当前最具突破性的治疗策略当属干细胞疗法。过去数十年来,该领域研究取得长足进展,干细胞可塑性这一独特生物学特性展现出广阔的临床应用前景。基于干细胞在疾病代偿、创伤修复、先天缺陷矫正及衰老干预中的功能重建潜力,全球科研与医疗机构已将其列为重点攻关方向。
作为再生医学的核心研究对象,干细胞通过替代受损细胞、修复缺陷组织或再生功能性器官等机制,在疾病治疗中发挥关键作用,现已成为多种难治性疾病的新型治疗范式。

干细胞疗法的临床转化优势体现在其无限增殖能力及规模化分化特性,这为组织工程和移植医学提供了充足的细胞来源。
- 根据来源不同,干细胞可分为胚胎源性、胎儿源性及成体细胞重编程诱导型;
- 按分化潜能则划分为全能性、多能性、多潜能性、寡潜能性及单能性等类别。
目前,该疗法在糖尿病、肝病、生殖功能障碍、创伤修复、神经退行性疾病、心血管疾病及肿瘤治疗等领域展现出显著疗效。
新综述!探索干细胞治疗的潜力:应用、类型和未来方向(万字长文)
日前,在《Acta Histochemica》期刊上发表了一篇“探索干细胞治疗的潜力:应用、类型和未来方向”的文献综述[1]。
本综述系统阐述了目前干细胞治疗的主要干细胞类型,重点探讨其在不同疾病治疗领域的应用现状,同时从伦理学视角剖析其临床转化面临的挑战,并对该疗法的优势与局限性进行综合评价。
干细胞的定义分类与功能调控机制
干细胞是一类未分化的细胞,具有两大核心特性:自我更新能力(维持自身数量稳定)和多向分化潜能(分化为特定功能细胞)。根据分化能力的层级,干细胞可分为以下几类:
- 全能干细胞:如受精卵,可分化为包括胎盘在内的所有细胞类型。
- 多能干细胞:如胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs),可分化为外胚层、中胚层和内胚层的多种细胞,但无法形成胎盘。
- 多潜能干细胞:如间充质干细胞(MSCs)和造血干细胞(HSCs),局限于特定胚层内分化(如中胚层来源的MSCs可分化为骨、脂肪、软骨细胞)。
- 单能干细胞:如皮肤基底层的角质形成细胞,仅能分化为单一细胞类型。
干细胞的功能与调控机制
- 组织稳态与再生:成体组织(如皮肤、肠道、骨髓)中存在组织特异性干细胞,通过动态平衡维持器官功能。例如,表皮干细胞持续分化为角质细胞以修复皮肤损伤。
- 分泌功能:干细胞通过分泌生长因子(如VEGF、FGF)、细胞外囊泡(外泌体)及抗炎因子(如IL-10),促进血管生成、免疫调节及损伤修复。例如,MSCs分泌的GDNF可保护神经元并促进神经再生。
- 衰老与再生失衡:随着年龄增长,干细胞微环境(niche)中氧化应激和表观遗传改变导致干细胞功能衰退,表现为自我更新能力下降及分化偏向(如成脂分化过度)。恢复干细胞活性是抗衰老研究的核心方向。
干细胞在再生治疗中的作用机制
干细胞在再生治疗中的作用机制涉及多种生物学过程,这些机制协同作用以促进组织修复和功能恢复。以下是干细胞作用的主要机制及其应用:
多向分化与细胞替代:干细胞(如胚胎干细胞、诱导多能干细胞)可分化为特定功能细胞(如心肌细胞、神经元、胰岛β细胞),直接替代受损或死亡的细胞。
旁分泌效应:干细胞分泌生长因子(VEGF、FGF)、细胞因子(IL-6、IL-10)、外泌体等,促进周围细胞增殖、抑制凋亡、减少纤维化。
免疫调节机制:间充质干细胞(MSCs)通过抑制T细胞、树突状细胞活性,调节巨噬细胞向抗炎表型(M2型)极化,减轻炎症反应。
血管新生支持机制:干细胞分泌VEGF、Angiopoietin-1等因子,刺激内皮细胞增殖,促进新血管形成,改善缺血组织的血液供应。
归巢与组织整合机制:干细胞通过趋化因子(如SDF-1/CXCR4通路)定向迁移至损伤部位,与宿主细胞形成连接(如缝隙连接),辅助修复。
抗纤维化与细胞外基质重塑机制:分泌MMPs(基质金属蛋白酶)降解异常沉积的胶原,抑制TGF-β信号通路,减少瘢痕形成。
干细胞治疗在多方面领域的再生应用
01神经再生
神经再生指的是受损神经组织(包括神经元、胶质细胞及神经纤维)通过修复或新生恢复其结构与功能的过程。这一过程涉及细胞增殖、分化、迁移及突触重建,是再生医学领域的核心目标之一。
神经干细胞在神经再生与修复中扮演核心角色,其作用机制包括:
- 分化潜能:可生成许旺样细胞、神经元及胶质细胞,促进受损神经结构重建。
- 旁分泌效应:释放神经营养因子(如BDNF、NGF)及血管生成因子(VEGF),支持神经生长与血管新生。
- 治疗优势:修饰后的神经干细胞(如过表达GDNF)显著提升急慢性神经损伤的修复效率,其机制与IL12p80促进许旺细胞分化相关。
- 疾病干预:在阿尔茨海默病中,骨髓来源的神经干细胞可整合至宿主神经回路,改善认知功能,并通过分泌因子提供神经保护。
- 再生阶段:神经干细胞通过迁移、存活及分化三阶段修复损伤,其效能与中枢神经系统的修复能力直接相关。
综上,神经干细胞凭借多向分化与微环境调控能力,成为神经退行性疾病及损伤治疗的重要策略。
02皮肤年轻化
随着人们对“青春之泉”的追求,面部年轻化领域正在快速发展。大量针对性研究试图从宏观和细胞层面延缓甚至逆转衰老进程。全面的面部年轻化需采取多模式策略,以应对衰老引发的组织松弛、脂肪与骨质流失、皮肤退化等综合改变。
组织再生细胞治疗领域的快速进展推动了脂肪细胞、基质血管成分(SVF)、脂肪源性干细胞(ADSCs)、富血小板血浆(PRP)及纳米脂肪在面部年轻化中的应用。通过利用这些再生组织,可恢复皮肤的年轻外观甚至功能。
03椎间盘再生
在过去十年中,再生医学已推进至椎间盘疾病(IVD)的临床试验阶段,针对背痛治疗及多种椎间盘退变动物模型开展研究。
IVD退化可能是由于衰老或其他破坏因素的发展造成的,这些因素是由反复的压力引起的,随着时间的推移而恶化。这最终会导致椎间盘突出、腰背不适等,对全球健康产生严重的负面影响。
干细胞促进椎间盘再生的机理
- 祖细胞来源:椎间盘组织特异性祖细胞的发现为再生治疗提供了潜在靶点。
- 内在修复:通过激活椎间盘干细胞促进细胞增殖,延缓退变进程。
04膝骨关节炎
骨关节炎(OA)是最常见的关节疾病之一,由骨软骨退变引发,涉及钙化软骨、关节软骨及软骨下骨与小梁骨的崩解,这些结构共同维持关节功能负荷。
近年来,干细胞在关节软骨损伤修复中显示出了巨大的潜力,并且相关的间充质干细胞(MSC)产品已上市,备受期待。MSC具有自我更新、多向分化和调节免疫等潜能,被认为是治疗骨关节炎的潜在疗法之一。
干细胞治疗膝骨关节炎的机理
- 旁分泌调控:BM-MSCs分泌IGF1和BMP2,同时抑制炎症反应和促进骨形成。
- 免疫调节:通过抑制淋巴细胞活化和促进抗炎细胞生成,改善关节微环境。
05软骨再生
创伤、长期应力及自身免疫性疾病是软骨损伤的主要诱因。由于软骨无血管特性及软骨细胞代谢活性低下,损伤后通常难以自我修复。目前,软骨损伤的治疗手段仅限于骨软骨移植、微骨折术及软骨细胞植入,但这些方法仅能延缓软骨进一步退变,无法恢复其完整性。
研究表明,干细胞疗法(尤其是间充质干细胞,MSCs)可有效修复软骨损伤。间充质干细胞凭借其卓越的成软骨能力,或成为软骨再生的替代方案。
干细胞治疗软骨再生的机制
- MSCs的多效性:分泌ECM成分(如GAGs)、抗炎因子及促血管生成因子,改善微环境并促进软骨修复。
- 联合治疗:MSCs与支架材料结合可模拟天然软骨结构,增强修复效果。
06再生牙科
再生牙科是生物医学工程与临床需求共同驱动的前沿领域,旨在突破传统牙科治疗局限,通过组织工程技术实现受损口腔组织的功能性再生。其核心要素包括:
- 干细胞(如牙髓干细胞DSC、脂肪间充质干细胞AMSCs)作为再生种子;
- 生物活性物质(如生长因子、细胞因子)调控修复微环境;
- 生物材料(如胶原蛋白支架)模拟天然组织架构,引导细胞增殖分化。
关键应用方向
唾液腺再生:针对干燥综合征及放疗后唾液腺功能减退,脐带间充质干细胞静脉输注可改善唾液流速并缓解症状。
- 脂肪来源的AMSCs通过腺内注射,可提升放疗患者唾液分泌量、扩大腺泡导管面积并减少纤维化,展现治疗潜力。
口腔颌面部神经修复:传统方法依赖自体神经移植或不可降解神经导管,但效果有限。
- 最新进展采用胶原蛋白等可降解导管,并结合许旺细胞植入,通过分泌神经营养因子(如 BDNF、NGF)增强神经再生效能,促进损伤修复。
07心脏再生
近年来,评估细胞治疗对不同心血管疾病疗效的临床试验已覆盖全球数千名患者。累积数据证实了其在先天性心脏病儿童及缺血性心脏病、多种病因心肌病、慢性心力衰竭成人患者中的安全性与有效性。由于胚胎及胎儿干细胞的伦理争议及诱导多能干细胞(iPSC)技术的局限性,心肌再生研究主要依赖成体干细胞来源(如骨髓、外周血、脂肪组织、骨骼肌、脐带血、胎盘及心肌自身)。
Field团队首次报道了心肌细胞增殖的强效刺激机制。在多项研究中,他们证实心肌细胞特异性持续激活的Cyclin D2过表达是损伤后心脏再生及心肌细胞持续增殖的关键。
探索13种主流干细胞的特性及应用
01、诱导性多能干细胞 (iPSC)
由于具有自我更新和发育成任何类型人体细胞的能力,诱导性多能干细胞 (iPSC) 已经改变了再生医学、疾病建模和药物发现。如图1所示,生成iPSC的过程需要对体细胞(如皮肤或血细胞)进行重新编程,使其再次具有多能性,从而使其能够发育成各种特化细胞。这一独特特性使得iPSC在开发与人类状况极为相似的疾病模型方面具有不可估量的价值。
iPSC已广泛用于疾病建模,以研究多种遗传疾病,包括Shwachman-Bodian-Diamond综合征、III型戈谢病和腺苷缺乏相关严重联合免疫缺陷症 (ADA-SCID)。这些模型为研究疾病背后的原因和可能的治疗方法提供了一个框架。
此外,iPSC在个性化医疗中至关重要,患者特定模型可用于测试药物反应和预测治疗结果。iPSC的再生潜力将延伸到治疗退行性疾病、组织损伤,甚至未来可能治疗遗传性疾病。
02、人类胚胎干细胞(hESC)
多种类型的体细胞是由发育中的胚胎中的多能细胞(称为胚胎干细胞 (ESC))产生的。胚胎干细胞 (ESC) 的使用可以促进涉及特殊细胞和器官结构发育的复杂过程。此外,由于ESC的可塑性和无限的自我更新能力,可以在体外产生无数不同类型的细胞,为再生医学领域开辟了新的可能性。
人类胚胎干细胞 (hESC) 能够产生专门的细胞来修复患有一系列退行性疾病的患者受损的组织,因此具有最大的治疗前景。
胚胎干细胞的核心特性
- 多能性:源自囊胚内细胞团,可分化为所有三胚层细胞类型。
- 无限自我更新:通过端粒酶维持染色体稳定性,长期保持未分化状态。
- 治疗潜力:
- 细胞替代治疗:生成神经元、心肌细胞等特化细胞,修复帕金森病、脊髓损伤等退行性疾病。
- 疾病建模:模拟人类发育与疾病机制(如阿尔茨海默病)。
- 药物筛选:评估候选药物的安全性与有效性。
因此,使用hES细胞可能有助于开发用于治疗多种人类疾病的细胞移植疗法。ESC细胞具有无限自我更新和对称分裂的能力。
03、神经干细胞(NSC)
“神经干细胞” 指的是多能未分化细胞,可发育为任何类型的神经元、少突胶质细胞或星形胶质细胞。神经干细胞对胚胎发育和成人神经发生均至关重要。
神经干细胞的定义与特性
- 多能性:NSC是中枢神经系统的 “种子” 细胞,可分化为神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。
- 自我更新:通过对称或不对称分裂维持干细胞池,为神经再生提供持续细胞来源。
NSC存在于胚胎神经发生过程中,在衰老过程中维持脑干细胞池的健康可能对整体脑功能提升及降低癌症和神经疾病风险至关重要。衰老影响各类脑细胞,可能导致疾病和体能下降。然而,脑内的成体驻留神经干细胞(NSCs)具有生成新神经元并恢复部分脑功能的潜力(神经发生)。
在神经退行性疾病中,特定神经元亚群(如运动神经元(MNs)、多巴胺能和胆碱能神经元)逐渐退化,导致特定模式的神经系统功能衰竭。神经干细胞(NSCs)作为人类中枢神经系统的 “种子” 细胞,具备自我更新能力并能生成神经元和胶质细胞,在系统发育过程中与神经退行性疾病密切相关。
04、间充质干细胞(MSCs)
间充质干细胞(MSCs)是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的非造血干细胞,可从骨髓、外周血、胎盘、肝脏、脂肪、肌肉、皮肤、母乳及羊水等多种组织中分离。通过细胞外囊泡分泌、旁分泌作用及细胞间直接接触,MSCs可调节免疫反应、诱导新生血管形成、促进血管生成、增强细胞存活/增殖并抑制细胞死亡。
间充质干细胞的来源与特性
- 多向分化潜能:可分化为骨、软骨、脂肪等中胚层细胞,及心肌、神经等跨胚层细胞。
- 免疫调节:分泌IL-10等因子抑制T/B细胞活化,降低移植排斥风险。
- 旁分泌效应:释放 VEGF 促进血管生成,HGF 抑制纤维化,BDNF 保护神经元。
近年来,全球已有超过900项临床研究利用间充质干细胞治疗糖尿病、心血管疾病、神经系统疾病、免疫相关疾病及骨/软骨修复等。其迁移至损伤部位、分化为多种细胞类型及调控免疫应答的能力,使其成为治疗多种疾病的理想选择。
间充质干细胞的应用
伤口愈合:研究表明,MSCs在伤口愈合中的长期整合能力有限,但其通过招募内源性祖细胞、释放血管内皮生长因子(VEGF)、基质细胞衍生因子-1(SDF-1)、表皮生长因子(EGF)、角质细胞生长因子(KGF)、胰岛素样生长因子(IGF)及基质金属蛋白酶-9(MMP-9)等,指导细胞分化、增殖及细胞外基质形成。
脑部疾病治疗:血脑屏障(BBB)阻碍药物对脑肿瘤及神经退行性疾病的递送,而MSCs等干细胞可携带药物或RNA跨越BBB。例如,多形性胶质母细胞瘤(GBM)预后极差,需突破BBB递药障碍。MSCs不仅可穿越BBB靶向肿瘤部位递药,还能释放抗炎细胞因子(如IL-10、TGF-β)抑制神经炎症、阻断神经元凋亡通路(如抑制Caspase-3活性),并通过分泌神经生长因子(NGF)、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)及脑源性神经营养因子(BDNF)促进突触可塑性和神经元存活。
脑肿瘤靶向机制:脑肿瘤(如胶质瘤、转移瘤、髓母细胞瘤等)因BBB存在导致药物治疗受限。肿瘤微环境释放趋化因子可引导MSCs向脑内癌灶迁移。根据“种子与土壤”理论,外周癌细胞通过释放外泌体破坏BBB紧密连接,促使癌细胞脑转移。
05、脂肪干细胞(ASC)
脂肪干细胞(ASCs)是一种易于提取且可分化为软骨细胞、脂肪细胞和成骨细胞等多种细胞类型的间充质干细胞(MSCs)。因其独特特性,ASCs 被广泛用于体外和体内骨愈合研究。
脂肪干细胞来源与优势
- 易获取性:通过吸脂术无创获取,避免侵入性操作。
- 多向分化潜能:可分化为骨、软骨、脂肪等中胚层细胞,及心肌、神经等跨胚层细胞。
- 免疫调节:分泌IL-10等因子抑制T细胞活化,降低移植排斥风险。
ASC的特点是其高增殖率、免疫抑制特性以及分化成成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞三系的能力。ASC分泌一系列促进血管生成和成骨的多肽、激素和强效生长因子。此外,ASC还用于各种专业的治疗,例如普通手术和血管手术、骨科手术、神经病学和耳鼻喉科(特别是声带移植)。
此前已证实这些细胞具有多能性,能够发育成骨、软骨、脂肪、骨骼、心肌细胞、内皮和神经元谱系,以及修复异常和帮助愈合。
06、牙髓干细胞(DPSC)
初步研究表明,这些由牙齿组织制成的MSC似乎具有强大的组织再生特性、分化和自我更新能力以及执行免疫调节任务的能力。研究发现,它们表达多种表面标志,包括CD90和CD73。
这些细胞表现出免疫抑制特性,具有快速的群体倍增期,并且很可能形成类似于牙本质和牙髓的复合体。对DPSC的第一项研究发现,无论是在体外还是在体内,它们的干细胞特性都类似于骨髓基质细胞 (BMSC)。
除了神经干细胞之外,DPSC还表现出神经谱系标志,如GFAP、βIII 微管蛋白、巢蛋白、musashi-1和神经元细胞核 (NeuN) 。
07、骨髓干细胞(BMSC)
BMSC可以发育成软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞和基质细胞,促进造血,并具有很强的增殖能力。
- 造血祖细胞是一类独特的祖细胞,可发育成免疫系统和血液细胞,其活性与该细胞群一致。
- 其次,BMSC 可能有助于髓外组织修复。
- 第三,BMSC可能影响骨骼的生长和重塑。在矿化的骨组织中,它们会形成沉积骨钙素的成骨细胞。
此外,它们可以通过旁分泌刺激来控制破骨细胞,从而协调骨吸收过程中骨钙素的释放和激活。
多项研究表明,骨髓干细胞 (BMSC) 可能有助于再生或修复多种组织,包括皮肤、半月板、心脏瓣膜、血管、碎骨、肌腱和软骨。间充质干细胞 (MSC) 和造血干细胞 (HSC) 是骨髓 (BM) 中发现的两种主要干细胞类型。
08、造血干细胞(HSC)
所有血细胞亚型,包括淋巴和髓系血细胞亚型,均可由多能原始细胞(称为造血干细胞 (HSC))产生,如图2所示。骨髓 (BM)、脐带血 (UCB) 和外周血 (PB) 是含有HSC的组织。
每种血细胞谱系都是由不同亚群的多能HSC功能成熟产生的,这些 HSC可通过自我更新和分化进行增殖。整个造血过程可以由相对较少数量的HSC启动。
作为造血干细胞移植 (HSCT) 程序的一部分,由BM、PB和USB产生的自体或同种异体干细胞通过静脉输入血液疾病患者体内,以恢复功能性造血系统。此程序使患者能够接受针对疾病的高剂量化疗。
造血干细胞移植通常在化疗后进行,其主要目的是恢复功能性免疫细胞。造血干细胞移植可延长寿命,主要包括两种技术:同种异体移植和自体移植。在许多情况下,这两种造血干细胞移植技术都被认为是既定疗法,并被视为支持性治疗。
09、围产期组织干细胞
图3显示,围产期组织包含多种干细胞类型,因其兼具胚胎干细胞和成体干细胞的特性,成为组织工程与再生医学(TERM)的理想候选。因此,研究已开始探索胎盘、胎膜和脐带等围产期组织作为人类源性生物材料和细胞的丰富来源,以开发新一代生物工程疗法并解决现有技术的主要问题。
围产期组织的独特优势
- 多能性特征:兼具胚胎干细胞的分化潜能与成体干细胞的免疫调节特性。
- 免疫豁免:胎盘组织因妊娠期间的免疫保护机制,可降低移植排斥风险。
临床应用潜力
- 再生治疗:胎盘MSCs用于心肌梗死修复,脐带 MSCs 治疗脊髓损伤。
- 免疫调节:羊膜细胞抑制炎症反应,治疗自身免疫性疾病(如类风湿关节炎)。
- 生物材料开发:胎膜作为天然支架,支持组织工程化器官构建。
010、脐带干细胞(UCSCs)
利用脐带来源的造血干/祖细胞已被证实对多种血液疾病具有显著疗效,包括镰状细胞性贫血、再生障碍性贫血、地中海贫血和白血病。
脐带血干细胞具有多重优势:几乎无限的脐血供应、更低的感染传播风险、即时可用性、对人类白细胞抗原(HLA)变异的更高耐受性,以及降低发生严重移植物抗宿主病(GVHD)的风险。这是因为未成熟的脐血干细胞中富含抑制免疫反应的调节性T细胞。
脐带华通氏胶来源的间充质干细胞(WJ-MSCs)具有独特优势:
- 异质性低、易于分离培养、多组织存在性、免疫调节特性、自我更新能力、多向分化潜能,且无伦理争议。与骨髓或脂肪组织不同,这类围产期组织来源的干细胞无需侵入性手术即可获取,避免了采集过程中的并发症风险。
- 采集便利作为围产期废弃物,脐带组织获取无创且伦理争议小,为再生医学提供了理想的细胞来源。
最新研究表明,脐带间充质干细胞可通过分泌白细胞介素-10(IL-10)等细胞因子抑制T细胞、B细胞和Tfh细胞活性,同时分泌肝细胞生长因子(HGF)、角质细胞生长因子(KGF)和表皮生长因子(EGF)促进组织再生。通过抑制IL-1β、IL-8和TNF-α的产生,HUC-MSCs可减少细胞凋亡、氧化应激和炎症反应。
目前,脐带血库(包括公共和私人库)在多个发达国家已广泛建立,为未来个性化细胞治疗提供了重要资源。
011、胎盘间充质干细胞(PMSCs)
胎盘因其包含多种干细胞(包括间充质干细胞)而受到越来越多关注。胎盘通常在出生后被丢弃,易于获取。人类胎盘由母体和胎儿组织构成,例如脐带 / 华通氏胶、绒毛膜板、绒毛、羊水、壁蜕膜(DP)和羊膜(AM)分别代表母源和胎源胎盘组织。从胎盘中分离的间充质干细胞统称为胎盘间充质干细胞(PMSCs)。
胎盘间充质干细胞(PMSCs)的核心特性
- 来源与优势易获取性:作为分娩废弃物,无伦理争议且采集无创。
- 多能性特征:表达胚胎干细胞标志物(如Oct4、Nanog),兼具BM-MSCs的安全性与ESCs的分化潜能。
- 免疫调节:低免疫原性,可抑制T/B细胞活化,降低移植排斥风险。
胎盘间充质干细胞的应用
胎盘干细胞在治疗严重骨溶解性病变、心肌梗死、肝胰腺疾病、肺纤维化及阿尔茨海默病等方面展现出潜力,并可应用于组织工程。
在神经系统疾病方面:以多发性硬化症(MS)为例,其病理机制包括退行性变和炎症免疫反应。作为自身免疫病,MS由T细胞攻击髓鞘肽引发,导致神经元和少突胶质细胞死亡。当前疗法多聚焦于免疫系统,而PMSCs通过调节免疫和促进脑细胞再生为患者提供了新策略。
- 另一种神经退行性疾病肌萎缩侧索硬化症(ALS)会导致瘫痪、肌肉无力和呼吸障碍,由脑和脊髓神经元退化引起。尽管目前无有效治疗,干细胞疗法可延长患者生命。在ALS小鼠模型中,PMSCs通过保护运动神经元免受炎症肽损伤,延缓了病情进展。
在癌症治疗方面:癌症治疗方面,传统手术、放化疗虽有效,但严重副作用和耐药性凸显了替代疗法的需求。PMSCs提供了新方案:其天然趋向迁移至受损部位的特性可用于靶向肿瘤。癌性病灶作为未愈合伤口环境,通过旁分泌信号吸引PMSCs迁移至作用位点,炎症则是另一影响迁移的关键因素。
血管疾病方面:在严重肢体缺血(CLI)—— 外周动脉疾病的最晚期阶段,胎盘间充质干细胞肌内注射可通过促血管生成特性增加血流,促进新血管形成。
012、人类羊膜上皮细胞(hAESCs)
胎盘曾被视为医疗废弃物,但过去十二年间,不断积累的知识使其被重新认识为潜在的多能干细胞丰富来源。胎盘包含多种干细胞类型,包括人类羊膜上皮干细胞(hAESCs)、人脐带间充质基质细胞(hUMSCs)和人羊膜间充质基质细胞(hAMSCs)。
这些胎盘干细胞具有诸多优势:来源丰富、无伦理争议、DNA损伤风险低,使其成为临床再生医学和细胞移植的理想细胞来源。
hAESCs已被探索用于治疗自身免疫性葡萄膜炎、系统性红斑狼疮、肺纤维化、脊髓损伤、帕金森病、阿尔茨海默病、糖尿病、伤口愈合及宫腔粘连等疾病,这些应用与其免疫调节和适应性特性密切相关。
胎盘来源的人类羊膜上皮细胞在再生医学领域引发广泛关注。hAECs 兼具胚胎干细胞的增殖分化能力和成体干细胞的免疫调节特性。相较于其他类型干细胞,hAECs具有易分离、数量多、免疫原性低、无致瘤性且避免伦理争议等优势。
013、华通氏胶来源间充质干细胞(WJ-MSCs)
与成体间充质干细胞相比,华通氏胶来源的间充质干细胞(WJ-MSCs)因具有增殖能力强、操作简便、非侵入性分离、成本低且无限可获取等优势,近年来在异基因或自体应用中备受关注。
华通氏胶来源的间充质干细胞的优势有三:
- WJ-MSC的移植物抗宿主病风险降低,并且似乎不具有致瘤性,这意味着它们在移植后不会引起畸胎瘤。
- 他们的研究不存在禁止其在再生医学中使用的道德问题。
- 由于WJ-MSC具有免疫特权地位,因此是再生医学的理想选择。J-MSC 会产生大量促进组织发育的化学物质,包括VEGF、胰岛素样生长因子1 (IGF1)、粒细胞集落刺激因子 (G-CSF)、血小板衍生生长因子、TGF-β、IL-6和IL-8。
这些特性使其在异基因移植中成为替代其他MSC来源的理想选择,可修复和再生皮肤、心脏、脂肪、软骨、骨、胰腺及神经/血管内皮等组织;在再生医学中,其还可通过异种移植改善体内器官功能。研究表明,人WJ-MSCs用于肝、肾、肺组织的功能性再生时,可促进正常基质和功能实质的形成,并减少纤维化。
此外,华通氏胶来源的间充质干细胞作为亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化、帕金森病、阿尔茨海默病及多发性硬化等神经疾病的潜在疗法,近年广受关注。其可能通过两种途径影响神经损伤:
- 在特定条件下分化为神经元;
- 保护神经元并调节免疫系统。
当暴露于脑脊液时,WJ-MSCs可表达神经营养因子及神经元标志物,如神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF),从而在神经疾病管理中具有多种应用。
干细胞治疗的优势
间充质干细胞(MSCs)的优势
MSCs相较于其他类型干细胞具有多重治疗优势:来源相对丰富、分离简便、多向分化潜能、恶性转化风险低、免疫调节特性及无伦理争议。其免疫调节能力可通过分泌抑制固有免疫和适应性免疫应答的细胞因子减轻炎症,且作为通用供体细胞无需使用免疫抑制剂。
人类间充质干细胞(hMSCs)的应用潜力
hMSCs在再生医学领域前景广阔,可改善多种难治性疾病。作为成体干细胞,其通过维持和修复多种组织器官,在糖尿病肾病、中风、神经损伤及中暑等疾病的细胞治疗中展现出显著疗效。凭借免疫调节特性,hMSCs在促进组织再生修复的同时降低炎症反应。
神经干细胞(NSCs)的神经维持作用
在大多数成年动物大脑的“神经发生微环境”中,NSCs持续支持神经发生。与其他干细胞类似,神经干细胞的独特微环境确保NSCs自我更新并主要分化为神经元。该微环境依赖内在遗传 / 表观遗传程序与微环境特异性特征的协同作用以维持再生。
干细胞在眼科疾病中的应用
多项研究聚焦于干细胞治疗退行性眼病、修复神经回路或生成内源性视网膜神经元。内源性视网膜干细胞、iPSCs和ESCs可替代缺失的光感受器和视网膜色素上皮细胞,恢复受损视力。MSC治疗成功修复了损伤的视网膜神经节细胞,并在伤口愈合过程中展现出向角膜特异性细胞类型及角膜上皮转分化的能力。
干细胞类型 | 核心优势 | 代表性应用 |
---|---|---|
MSCs | 免疫调节、多向分化、易获取 | 自身免疫病、组织损伤修复 |
hMSCs | 跨系统修复、低免疫原性 | 糖尿病并发症、卵巢早衰 |
NSCs | 神经特异性分化、微环境维持 | 神经退行性疾病、脊髓损伤 |
视网膜干细胞 | 光感受器再生、血 – 视网膜屏障修复 | 视网膜色素变性、年龄相关性黄斑变性 |
干细胞治疗的主要局限性
安全性风险
- 致癌性:异基因移植可能引发恶性肿瘤(如淋巴瘤),iPSCs 衍生细胞存在畸胎瘤风险。
- 免疫排斥:非自体细胞移植需免疫抑制,增加感染风险(如 CMV 激活)。
疗效挑战
- 细胞存活率低:移植后 90% 细胞因凋亡或应激丢失,需高剂量细胞。
- 异位定植:大量细胞可能导致非预期组织定植,引发并发症。
技术局限性
- 基因组不稳定性:ESCs/iPSCs 在体外培养中易发生染色体异常。
- 恢复周期长:HSCT 后需数月重建免疫系统,患者长期处于感染风险中。
伦理与监管
- 异基因移植争议:涉及供体安全、知情同意及长期随访等伦理问题。
对比总结
治疗类型 | 核心风险 | 典型副作用 |
---|---|---|
HSCT | 免疫抑制、感染、恢复周期长 | 移植物抗宿主病、败血症 |
iPSCs | 基因组不稳定、致癌性 | 畸胎瘤、染色体异常 |
MSCs | 异位定植、生物分布风险 | 肺栓塞、免疫原性反应 |
胚胎干细胞 | 伦理争议、致瘤性 | 免疫排斥、肿瘤形成 |
结论与未来展望
干细胞研究在组织工程、再生医学及细胞治疗领域展现出巨大潜力,有望攻克多种此前无法治愈的疾病。最新研究成果与技术进展表明,干细胞疗法或将革新多个医学专科。将精准医学方法与干细胞治疗相结合,可能开创医学新纪元——患者将根据自身基因组成接受定制化治疗,从而提升疗效并减少副作用。患者特异性干细胞的应用与基因组学的进步,预计将成为这一整合的主要驱动力。
干细胞疗法不仅在健康与科研领域具有革命性潜力,更将深刻影响受严重疾病与损伤困扰人群的生活。基因编辑技术、精准医学、免疫调节手段及生物工程协作的发展,为干细胞疗法的演进指明了方向。
再生医学从构思到实施,这一过程彰显了人类创造力及提升医疗水平的坚定承诺。定制化再生疗法或能减轻多种疾病的影响,而干细胞研究有望彻底改变医学,开启全新时代。随着伦理关切与技术挑战的逐步解决,基于干细胞的治疗预计将不断拓展,为曾被视为不治之症的患者提供新选择与希望。
参考资料:[1]:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0065128125000091?via%3Dihub
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