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間充質干細胞的“前世今生”

2023-08-012338點擊

  間充質干細胞,人類最早發現的干細胞。在細胞科技研究界,間充質干細胞在臨床應用中被寄予厚望,備受青睞,應用潛景廣泛。其實,它的發現和命名也經歷了曲折的過程,下面我們來一起走進關于間充質干細胞的“前世今生”。

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  第一次發現骨髓干細胞

  早在1867年,德國病理學家尤利烏斯·科恩海姆(JuliusCohnheim),在研究傷口炎癥時,偶然發現了干細胞??贫骱D烦錾诒逼蒸斒啃℃偟旅?,17歲開始在柏林大學讀書,曾在北普魯士軍隊擔任外科軍醫,解決了困擾醫學界13個世紀的難題——膿液的來源,提出膿液是發生炎癥時從血管中滲出的無色球,也就是大家熟知的白細胞。在炎癥實驗過程中,科恩海姆給動物靜注射一種不溶性染料——苯胺,在動物損傷遠端的部位,發現一些含有染料的細胞,包括炎癥細胞和與纖維合成有關的成纖維細胞。由此推斷,骨髓中存在一種非造血功能的干細胞??贫骱D肥鞘澜缟系谝粋€提出骨髓干細胞概念的科學家。

  第一次分離出間充質干細胞

  骨髓干細胞發現一個世紀后,1974年,俄羅斯青年科學家亞歷山大·弗里登施泰因(AlexanderFriedenstein)和同事亞歷山大·馬克西莫(AlexanderMaximow)第一次從骨髓中分離出了這種干細胞。研究后發現,骨髓干細胞與大多數骨髓來源的造血細胞不一樣,能夠快速貼附到體外培養器皿上,呈旋渦狀生長,產生成纖維細胞樣克隆,且具有自我復制更新能力。弗里登施泰因及其同事還證實,接種骨髓細胞懸浮液后,每個干細胞可形成不同的克隆,且干細胞增殖數與集落數之間具有線性關系。每個干細胞就是一個成纖維細胞樣集落形成單位(colony-formingunitfibroblast,CFU-F)。弗里登施泰因對骨髓干細胞進行了詳細研究,還鼓勵進行臨床應用,治療一些重大疾病。

  正式命名為“間充質干細胞”

  1991年,美國凱斯西儲大學(CaseWesternReserveUniversity)骨骼研究中心主任阿諾德·凱普蘭(ArnoldCaplan)教授,首次將骨髓來源的干細胞正式命名為“間充質干細胞(mesenchymalstemcellMSC)"。認為,這種骨髓來源的間充質干細胞具有分化為骨、軟骨、肌肉、骨髓基質、肌腱、韌帶、脂肪和其他結締組織的潛能,有時也稱為“骨髓基質細胞(bonemarrowstromalcell,BMSC)"。

  2005年,國際細胞治療協會宣布,首字母縮寫詞“MSC”為多潛能間充質基質細胞(mesenchymalstromalcell),與間充質干細胞的英文縮寫詞相同。由于來源于不同組織的細胞群,在基因表達和細胞分化能力具有明顯差異,卻都被命名為間充質干細胞,以及不同實驗室采用不同的細胞表面標志物來表征MSC,為避免概念模糊和歧義,2006年國際細胞治療協會建議啟用“多潛能間充質基質細胞”這個學術術語,不再使用“間充質干細胞”這個概念。然而,間充質干細胞已經成了干細胞界的明星,紅得發紫,建議基本沒有被科學界采納。

   2017年,“間充質干細胞”術語的命名人凱普蘭又向科學界提出建議,將“間充質干細胞”改為“藥用信號細胞(medicinalsignalcell)",又沒有被科學界廣泛采納。凱普蘭很無奈,即使是自己親手創造的名詞,從科學界也撤不回了,一直沿用至今。

  間充質干細胞的特性

  間充質干細胞具有許多獨特的性質,如歸巢遷移能力、造血支持能力、免疫調節能力、多向分化能力等,MSC針對不同的適應證能發揮不同的治療作用。

  MSC是造血微環境的主要細胞成分,在HSC的生長、增殖、分化中起重要作用。MSC通過與HSC相互作用及分泌多種細胞因子,或表達與HSC黏附、歸巢有關的黏附分子及ECM蛋白,支持和促進了造血。

  MSC是一類免疫缺陷細胞,具有低免疫原性和免疫調節特性,MSC通常低表達HLA-I抗原,不表達HLA-Ⅱ抗原和共刺激分子CD80(B7-1)、CD86(B7-2)與CD40等。在自身免疫系統疾病動物實驗及臨床試驗中,MSC可以有效地緩解疾病,抑制免疫反應,減少炎癥發生。

  MSC具有多向分化潛能,在特定的誘導條件下,它不僅能分化為骨、軟骨、脂肪、肌腱等中胚層組織細胞,而且能夠向內胚層組織細胞如心肌細胞、肝細胞和外胚層組織細胞如神經細胞分化。MSC因這一特性而成為組織工程研究的首選種子細胞。

  MSC不僅在人醫臨床上有很好的應用,在動物臨床上的應用也有了不小的發展。最開始是從賽馬開始,主要是用于治療運動系統方面的疾病,包括骨關節疾病和肌腱損傷等。而后干細胞治療逐漸應用到伴侶動物(貓和狗),從運動系統疾病、外傷疾病發展到眼科疾病和內科疾病,通過關節腔注射干細胞治療犬關節炎能有效減輕疼痛,改善臨床癥狀。伴侶動物和實驗動物有所不同,由于經過了上萬年的進化演變和與人類相近的生活習慣,伴侶動物所患疾病更接近人所患疾病,用伴侶動物進行干細胞治療研究能更好地為人醫臨床提供很好的動物實驗數據。

  MSC具有獨特的生物學功能,干細胞治療是繼藥物治療、手術治療之后的又一場醫療革命。MSC具有在體外容易擴增的特性,在短時間內可以擴增上千倍,這是MSC廣泛應用于實驗研究和臨床的重要前提條件。相對于骨髓,圍產期來源MSC具有組織來源豐富、細胞原始、增殖能力強和安全無病毒感染風險等優點,因此圍產期間充質干細胞可能會為今后臨床應用需求提供更為理想的種子細胞。

    本文為科普性知識,僅供學習、交流,請勿用于商業用途。

    資料來源:

    1、神奇的干細胞,王佃亮,人民衛生出版社,2022.7

    2、間充質干細胞基礎與臨床,韓忠朝,李宗金,韓之波,科學出版社,2019.6


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