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间充质干细胞:其特性、用途、临床进展的全面概述

间充质干细胞(MSC)是成体干细胞,能够分化成各种类型的中胚层衍生细胞,在各种医疗条件的临床前研究中显示出有希望的结果。研究继续探索它们在再生医学中的潜力。

什么是间充质干细胞(MSC)?

间充质干细胞(MSC)是从不同来源分离出来的成体干细胞,可以分化成其他类型的细胞。间充质干细胞的来源包括骨髓、脂肪(脂肪组织)和脐带组织。

间充质干细胞(MSC)可以自我更新并表现出多谱系分化。它们可以通过移植补充人的干细胞数量,因为它们可以避免人的免疫系统的负面反应[1]。

间充质干细胞 (MSC) 因其独特的细胞生物学、广泛的临床潜力以及作为快速发展的组织工程领域的核心组成部分而受到广泛研究[4]。究间充质干细胞治疗疾病功效的临床研究正在进行初步开发,特别是了解自身免疫性疾病、移植物抗宿主病和癌症。国际细胞治疗协会 (ISCT) 提出了定义间充质干细胞 (MSC) 的标准。

‍间质是什么意思?

术语“间充质”是指细胞的胚胎起源,特别是源自中胚层胚层的细胞。中胚层是胚胎发育早期形成的三个主要胚层之一。中胚层产生各种类型的结缔组织,如肌肉、骨骼、软骨和脂肪,以及形成血管、血细胞和泌尿生殖系统的细胞。

‍人类间充质干细胞有哪些特征?

国际细胞治疗学会的间充质和组织干细胞委员会提出了鉴定人类间充质干细胞(MSC)的最低标准。

  • 第一:当维持在标准培养条件下时,间充质干细胞(MSC)必须具有塑料粘附性。
  • 第二:间充质干细胞(MSC)必须表达CD105、CD73和CD90,并且缺乏CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19以及HLA-DR表面分子的表达。
  • 第三:间充质干细胞(MSC)必须在体外分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。

尽管间充质干细胞(MSCs)的鉴定标准可能需要随着新知识的出现而进行调整,但我们相信,ISCT 提出的最低标准将使间充质干细胞(MSCs)的特征描述更加一致,并促进研究人员之间的合作。

目前,间充质干细胞(MSC)研究受到细胞分离、扩增和表征的各种方法和途径的阻碍,很难对研究结果进行比较和对比。ISCT指南旨在规范间充质干细胞研究。

间充质干细胞:其特性、用途、临床进展的全面概述

间充质干细胞(MSC)的分化潜力

间充质干细胞(MSC)是一种成体干细胞,可以分化成多种细胞类型,包括成骨细胞(骨细胞)、软骨细胞(软骨细胞)和脂肪细胞(脂肪细胞)。人类间充质干细胞还可以分化成其他细胞类型,例如肌细胞(肌肉细胞)、神经细胞(神经细胞)和基质细胞。

根据《干细胞评论与报告》杂志上发表的一项同行评审研究 (3),间充质干细胞 (MSC) 已被证明可以分化成各种细胞类型,包括:

  • 成骨细胞(骨细胞)
  • 软骨细胞(软骨细胞)
  • 脂肪细胞(脂肪细胞)
  • 肌细胞(肌细胞)
  • 神经细胞(神经细胞)
  • 肝细胞(肝细胞)
  • 胰腺细胞(胰腺细胞)
  • 心肌细胞(心肌细胞)
  • 内皮细胞(血管细胞)
  • 上皮细胞(排列在表面的细胞)

在《国际分子科学杂志》上发表的另一项同行评审的研究中,间充质细胞可以分化为中胚层谱系细胞,包括成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞,分别作为外胚层和内胚层来源的细胞,例如神经细胞和肝细胞。(4)

值得注意的是,间充质干细胞 (MSC) 的分化潜力可能会因干细胞来源、扩增条件及其培养微环境而异。

‍什么是差异化潜力?

分化是指一种不太特化的细胞变成一种更特化的细胞类型。在间充质干细胞中,分化是指干细胞成为特定细胞类型的过程,例如肌肉细胞、神经细胞或骨细胞。

遗传和表观遗传因素复杂的相互作用控制着分化过程。遗传因素包括特定转录因子和信号分子的表达,而表观遗传因素包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA表达的变化。

分化过程可分为几个阶段。第一阶段是特定基因的激活,从而导致控制细胞命运的转录因子的表达。第二阶段是细胞增殖的启动和特定细胞类型的形成。最后阶段是细胞的成熟,从而形成功能细胞。

各种因素都会影响分化潜力

各种因素,例如微环境、生长因子的可用性以及其他细胞的存在,都会影响分化过程。例如,特定的信号分子,如骨形态发生蛋白(BMP)或Wingless相关整合位点(Wnts),可以分别促进干细胞分化为骨细胞或神经细胞。

对于间充质干细胞或多能间充质基质细胞,分化过程可以通过特定培养基中的分化剂(例如特定生长因子、激素或化学化合物)诱导。间充质干细胞 (MSC) 的分化潜力可能因细胞来源、扩增条件及其培养微环境而异。

间充质干细胞(MSC)的功能是什么?

分化潜力

间充质干细胞(MSC)具有广泛的功能,包括分化成各种细胞类型的能力,例如成骨细胞(骨细胞)、软骨细胞(软骨细胞)和脂肪细胞(脂肪细胞)。此外,间充质干细胞(MSC)可以抑制免疫反应并促进组织修复。

免疫调节特性

间充质干细胞(MSC)以其免疫调节特性而闻名,这意味着它们可以调节免疫系统的活性,减少炎症并抑制免疫反应。这一特性使它们成为多种疾病中细胞疗法的有希望的候选者,例如自身免疫性疾病、移植物抗宿主病和移植排斥。

促进组织修复和再生

间充质干细胞(MSC)还可以通过释放生长因子和细胞因子来促进组织修复,这有助于将其他细胞招募到损伤部位。这些生长因子和细胞因子还可以促进组织修复所必需的新血管的形成。

间充质干细胞 (MSC) 也在临床前和临床研究中进行评估,以治疗骨关节炎、成骨不全、克罗恩病、多发性硬化症、帕金森病等疾病。

值得注意的是,虽然间充质干细胞 (MSC) 在临床前研究中显示出有希望的结果,但还需要更多的研究来充分了解其潜力并开发安全有效的疗法。

间充质干细胞 (MSC) 在哪里发现?

间充质干细胞 (MSC) 有多种来源,包括:

  • 骨髓是最常用的间充质干细胞(MSC)来源:骨髓是骨骼内的海绵组织,含有未成熟细胞,包括间充质干细胞。这些细胞可以通过称为骨髓抽吸的程序来收集,这是一个相对简单且安全的程序。
  • 脂肪组织(Fat Tissue):间充质干细胞(MSC)也可以从脂肪组织中分离出来,脂肪组织是体内储存脂肪的组织。脂肪组织可以通过吸脂术获得,这是一种使用空心不锈钢管从体内去除脂肪的手术。
  • 脐带组织:间充质干细胞(MSC)也可以从脐带组织中获得,脐带组织是连接胎儿和胎盘的组织。细胞可以在出生时收集并储存以供将来使用。
  • 外周血:健康成年人的外周血中存在少量间充质干细胞(MSC)。这些细胞可以通过一种称为单采术的程序来收集,该程序类似于献血。
  • 胎盘组织:间充质干细胞(MSC)也可以从胎盘组织中获得。细胞可以在出生时收集并储存以供将来使用。
  • 滑液:关节滑液中存在少量间充质干细胞(MSC)。滑液可以通过关节穿刺术获得,这是一种相对简单且安全的手术。
  • 牙髓:牙齿牙髓中存在少量间充质干细胞(MSC)。牙髓可以通过称为根尖切除术的手术获得,这是一种去除牙根尖的外科手术。
  • 源自脐带组织的细胞:特别是沃顿胶,是现有的最年轻、最原始的间充质干细胞。由于大多数脐带在分娩后被丢弃,因此该来源无害并且易于获取 – 请查看来源文章。

这些细胞的年轻特性使其具有巨大的潜力,可以转化为体内所需的任何类型的细胞。年轻的细胞往往复制得更快,间充质干细胞不仅可以分化成其他细胞类型,还可以通过增殖来增强对身体的治愈效果。研究人员还发现,干细胞的效力与其年龄有关,这使得脐带组织间充质干细胞成为最有能力的细胞之一。

值得注意的是,不同来源的MSC的分离和扩增可能会有所不同,并且具有其他特性。此外,从某些位置(例如外周血和滑液)分离MSC可能比骨髓、脂肪组织或脐带组织来源的间充质干细胞 (MSC) 更具挑战性且效率较低。

间充质干细胞(MSC)有哪些缺点?

虽然间充质干细胞 (MSC) 和多能干细胞在临床前研究中显示出有希望的结果,但它们在研究中的使用也存在一些局限性和挑战:

  • 异质性:来自不同来源(例如骨髓和脂肪组织)的MSC可能具有其他特性,并且可能无法完全互换。这可能使得比较各种研究的结果变得困难。
  • 分离和扩增的变异性:不同来源的MSC的分离和扩增可能有所不同,并且可能具有其他特性,因此很难将一项研究的结果复制到另一项研究中。
  • 有限的分化潜力:虽然间充质干细胞可以分化成各种细胞类型,但它们的分化潜力可能会因细胞来源、扩增条件和培养微环境而异。
  • 质量控制:需要标准化的方法来分离、扩增和表征MSC,这有助于确保研究中使用的细胞的质量和一致性。
  • 安全性和有效性:虽然间充质干细胞在临床前研究中显示出有希望的结果,但仍需要更多的研究来了解其潜力并充分开发安全有效的疗法。

间充质干细胞 (MSC) 与造血干细胞 (HSC)的区别

间充质干细胞(MSC)和造血干细胞(HSC)都是成体干细胞,但有明显的区别。

  • 分化潜力:间充质干细胞(MSC)可以分化成多种细胞类型,如成骨细胞(骨细胞)、软骨细胞(软骨细胞)和脂肪细胞(脂肪细胞),以及其他细胞类型,如肌细胞(肌肉细胞)、神经细胞(神经细胞)和基质细胞。相比之下,HSC 主要分化为血细胞和免疫系统细胞,例如红细胞、白细胞和血小板。
  • 来源:间充质干细胞(MSC)可以从骨髓、脂肪组织、脐带、外周血、胎盘组织、滑液和牙髓等多种来源中分离出来。另一方面,HSC主要从骨髓中获得,但也可以在外周血中发现少量。
  • 免疫特性:间充质干细胞(MSC)具有免疫调节特性,这意味着它们可以调节免疫系统的活性,减少炎症并抑制免疫反应。另一方面,造血干细胞负责产生和维持免疫系统细胞,因此它们不具有相同的免疫调节特性。
  • 治疗应用:间充质干细胞 (MSC) 已被研究用于许多治疗应用,包括组织修复、再生医学和针对各种疾病的细胞疗法。另一方面,造血干细胞主要用于治疗血液疾病,如白血病、淋巴瘤和镰状细胞性贫血,以及骨髓移植。

值得注意的是,间充质干细胞 (MSC) 和HSC是复杂的细胞类型,关于它们的特性和潜在的治疗应用仍有很多东西需要了解。

国内通过临床试验默示许可的间充质干细胞项目有多少项?

截至2024年4月11日,我们通过在国家药品监督管理局药品审评中心通过关键词“间充质干细胞”搜索查询到通过国家临床试验默示许可的间充质干细胞项目有58项。

截至目前国内间充质干细胞受理新药有多少项?

截至2024年4月11日,我们通过在国家药品监督管理局药品审评中心-信息公开-受理品种信息栏目通过关键词“间充质干细胞”搜索查询受理的间充质干细胞新药有86项,其中24年新增5项。

序号受理号药品名称药品类型申请类型注册分类企业名称承办日期
1CXSL2400212注射用人脐带间充质干细胞治疗用生物制品新药1艾尔普再生医学科技(深圳)有限公司;2024-04-08
2CXSL2400156宫血间充质干细胞注射液治疗用生物制品新药1浙江生创精准医疗科技有限公司;2024-02-26
3CXSL2400111异体人源脂肪间充质干细胞注射液治疗用生物制品新药1江苏得康生物科技有限公司;2024-02-08
4CXSL2400092人脐带间充质干细胞注射液治疗用生物制品新药1深圳市北科生物科技有限公司;2024-02-03
5CXSL2400023人脐带间充质干细胞注射液治疗用生物制品新药1吉林省拓华生物科技有限公司;2024-01-10
2024年间充质干细胞受理新药

间充质干细胞可以用于哪些医疗病症?

间充质干细胞 (MSC) 已被研究用于广泛的治疗应用,包括组织修复、再生医学和针对各种医疗状况的细胞疗法。间充质干细胞已被研究的一些医疗状况包括:

  • 骨关节炎促进软骨修复并减少骨关节炎的炎症,骨关节炎是一种影响关节软骨和骨骼的退行性关节疾病。
  • 类风湿关节炎抗炎和免疫调节特性可能有助于治疗类风湿关节炎。这种自身免疫性疾病会导致炎症和关节损伤。
  • 移植物抗宿主病:免疫抑制特性可能使间充质干细胞可用于治疗移植物抗宿主病。这种并发症可能发生在骨髓移植后。
  • 心肌梗塞MSCs已被研究其促进心脏病发作后心脏组织修复的潜力。
  • 脊髓损伤MSCs已被研究其促进受损神经组织和脊髓损伤修复的潜力
  • 自身免疫性疾病MSCs已被证明具有抗炎和免疫调节特性,这可能使其有助于治疗自身免疫性疾病,如多发性硬化症和狼疮。
  • 1型糖尿病MSC已被检查其帮助保存1型糖尿病患者产生胰岛素的细胞的潜力
  • 肺部疾病MSCs已被审查其在慢性阻塞性肺病 (COPD) 和急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 等疾病中帮助修复肺组织的潜力。
  • 多发性硬化症 (MS)MSC已被证明具有抗炎和免疫调节特性,这可能使其有助于治疗多发性硬化症。这种自身免疫性疾病会影响中枢神经系统。
  • 莱姆病:已分析间充质干细胞帮助修复组织损伤和减少莱姆病(一种由蜱传播的细菌感染)引起的炎症的潜力。
  • 帕金森病MSCs已被检查其有助于保护和修复因帕金森病(一种影响运动的退行性疾病)而受损的大脑神经细胞的潜力。
  • ALS(肌萎缩侧索硬化症)MSCs已被研究有助于保护和修复ALS中受损的脊髓神经细胞,ALS是一种影响大脑和脊髓神经细胞的进行性神经退行性疾病。

值得注意的是,虽然间充质干细胞在临床前研究中显示出有希望的结果,但仍需要更多的研究来充分了解其潜力并开发安全有效的疗法。此外,仍考虑使用间充质干细胞作为治疗方法。自19世纪末以来,医学界就知道间充质干细胞的存在。然而,直到最近的进展,医生才能够激活和补充这些细胞来治疗各种疾病。

参考文献:

(1) Ullah, I., Subbarao, R. B., & Rho, G. J. (2015, April 28). Human mesenchymal stem cells – current trends and future prospective. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4413017/.

(2) Ding DC, Shyu WC, Lin SZ. Mesenchymal stem cells. Cell Transplant. 2011;20(1):5-14. doi: 10.3727/096368910X. PMID: 21396235.

(3) Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca JD, Moorman MA, Simonetti DW, Craig S, Marshak DR. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science. 1999 Apr 2;284(5411):143-7. doi: 10.1126/science.284.5411.143. PMID: 10102814.

(4) Williams AR, Hare JM. Mesenchymal stem cells: biology, pathophysiology, translational findings, and therapeutic implications for cardiac disease. Circ Res. 2011 Sep 30;109(8):923-40. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.243147. PMID: 21960725; PMCID: PMC3604746.

(5) Mesenchymal Stem Cells: Biology, Pathways, Translations, and Therapeutic Implications” R. Mishra and S.A. Pittenger, International Journal of Molecular Sciences, 2019.

(6) Comparison of bone marrow- and adipose tissue-derived mesenchymal stem cells: a systematic review” by L. Huang, Y. Liu, P. Cui, and L. Li, Stem Cell Reviews and Reports, 2010.

(7) Standardization of mesenchymal stem cell isolation, expansion and characterization” by C.D. Corcione, R. De Bari, and M.L. Lazzari, Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2009.

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