間充質干細胞：人體技藝高超的修復大師

撰文：步步先生

來源：干細胞者說

試著想象一下：在人體內，有著數以千萬計的微型維修工人，到受傷的地方去創造新的骨頭、軟骨、肌肉和神經。在人體中，有一位技藝高超的修復大師，他掌握了修復人體幾乎所有類型受損組織的秘訣，這就是間充質干細胞。

那么，間充質干細胞（MSCs）會是合格的修復大師嗎?

大約超過7000篇關于MSCs的論文在2018年發表，788項已經完成或正在進行的MSCs臨床研究（Ayala-Cuellar et al ., 2019）。自從20世紀70年代Friedenstein等人發現MSCs以來，MSCs就一直是學術界和臨床轉化研究的焦點。

MSCs具有自我更新和多向分化的潛能。由于其易于分離和便于體外擴增的特點，MSCs也成為再生醫學中最常用的細胞。此外，因為具有免疫調節特性，MSCs治療還為自身免疫病、炎癥和血液病以及移植手術提供了一個很有前景的治療手段（Weiss和Dhalke, 2019）。

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間充質干細胞的制備工藝

從骨髓、臍帶華通氏膠、臍帶血、胎盤、真皮和脂肪組織，甚至牙髓中，細胞學家們獲取得到了MSCs。他們在臨床試驗中使用自體來源和異體來源的MSCs。由于原代獲得的MSCs數量有限，必須在體外擴增獲得足夠的細胞，才能滿足用于治療目的（Mizukami和Swiech, 2018）。

關于體外擴增MSCs，研究人員通常依賴傳統的單層平皿培養，這提供了一個簡單、低成本、易于操作的平臺。為了規模化擴增MSCs，多層平皿培養體系（也稱“細胞工廠”）開發出來。然而，最新數據表明，2D培養體系可能會限制MSCs的治療屬性。而使用3D培養體系可以提高MSCs的活率、干性、抗炎性和血管生成特性（Petrenko等，2017）。

在生物反應器中，可以制備大量符合GMP管理要求，高質量標準MSCs。生物反應器可持續監測和調節諸多培養因素（諸如pH值、溫度、氧氣和二氧化碳濃度等）。一旦進行規模化擴增，MSCs必須在最佳條件下進行處理和收集，才能保證成為具有高活性和功能的細胞產品。

不同實驗室的質量控制標準可能有所不同，因為缺少干細胞關鍵質量屬性(Critical Quality Attributes,?CQA)的共識。不管怎樣，至少要滿足國際細胞治療協會（ISCT）給出的人源MSCs最基本定義：

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間充質干細胞與再生醫學

在臨床前和臨床試驗中，科學家一直努力探索MSCs的治療潛力，以期證明其治療的安全性和有效性。研究結果表明，MSCs可以成功促進各種組織再生，包括骨、肌肉、神經、心肌、肝臟、角膜、氣管和皮膚（Han et al.， 2019）。

當創傷、關節置換術或腫瘤切除手術后出現骨缺損時，醫生通常推薦采用自體或異體骨移植作為一種治療選擇。然而，有限的供應、手術中感染和并發癥的風險限制了這些方案（Garcia-Gareta et al.2015；Lozano-Calderon et al.2016）。因此，具有成骨潛能的MSCs成為骨重建的最佳選擇。

經過大量研究比較，骨髓、臍帶、牙髓等不同組織來源MSCs的成骨能力，但尚不清楚哪種來源細胞最適合。最近的數據表明，比起骨髓來源的MSCs，脂肪來源可能具有更好的增殖能力，這意味著脂肪來源的MSCs可以為臨床骨組織工程提供良好的候選材料（Burrow et al.， 2017）。

在骨關節受損中，由于血液供應不足，軟骨不能很好地自我修復，也不能很快地自我修復。目前的軟骨修復技術有兩種，骨髓刺激和軟骨移植，然而效果很有限。科學家們不得不尋找新的有效替代方法。

從20世紀90年代的臨床前試驗開始，MSCs就已被用于軟骨再生，并且與生物材料緊密結合。

• 利用細胞外基質構建3D支架，可優化植入的MSCs增殖和分化。

• 載有MSCs和刺激因子（如BMP-2/-4、IGF-1、TGF等）的水凝膠，可促進軟骨損傷修復（Yang?et?al.， 2017）。

盡管進行了大量的臨床試驗，科學家們依然還沒有就最佳細胞來源達成一致。因此，在MSCs臨床普及用于促進軟骨再生之前，我們還需要進行更多的研究。除了促進骨重建和軟骨修復，MSCs也是支持肌肉骨骼組織再生（如韌帶、肌腱和椎間盤）的良好候選者。隨著社會老齡化嚴重，越來越多的人患有退行性脊柱病，遭受嚴重的背部疼痛，需要進行手術治療。而基于MSCs的細胞治療是修復椎間盤、維持生物力學和減輕疼痛，可替代手術的有效方案（Orozco等人，2011)。

MSCs具有再生神經組織的潛能?。研究方向主要集中在兩個領域：

• 第一個方向是由嚴重創傷或缺血引起的神經損傷；
• 第二個方向是神經系統疾病（如多發性硬化癥、漸凍人癥癥、缺血性卒中、帕金森病等）引起的功能障礙。

通過釋放細胞因子和活性分子（如TGF -?，調節損傷和修復過程），MSCs可調節免疫反應和保護神經元結構（van Velthoven et al ., 2012）。

這意味著，MSCs在腦損傷和修復周圍神經時，可能有著不錯的結果。臨床前研究證實，MSCs可促進神經系統功能恢復。然而，臨床研究的報道卻很少（Papa et al.， 2018）。

臨床試驗和動物模型均已證明，MSCs不僅可再生組織，而且可修復器官，如心臟、肝臟、角膜和氣管。

在肝硬化患者中，MSCs有助于改善肝功能。事實上，MSCs可以分泌營養和免疫調節因子支持肝細胞功能，逆轉肝臟纖維化和促進血管生成（Wang et al.， 2017)。對于研究人員來說，開發治療肝衰竭的方法是緊迫的，因為需要肝移植的患者數量更多。

MSCs在再生醫學方面的應用案例，包括治療腎損傷和肺部疾病，還有大面積皮膚損傷的修復再生（Han?et al.， 2019）。

干細胞技術讓傳統醫療手段無效的患者重新燃起希望，但干細胞治療也猶如開啟了“潘多拉魔盒”，人們充滿了好奇、期待和恐懼。

隨著MSCs臨床研究的飛速增長，我們對MSCs基礎知識的認識不足逐漸凸顯出來，這限制了對其生物學功能的全面了解。

臨床前研究顯示，MSCs能夠促進功能恢復，但大多數臨床研究仍處于早期階段。到目前為止，在全球范圍內只有少數MSCs治療的商業產品獲得了監管機構的批準。

間充質干細胞是一種“百變”細胞群，具有各種功能和顯著的治療潛力。然而，在“維護小組”被派往大規模修復受損組織之前，科學家們需要更好地弄清楚這些工作人員所擁有的工具。