生命起源于细胞,人体拥有万亿个细胞,干细胞可以分化成其中任何一种模样,它可以自我更新复制,能够产生高度分化的功能细胞。其中应用最多的是间充质干细胞(MSCs),可直接复制各种脏器和修复组织。人类寄希望于利用干细胞的特有功能实现对临床疾病的治疗。
年10月18日,VertexPharmaceuticals宣布,其来源于干细胞的全分化胰岛细胞替代疗法,在1/2期临床试验的首例1型糖尿病患者(T1D)中获得积极数据。在接受单剂治疗后第90天时,患者恢复胰岛素生产,并且将每天胰岛素使用量减少91%。新闻稿指出,这是首次试验数据证实这一细胞疗法可显著恢复T1D患者的胰岛细胞功能。
干细胞在治疗疾病的临床实验中不断有突破性的进展。那么,干细胞在输注到人体之后,它到底去了哪里呢?人体那么多器官和组织,干细胞进入人体后在哪里“安家”呢?“安家”之后又是怎样发挥疾病治疗的作用?
干细胞的“GPS”功能,缺哪到哪
当机体遭受损伤时,干细胞会自发去向损伤部位,这就好比干细胞身上装上了一个GPS,能无时无刻的指引它到达目的地——机体损伤后需要修复的部位。这种特性叫归巢性,是干细胞安全用于临床的关键。
干细胞周围的细胞形成像摇篮样的环境保护着干细胞,这一环境被称为微环境(干细胞巢,niche),它是干细胞存在的基础。微环境由和干细胞相邻的各种细胞、细胞外基质(ECM)以及多种细胞因子等构成。微环境不仅给干细胞提供养分,同时还指导干细胞的行动,决定干细胞的分化方向。
微环境改变是干细胞归巢的始动因素,组织损伤局部表达多种趋化因子、黏附因子、生长因子等各种信号分子。不同的微环境分泌不同的信号分子,吸引干细胞定向到达该组织。干细胞归巢,最终归巢至骨髓,归巢至各个脏器,归巢至炎症及创伤部位,甚至归巢至肿瘤部位。
干细胞归巢于靶向组织,是干细胞作为种子细胞应用于临床的前提。越来越多研究表明,干细胞尤其是间充质干细胞,能够选择性归巢于多种组织的损伤部位。近年来,大量干细胞的研究成果不断涌现,其中的一些研究表明,干细胞的归巢性使其在治疗疾病尤其是难治性疾病方面,表现出不可替代的优势。
提高归巢效率,让效率最大化
干细胞的归巢性对其在临床上的疗效起到至关重要的作用,然而常常遇到干细胞归巢效率低下的问题,近年来科学家们对此展开了大量的研究,以提高归巢率实现提高疗效与减少副作用。为了提高干细胞的归巢效率,科学家提出了几种方法。
1.基因改造,可通过病毒转导使干细胞过表达归巢因子,如趋化因子(CXCR4)或粘附受体(VLA-4)等,从而使得干细胞归巢效率提升。发表于《卒中》的一篇文章显示[2],对大鼠间充质干细胞进行基因修饰后,使其过表达整合素α4,可促进干细胞向颈动脉注射后的脑栓塞部位迁移。
2.水凝胶支架,科学家还尝试将趋化因子或细胞因子浸渍的水凝胶支架植入靶组织来调节干细胞归巢;直接将干细胞注射至靶组织;减少肺内血管干细胞滞留等方法来提高干细胞的归巢性。
3.磁引导技术,科学家还想到利用磁场引导干细胞到达特定损伤部位,用磁性颗粒标记的干细胞利用外部磁场被引导到损伤部位。Arbab等人[3],用氧化铁(Fe2O3)颗粒标记间充质干细胞静脉注射大鼠,以是否在肝脏上方放置外部磁铁的大鼠分为试验组和对照组。戴上外磁铁的大鼠在给药15天后肝脏中标记的干细胞数量大约是对照组的2倍。在没有戴磁铁的大鼠中,MSCs主要分布在门脉系统周围,但在戴磁铁的大鼠中,MSCs渗透到更深的肝实质中。
结束语
在疾病治疗研究中,目前通常采用动脉介入、静脉输注、局部注射移植等方式进行干细胞移植,然后依靠其归巢特性可以快速到达损伤部位,参与损伤修复和更替。归巢性是干细胞能够应用于疾病治疗,特别是全身系统性疾病治疗的重要机制之一。也正是因为这个原因,干细胞在临床上具有巨大的应用潜能。
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