的过程,因此不容易受到免疫系统的排异反应。
而且,人臍带血干细胞繁殖能力强,可以快速扩增,表现为更高的体外扩增率和更好的多能性表现。
Ⅱ.人臍带血干细胞在治疗疾病方面的成功案例人臍带血干细胞在治疗疾病方面的应用已经取得了一定的成功。
例如,对于失明或部分失明的患者,植入人臍带血干细胞可以促进视网膜片段的再生,从而见到光明。
还有关于血液疾病的治疗方面,人臍带血干细胞也取得了良好的效果。
一些白血病患者植入臍带血干细胞后,通过制造红血球、白血球、血小板等血细胞,使这些患者逐渐康复。
此外,人臍带血干细胞对于慢性肝炎、心血管疾病等方面也有很好的应用前景。
一些患有糖尿病、帕金森病等脑神经疾病的患者也可以通过植入干细胞而得到非常好的治疗效果。
然而,目前有一些病症并没有得到很好的治疗,比如说一些慢性疼痛患者或者是一些久治不愈的皮肤疾病等患者,使用人臍带血干细胞治疗时效果并不明显,需要有更多的研究以期得到更好的治疗效果。
Ⅲ. 发展趋势目前,利用人臍带血干细胞治疗疾病的研究取得了越来越多的突破。
随着技术的不断发展和研究的深入,人们对于通过干细胞治疗疾病的期望也越来越高。
脐带间充质干细胞的研究进展间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCS)是来源于发育早期中胚层的一类多能干细胞[1-5],MSCS由于它的自我更新和多项分化潜能,而具有巨大的治疗价值 ,日益受到关注。
MSCS有以下特点:(1)多向分化潜能,在适当的诱导条件下可分化为肌细胞[2]、成骨细胞[3、4]、脂肪细胞、神经细胞[9]、肝细胞[6]、心肌细胞[10]和表皮细胞[11, 12];(2)通过分泌可溶性因子和转分化促进创面愈合;(3)免疫调控功能,骨髓源(bone marrow )MSCS表达MHC-I类分子,不表达MHC-II 类分子,不表达CD80、CD86、CD40等协同刺激分子,体外抑制混合淋巴细胞反应,体内诱导免疫耐受[11, 15],在预防和治疗移植物抗宿主病、诱导器官移植免疫耐受等领域有较好的应用前景;(4)连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能,可作为理想的种子细胞用于组织工程和细胞替代治疗。
1974年Friedenstein [16]首先证明了骨髓中存在MSCS ,以后的研究证明MSCS不仅存在于骨髓中,也存在于其他一些组织与器官的间质中:如外周血[17],脐血[5],松质骨[1, 18],脂肪组织[1],滑膜[18]和脐带。
在所有这些来源中,脐血(umbilical cord blood)和脐带(umbilical cord)是MSCS最理想的来源,因为它们可以通过非侵入性手段容易获得,并且病毒污染的风险低,还可冷冻保存后行自体移植。
然而,脐血MSC的培养成功率不高[19, 23-24],Shetty 的研究认为只有6%,而脐带MSC的培养成功率可达100%[25]。
另外从脐血中分离MSCS,就浪费了其中的造血干/祖细胞(hematopoietic stem cells/hematopoietic progenitor cells,HSCs/HPCs) [26,27],因此,脐带MSCS (umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCS)就成为重要来源。
脐带血干细胞移植现状综述发布时间:2022-02-14T06:55:52.705Z 来源:《健康世界》2021年11期作者:赵琨[导读] 现代研究研究证明,在人体脐带血中包含着非常多的造血干细胞,来源于脐带血的造血干细胞具备低免疫原性与高增殖性,因此近些年关于脐带血干细胞移植方面的研究非常多。
目前很多国家都建立了脐带血库,旨在有效降低干细胞移植患者的配型难度,更好的服务于患者。
江苏和泽干细胞基因工程有限公司摘要:现代研究研究证明,在人体脐带血中包含着非常多的造血干细胞,来源于脐带血的造血干细胞具备低免疫原性与高增殖性,因此近些年关于脐带血干细胞移植方面的研究非常多。
目前很多国家都建立了脐带血库,旨在有效降低干细胞移植患者的配型难度,更好的服务于患者。
文章对脐带血干细胞移植现状优点展开了分析,并对其具体应用进行了综述,梳理并总结了当前脐带血干细胞移植存在的问题,旨在进一步提升脐带血干细胞移植工作的成效。
关键词:脐带血;干细胞移植;低免疫原性脐带血是胎儿娩出、脐带结扎后残留于胎盘以及脐带中的血液,在以往这部分组织都被作为废弃物所丢弃。
但是近些年伴随着现代医学的高速发展,脐带血的优质特征与作用逐渐被发掘出来,脐带血干细胞移植也愈来愈被医疗人员所重视。
为了进一步推动脐带血干细胞移植在疾病治疗领域的应用,全球很多国家都建立了脐带血干细胞库,相关调查显示,应用这些干细胞已经成功实现了50000多位患者的治疗,所以,对脐带血干细胞移植工作进行研究非常必要。
1脐带血干细胞移植与优点分析 1.1干细胞移植脐带血含有造血干细胞、间充质干细胞、内皮祖代细胞等多种类型的干细胞。
从某种程度上来讲,脐带血干细胞能够分化成人体所有类型的细胞,如神经、软骨、脂肪、肌肉细胞等。
脐带血干细胞的这些优势特征,使得它在临床上具有非常高的应用价值。
还有,脐带血干细胞免疫排斥反应非常微弱,所以脐带血干细胞移植能够涵盖无关系的供体移植和具有血缘关系的供体移植。
脐带血干细胞是什么
文章导读
干细胞拥有非常广阔的应用前景,因为干细胞的特性较为突出,是人类身体里
面提供造血功能的主力军,因此,利用干细胞来治疗疾病非常的有效,其中,脐带血干
细胞是最好的一种,尤其是刚出生的婴儿拥有最安全最容易获取的干细胞,那么,脐带血
干细胞是什么呢?
1.什么是脐带血
脐带血的采集是在新生儿出生以后,取婴儿端3-8cm脐带储两把止血钳结扎、断脐,
婴儿被抱走处理,贴近母端止血钳处消毒并将针头插入脐静脉,采集脐血。
脐血采集不同
于传统的骨髓采集,不需要进行麻醉,无痛、无副作用胎盘和脐带原本在胎儿出生后,就
是作为废物扔掉的,脐血采集是在胎盘、脐带与母体和胎儿完全分离以后进行的,因此对
母亲和孩子没有任何不良影响,属于“废物利用,变废为宝”。
脐带血里头含有大量的干细胞,称为脐带干细胞;而干细胞其实是人体的主要细胞,人的身体可以说是由干细胞所组成。
2.脐带血的如何配对
相对于骨髓内的干细胞,进行脐带血干细胞移植所引发的后遗症更低,而且干细胞的
排斥机率也低。
换言之,脐带血的干细胞与人体的配对率很高,与父母的配对机率是50%,兄妹则是25%;即使使用非亲属的干细胞来移植,成功率也是比骨髓来得高,因为在1
万人当中也许只有1人的骨髓是与病人对配的。
3.脐带血的功能。
脐带间充质干细胞的研究进展
间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC
S
)是来源于发育早期中胚层
的一类多能干细胞[1-5],MSC
S
由于它的自我更新和多项分化潜能,而具有巨大的
治疗价值 ,日益受到关注。
MSC
S
有以下特点:(1)多向分化潜能,在适当的诱导条件下可分化为肌细胞[2]、成骨细胞[3、4]、脂肪细胞、神经细胞[9]、肝细胞[6]、心肌细胞[10]和表皮细胞[11, 12];(2)通过分泌可溶性因子和转分化促进创面愈合;(3)
免疫调控功能,骨髓源(bone marrow )MSC
S
表达MHC-I类分子,不表达MHC-II 类分子,不表达CD80、CD86、CD40等协同刺激分子,体外抑制混合淋巴细胞反应,体内诱导免疫耐受[11, 15],在预防和治疗移植物抗宿主病、诱导器官移植免疫耐受等领域有较好的应用前景;(4)连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能,可作为理想的种子细胞用于组织工程和细胞替代治疗。
1974年Friedenstein [16]
首先证明了骨髓中存在MSC
S ,以后的研究证明MSC
S
不仅存在于骨髓中,也存在
于其他一些组织与器官的间质中:如外周血[17],脐血[5],松质骨[1, 18],脂肪组织[1],滑膜[18]和脐带。
在所有这些来源中,脐血(umbilical cord blood)和脐带(umbilical cord)是MSC
S
最理想的来源,因为它们可以通过非侵入性手段容易获
得,并且病毒污染的风险低,还可冷冻保存后行自体移植。
然而,脐血MSC的培养成功率不高[19, 23-24],Shetty 的研究认为只有6%,而脐带MSC的培养成功率可
达100%[25]。
另外从脐血中分离MSC
S
,就浪费了其中的造血干/祖细胞(hematopoietic stem cells/hematopoietic progenitor cells,HSCs/HPCs) [26,
27],因此,脐带MSC
S (umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSC
S
)就成
为重要来源。
一.概述
人脐带约40 g, 它的长度约60–65 cm, 足月脐带的平均直径约1.5 cm[28, 29]。
脐带被覆着鳞状上皮,叫脐带上皮,是单层或复层结构,这层上皮由羊膜延续过来[30, 31]。
脐带的内部是两根动脉和一根静脉,血管之间是粘液样的结缔组织,叫做沃顿胶质,充当血管外膜的功能。
脐带中无毛细血管和淋巴系统。
沃顿胶质的网状系统是糖蛋白微纤维和胶原纤维。
沃顿胶质中最多的葡萄糖胺聚糖是透明质酸,它是包绕在成纤维样细胞和胶原纤维周围的并维持脐带形状的水合凝胶,使脐带免受挤压。
沃顿胶质的基质细胞是成纤维样细胞[32],这种中间丝蛋白表达于间充质来源的细胞如成纤维细胞的,而不表达于平滑肌细胞。
共表达波形蛋白和索蛋白提示这些细胞本质上肌纤维母细胞。
脐带基质细胞也是一种具有多能干细胞特点的细胞,具有多项分化潜能,其
形态和生物学特点与骨髓源性MSC
S 相似[5, 20, 21, 38, 46],但脐带MSC
S
更原始,是介
于成体干细胞和胚胎干细胞之间的一种干细胞,表达Oct-4, Sox-2和Nanog等多
种胚胎干细胞的特有分子标志[20],有更高的克隆形成率[45],倍增时间更短[47, 56],具有更强的扩增能力, 7代后可扩增300倍[20];Lund等的研究认为一条人脐带共可扩增到1015个细胞 [29][47];UC-MSC
S
在体外培养和体内移植都是安全的,不会自发转化成畸胎瘤[20] [43],体外的细胞分裂周期可达50-60次[20]。
目前各家报道的
UC-MSC
S 的细胞动力学有差异,可能是由于UC-MSC
S
的来源不同,包括血管间、血
管周及羊膜下细胞群,由此导致了UC-MSC
S
的异质性[20, 38]。
[57]
3.2 人UC-MSC的类型
人UC-MSC作为一个异质的细胞群,从表型上至少有两种不同类型的细胞[20]:I型和II型,波形蛋白在两型细胞均表达,而I型细胞还表达角蛋白中间丝(Pancytokeratin),I型细胞主要来源于血管周细胞。
两型细胞在向软骨、骨和脂肪谱系的分化上没有区别,但在神经谱系的分化上有区别,I型细胞体外不能向神经元细胞分化。
3.3 UC-MSC的分化潜能
UC-MSCs起源于胚外中胚层,脂肪、软骨、骨、心肌和骨骼肌的诱导是目前研究最多的谱系[57]。
目前没有发现公认的MSC S特异性表面抗原,无直接方法可鉴定MSC S,都是通过在培养过程中出现分化表型,然后逆推得知是否为MSC S[61, 62]。
研究证明人UC-MSC体外可以分化为脂肪细胞、软骨细胞[20, 40, 46, 56]、骨细胞、心肌细胞[46, 49]、骨骼肌细胞、神经元/神经胶质前体细胞[20, 45, 46]、多巴胺能神经元、内皮细胞[58]。
与BM- MSCs相比,UC-MSCs分化为软骨和骨的能力更强[20],成骨分化速度更快[56],而分化为脂肪的能力更弱[20]。
在向软骨谱系诱导时,UC-MSC s不仅表达I I型胶原,也表达I型胶原[20]。
四.临床应用前景
近来,随着对MSC
S 研究的深入,逐渐发现MSC
S
在损伤等刺激下能参与多种组
织的修复,其机制尽管尚未完全阐明,但初步结果显示可能与创伤的刺激及局部
创面的微环境中含有各种不同的因子有关,它们具有促进MSC
S 趋化以及诱导MSC
S
向所需要的组织或细胞分化来参与组织的修复。
有研究认为MSC
S
通过分泌可溶性因子来改变微环境,在促进创面愈合过程中比细胞转分化起的作用更大。
细胞分化依赖于细胞所处的三维空间结构和相应的多维分化信号[62]。
细胞与细胞、细胞
与细胞外基质间相互作用直接影响干细胞的分化方向和进程。
周边环境对其增殖、分化有重要作用。
生物体提供了复杂微妙的微环境,可以借助生物体本身来进一步完成多种干细胞的诱导分化。
Weiss等[64, 65]移植猪的UC-MSCs到纹状体接受过神经毒素6-羟基多巴胺注射的大鼠脑里,结果提示UC-MSCs移植是安全的,没有明显的宿主免疫应答,UC-MSCs能够增殖,不形成畸胎瘤;移植的UC-MSCs可以分化为酪氨酸羟化酶阳性细胞。
他们以后的研究发现[43],移植未分化的人UC-MSCs到单侧震颤麻痹症的大鼠脑中,UC-MSCs可以改善阿朴吗啡引起的眩晕。
Jomura等[41]预先在大鼠的左侧丘脑核、海马、胼胝体和皮层显微注射了大鼠的Oct-4(+)UC -MSCs,然后通过心跳停止再复苏造成脑缺血,实验证明预先注射了UC-MSCs 的大鼠脑部椎体细胞的损伤最轻,提示了UC-MSCs在脑缺血的治疗中是有前景的。
Lund等[47]移植人UC-MSCs到有早期视网膜退变的大鼠视网膜下,通过视网膜电流图,空间分辨能力,亮度阈的测定,发现能够促进光感受器的恢复。
人UC-MSCs可能有助于治疗视网膜退行性疾病如色素性视网膜炎。
Tsai发现人UC-MSCs可以治疗四氯化碳诱导的大鼠的肝纤维化[66]。
UC-MSC
S 作为一种具有多能干细胞特点的细胞,不但能够成为骨髓MSC
S
等理
想替代物,而且具有更大的应用潜能。
因为①脐带有更充足的来源,收集容易,
对供者无任何损伤不受任何伦理及法理限制;②脐带受胎盘屏障的保护,其成分被病毒、细菌污染的几率低;③脐带MSC
S
的免疫源性更低,能耐受更大程度上的
HLA配型不符;④脐带包含丰富的干细胞;⑤脐带MSC
S
体外倍增时间短,克隆形
成率高,扩增能力强;⑥收集的脐带MSC
S
不仅可做异基因移植的供体,而且还可
将之低温保存数十年,用于自体移植治疗相关疾病;⑦脐带MSC
S
移植可以治疗急
性移植物抗宿主病[67]。
因此,脐带MSC
S
作为一种新的替代细胞来源,在各系统疾病的细胞移植及基因治疗中有着广阔的应用前景。