科普 | 干细胞如何修复创伤组织?

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细胞疗法是指利用干细胞或其衍生的细胞,以某种方式移植到体内,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修复旧的组织或产生新的组织,或发挥积极的免疫调节作用。


就干细胞所具有的的修复旧组织或产生新组织的特点,足以说明干细胞能够在骨折愈合、软骨愈合及创伤后炎症等方面,发挥其积极的作用。

科普 | 干细胞如何修复创伤组织?(图1)

所以本篇文章将就干细胞在创伤修复、骨折愈合、软骨愈合三方面,所发挥的作用进行讲解。


   干细胞与创伤修复    


干细胞对创伤的反应包括:从休眠状态中苏醒;从特定的干细胞巢(niche)动员;向受伤的部位迁移;分化产生特定细胞。


此外,长期病理性炎性反应会导致干细胞的功能失调,使干细胞的数量减少,最终导致组织再生失败

科普 | 干细胞如何修复创伤组织?(图2)


在创伤后,间充质干细胞造血干细胞的迁移已被许多趋化作用阐明。其中一种信号途径就是SDF-1/CXCR4(基质衍生因子1/特异性趋化因子受体4)轴。这条信号轴解释了干细胞在局部停留及向受伤部位迁移的过程。


CXCR4是BMSCs(人骨间充质干细胞)的一种受体,它能结合SDF-1。SDF-1是一种由骨髓内皮细胞和基质细胞表达的蛋白质,继受伤后,SDF-1在组织损伤的部位产生,其浓度高于骨髓处,于是骨髓中MSCs(间充质干细胞)向受伤部位转移。SDF-1的表达受缺氧诱导因子-1(HIF-1)和一氧化氮(NO)调控。


在正常生理情况下,骨髓中的SDF-1浓度稍高,有利于保留BMSCs(造血干细胞。这在动物骨折和心肌损伤模型中已被证实, CXCR4 受体的上调也使得MSCs向SDF-1浓度高的地方迁移得到进一步加强。


    干细胞与骨折愈合       


骨折会引起骨髓内间充质干细胞的增生,这是因为骨髓和骨膜内的驻留干细胞会迁移至损伤部位。

科普 | 干细胞如何修复创伤组织?(图3)


这就说明,骨折发生时,干细胞会进行修复。


一般来讲,骨折发生时,骨折部位的血管会受到一定的损伤,所以让血管恢复正常的血供,是保证干细胞迁移并存活的必要条件。


一些研究表明,内皮祖细胞间充质干细胞、脂肪干细胞迁移到受伤部位后可直接参与新生血管的生成。而新血管的生成有助于改善骨折的愈合、毛细血管再生、伤口的康复及减少炎症并发症


    干细胞与软骨愈合     


干细胞与关节软骨损伤修复及创伤后骨关节炎有关。在损伤发生后,关节软骨中的MSCs会分化纤维细胞,而不是软骨细胞


通过干细胞在关节内注射,能改善创伤引起的软骨缺损。但在研究中发现,在小鼠模型中进行皮下注射干细胞对软骨愈合并没有影响,这就说明干细胞在治疗软骨愈合时,不同的治疗方式会对治疗效果产生一定影响


Saw等在50名软骨损伤的病人中进行了一项临床试验:50名患者随机分组,治疗组接受来自自体干细胞,辅料是透明质酸;对照组仅接受透明质酸治疗。每一位病人都行关节镜下的软骨钻孔及软骨成形术,然后进行为期5周的膝关节注射并在第18个月行关节镜检查活检。组织学分析及核磁共振检查显示:与对照组相比,治疗组干细胞的软骨再生能力有所提高,但是关节功能评分并无差别


Vangsness等人研究了关节镜下半月板切除术后的关节内注射MSCs的效果,结果发现半月板组织再生增加,伴有骨关节炎患者的疼痛评分得到改善,且在随后的两年随访中没有出现严重的不良反应。


使用MSCs治疗有望能够改善骨关节炎和创伤后的软骨缺损。目前研究的重点是确定最佳MSCs来源、如何进行预处理,如何提高安全性。


    小 结     


随着医学技术的进步,以及越来越多的临床研究,已经足以证明干细胞在组织修复、骨折愈合、软骨愈合这三方面的出色治愈能力。


但干细胞类型多种多样,其干细胞的选择、适应症的选择、治疗方式的选择、给药剂量,这些都是影响治疗效果的关键因素。所以干细胞临床治疗,依旧面对很多困难,当然了这些困难会随着越来越多的临床案例研究,被逐一击破。


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