从生物学到治疗的间充质干细胞

1970-01-01 08:00来源：人参果细胞网 作者：

间充质干细胞发现和生物学

1966年，弗里登斯坦等人表明，源自小鼠骨髓以及其他造血器官的细胞含有一个干细胞亚群，这些细胞会产生骨细胞前体。在这篇开创性的论文中，这些细胞被命名为成骨干细胞，尽管经过进一步的研究，弗里登斯坦意识到它们也有更大的潜力分化成脂肪和软骨前体。

1991年，卡普兰创造了“间充质干细胞”一词和缩写“MSC”，此后一直是最常用的绰号。

Pittenger等人在1999年的报告中进一步发展了MSCs具有三系潜能的概念，即分化成骨、软骨和脂肪细胞的能力。其中显示从髂嵴抽吸物中分离的骨髓细胞在体外分化成这些谱系，并添加了分化特异性刺激。许多进一步的研究已经复制了这些方法并建立在它们之上。

不断扩大的研究活动和该领域的发展清楚地表明了这些细胞更复杂的性质，以及技术上有限的分离技术通常无法选择同质干细胞群。人们认为名称应该反映这一点，提议的MSC扩增包括“多能基质细胞”、“间充质基质细胞”，甚至“药用信号细胞”。

在本综述的其余部分，“间充质基质细胞”一词将用于MSCs，指代更广泛的细胞群，并承认它们的异质性以及并非所有从骨等来源分离的塑料贴壁细胞这一事实骨髓和脂肪具有多能分化能力。这一观点与2005年首次发表的国际细胞治疗学会(ISCT)立场文件一致，其中间充质干细胞被定义为来自多种组织（如骨髓、脐带或脂肪）的塑料贴壁细胞，具有分化成骨、软骨和脂肪细胞的潜力。它们还应表达细胞表面蛋白CD105、CD73和CD90，并且缺乏CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79或CD19和HLA-DR。尽管重要的是要注意，该声明指定这些是最低标准和进一步研究的起点。

间充质干细胞来源： MSC样细胞已从无数组织中分离出来，尽管最常见的是来自成人的骨髓和脂肪组织。脐带和胎盘也是MSCs的可及来源，因为它们通常被认为是医疗废物。为了获得相关的细胞数量，MSCs通常为研究和临床应用进行培养扩增，这是实验室中易于重现的过程。简单的MSC分离和扩增程序及其具有临床吸引力的再生潜力是使用MSC的出版物和临床试验数量稳步增加的基础，特别是自2000年以来（图1）。

图1：使用间充质干细胞在研究和临床试验领域的活动

( A )PubMed数据库中列出的出版物数量（搜索词：“间充质干细胞”或“间充质干细胞”）从2000年开始。（B）临床试验首次发布（ClinicalTrials.gov上的搜索词：“间充质干细胞”‘或’间充质基质细胞’）从2000年开始。

间充质干细胞治疗方法

间充质干细胞的自体和同种异体来源多年来一直被用作细胞疗法，并构成了图1B中确定的绝大多数临床试验。最近，对使用间充质干细胞衍生的生物活性产品（由MSC分泌到细胞外环境中的产品）的兴趣显着增加。我们将在下面的“间充质干细胞疗法”和“细胞衍生疗法”中介绍这两种方法（另请参见图2）。

图2：间充质干细胞及其产品的治疗开发方法

MSCs可以通过直接注射细胞悬浮液或接种到生物材料支架上作为局部给药的粘附位点来应用。MSC衍生的EV可以在其幼稚、未改变的状态下使用，或被设计用于携带特定的货物和/或细胞靶向基序。这两种方式都适用于组织再生或免疫调节疗法。

间充质干细胞疗法治疗疾病的基本原理

利用MSC生物学的治疗方法侧重于它们分化成新组织和充当免疫系统调节剂的能力。早期研究MSCs治疗效用的工作表明，MSCs具有某些免疫调节特性，使它们能够在异种环境中持续存在。

为了证明这一点，Liechty等人在预期胎儿发育免疫能力之前和之后，将人类MSCs引入羊胎中。在这两种情况下，细胞都成功移植并整合到发育中的组织中，进行位点特异性分化。这种免疫调节能力，加上它们的组织形成能力，为MSCs提供了独特的治疗价值。

间充质干细胞治疗的临床目标包括炎症适应症，例如移植物抗宿主病(GvHD)和类风湿性关节炎，以及用于组织再生的目的，例如成骨不全症和大骨缺损。在我们最近对使用MSC的所有已发表临床试验（2009-2019年）的分析中，我们确定了35种不同的适应症，最常见的是影响神经、心血管和肌肉骨骼系统的适应症。

许多间充质干细胞的干预措施依赖于间充质干细胞在全身注射后归巢到目标部位。MSC归巢被认为是受细胞因子和表面抗原调节的，是指MSC在全身注射到血流中或局部给药时，优先向损伤部位迁移。虽然全身给药有其好处，例如作为递送MSCs侵入性最小的方式，但已经表明，归巢到所需组织的效率可能非常低，导致植入水平低，主要是由于肺微血管。正在研究许多策略来改善MSC归巢，重点是让患者更容易接受MSC或工程化MSC以避免与患者对全身给药细胞的反应相关的问题。

应该注意的是，为了将这种方法转化为可行的疗法，必须解决扩大规模的问题。MSC剂量通常在1-200万个细胞/Kg的范围内，这对与培养相关的特定MSC标志物的丢失提出了特殊的挑战，这些标志物被用作MSC治疗剂制造中的关键质量属性。

MSCs可以通过使用支架的局部给药以更有针对性的方式给药（图2）。

细胞衍生疗法

虽然间充质干细胞的疗法被证明是令人鼓舞的，但人们对将细胞衍生材料用于治疗目的的兴趣越来越大。细胞产生的生物活性因子，特别是细胞外囊泡(EV)，可以反映它们起源的细胞的功能。EVs是由细胞分泌的纳米级膜状颗粒，含有多种物质，包括核酸（如miRNA）和蛋白质。已经表明，外泌体通过穿梭生物分子来影响微环境来介导细胞间通讯。鉴于EV的功能是充当周围细胞的信号粒子，因此可以利用EV携带的信号将所需的生物因子传递给靶细胞，为它们提供先天的治疗效用。图2）。

虽然目前还没有获得批准的使用EV的治疗方法，但越来越多的已发表数据表明EV可用于许多适应症的临床应用。

结论和未来方向

间充质干细胞是一个令人兴奋的细胞群。大量工作正试图将间充质干细胞和相关技术转化为适用于广泛应用的可行疗法。细胞外泌体作为一种治疗方式的出现为无细胞再生医学打开了大门，具有极大的多功能性和实用性。近年来，间充质干细胞的疗法应用的临床试验结果令人兴奋，但临床开发必须始终遵循科学理解。为了破译神秘的间充质干细胞，我们还有很多工作要做。

概括

间充质干细胞作为异质细胞群经常被研究用于研究和临床用途，因此产生了间充质基质细胞(MSCs)一词。间充质干细胞具有广泛的治疗应用，但间充质干细胞生物学的各个方面需要进一步的工作，以最大限度地发挥其潜力。MSC衍生的EV是一种新兴的治疗方式。定义和分析MSC和MSC-EV的统一方法对于研究界内的有效沟通以促进该领域的进展至关重要。 标签:间充质干细胞