细胞是人体的基本组成单位,一个成年人体内约有40万亿至60万亿个细胞。干细胞作为具有无限自我更新能力的细胞,能够产生至少一种高度分化的子代细胞。按发育阶段来分,干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。根据分化潜能,干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。鉴于其出色的分化潜能和更新能力,干细胞可用于治疗多种疾病。
成年人的心脏基本上没有修复损伤的能力。哺乳动物在修复受损心脏方面有其局限性,而两栖动物和鱼类可以修复心脏损伤。许多心脏病会导致心肌细胞和血管细胞死亡,并留下弹性差的疤痕组织,恶化心脏功能,进一步导致心脏病患者的心力衰竭。
2022年5月12日,来自德国慕尼黑工业大学、瑞典卡罗林斯卡研究所和阿斯利康的科学家Nature Cell Biology在这项研究中,科学家利用干细胞创造了一种使用人类心室祖细胞的方法(Human ventricular progenitors, HVPs)心脏细胞在猪体内再生的新技术。这项研究证实了HVPs在发育过程中,器官的形成非常重要,必要时可以成为心细胞,从而达到修复疤痕和损伤心脏的积极效果。
猪的心脏在生理上与人类心脏非常相似,因此科学家专注于研究HVPs修复猪损伤心脏的有效性,为后期研究进一步修复人类心脏提供更多线索。主要研究结果如下:
1、在单细胞水平上HVPs介导心脏修复进行分子解剖,科学家利用成人心脏组织模型模拟体外心力衰竭的关键步骤。结果表明,HVPs协调心脏发育的顺序能有效促进心细胞再生;
2、进一步研究HVP研究人员普遍表达了在体内迁移和修复受损心肌的能力LEA29Y猪进行了HVPs移植(LEA29Y是一种人类CTLA4-Ig衍生物可以削弱全身T细胞反应),经络CD68免疫检测评估发现,移植后没有急性移植排斥反应。此外,在过去使用干细胞培养心脏细胞的过程中,本研究没有出现心律失常、致命心律失常等常见副作用。
慕尼黑工业大学Karl Laugwitz教授实验室研究中,我们可以动态地展示它HVPs如何跟踪心脏受损区域,迁移到受损区域,熟练地为心脏细胞工作,防止疤痕组织的形成。
科学家希望在未来两年内对人体进行临床研究,转化当前的研究成果,为人类心脏病患者开发新的治疗方法。如果这种新技术能够修复受损的心脏组织,并成功投入临床使用,那么心脏病患者可能会有更好的预期寿命。
干细胞疗法在肺、卵巢、脑等器官修复中的应用
在干细胞研究中,间充质干细胞是目前最受欢迎的干细胞之一。骨髓间充质干细胞具有多向分化、低免疫原性和来源广泛的潜能。它们可以迁移到受损组织和器官,重建受损组织和器官,并在器官修复领域发挥重要作用。近年来,科技部每年都投入大量资金促进干细胞研究和转化。2022年4月29日,中华人民共和国科学技术部发布了《2022年国家重点研究计划干细胞研究与器官修复重点专项应用项目指导意见》,涵盖2019年冠状病毒疾病干细胞治疗等相关领域。
随着再生科技领域的突破以及与生物技术领域的不断交叉融合,器官损伤尚无有效治疗或治愈的可能性。
接下来,让我们结合前沿研究和具体案例,了解干细胞在器官修复中的许多应用:
1、干细胞修复肺损伤
2019年冠状病毒疾病在武汉爆发期间,一些重症患者会出现肺纤维化后遗症,这将极大地影响患者的生活质量。自疫情爆发以来,干细胞被多次提及并用于临床试验,其有效性和安全性也得到了认可。在武汉,200多名患者接受了干细胞治疗。体外再融合的间充质干细胞可以通过其多向分化机制再生新的肺泡组织,修复受损的肺组织,平衡肺微环境,在8-10天内达到治疗肺纤维化的目的。
2020年2月15日,科技部生物中心主任张新民,在国务院联合防控机制新闻发布会上表示,“目前,干细胞疗法可以抑制免疫系统的过度激活,通过改善微环境促进内源性修复,抑制急性肺部炎症的进展,缓解呼吸窘迫症状,疗效显著。”
2、干细胞修复卵巢早衰
卵巢早衰不仅会导致不孕,还会增加心血管疾病、骨质疏松和性功能障碍的风险。目前,大多数治疗方法收效甚微,干细胞移植已成为治疗卵巢早衰的研究热点之一。
2021年发表在《生殖科学与干细胞研究》杂志上;这两项治疗综述都认为间充质干细胞移植是治疗卵巢早衰最有效的方法。能显著改善卵巢功能,增加卵泡数,提高性激素水平,减少颗粒细胞凋亡。它可以用来治疗卵巢早衰和不孕症。
卵巢早衰是一个主要的医学问题。目前,中国已经启动了五个干细胞临床研究项目,可以深入评估干细胞疗法在恢复卵巢功能方面的安全性和有效性。干细胞可能成为卵巢早衰患者的新选择,为治疗更年期、不孕和其他卵巢早衰引起的疾病带来希望,帮助女性保持青春。
骨关节炎是目前骨科领域患病率最高、患者人群最广的一种疾病。作为一种曾经“专属于”老年群体的疾病,近年来骨关节炎却因马拉松等运动成为当代人的常见病。
近年来,研究人员成功分离出人和动物的骨髓间充质干细胞,发现它们在体外仍能保持干细胞的特性,成为研究热点。骨髓间充质干细胞由于其高增殖和多向分化能力,已被用作软骨修复和再生的潜在治疗细胞。
骨髓间充质干细胞可局部再生半月板和软骨中的软骨细胞以治疗骨关节炎,或静脉输注间充质干细胞以刺激患者自身软骨细胞的再生,缓解骨关节炎,恢复骨关节功能。
5月8日,中国科学院院士、清华大学教授、中国细胞生物学学会会长陈业光在《人民日报》上撰文,全面介绍了干细胞的临床应用和前景。陈业光院士表示,未来干细胞或再生医学最重要的应用是干细胞,有望用于修复衰老的器官,延长寿命,享受高质量的生活。生命和健康不仅是科学问题,也是每个人都必须面对的生命命题。随着研究成果的不断涌现,干细胞将继续为疑难复杂疾病提供新的治疗策略,为人类健康做出新的贡献。