干細胞就像擁有強大魔法的精靈,干細胞在一定的條件下分化為各種不同的組織細胞,這便是干細胞最基本的魔法————自我復制和“變身”。
在干細胞的幫助下,身體可以輕松地修復損傷的機體。間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells, MSC)是干細胞家族的成員,是一類具有自我更新,多潛能分化成多胚層起源細胞譜系的多能祖細胞。MSC可以遷移至損傷部位,發(fā)揮有效的組織修復和抗炎作用,
間充質(zhì)干細胞(MSC)是臨床應用的明星之一,已經(jīng)有很多新聞報道間充質(zhì)干細胞能治療多種疾病。
如何使間充質(zhì)干細胞療效達到最佳?細胞質(zhì)量、注射途經(jīng)、最佳劑量、治療時機……這些因素影響著MSC的療效。
細胞質(zhì)量
先來大概定義一下 “細胞質(zhì)量” 指的是什么?
細胞質(zhì)量指單位細胞或單個細胞所對應的生物學效力;效力越高,細胞質(zhì)量越好。那么,什么是生物學效力(Biological Efficacy,也可以縮寫為bio-efficacy)?
效力包括強度(strength)和效果(effectiveness)兩個因素,即相同強度(一般指濃度)下所取得的效果。比如,MSC同時具有免疫抑制和促進血管再生的功能,分別治療兩大類不同的疾病,那么相對應的就有兩個生物學效力指標。
有一些參數(shù)可以反映間充質(zhì)干細胞的質(zhì)量,比如細胞活率、供體特性、克隆形成能力、細胞大小、免疫抑制能力和細胞因子分泌量。
1.細胞活率(cell viability)
這個好理解。就是MSC進入人體之前,MSC針劑里還有多少MSC是活的?
活率90%以上的細胞制劑和活率只有70%的細胞制劑,相同的疾病情況下,治療效果難免會有較大的差異。畢竟,MSC需要活著,而且還要扛過肺部的清除,才能很好地發(fā)揮治療作用。所以,細胞活率真的很重要!
2.供體特性
供體特性包括 “供體年齡”和“供體的身體狀況”。
(1)供體年齡
供體年齡是一個很重要因素,因為來自新生兒臍帶組織的間充質(zhì)干細胞相較成人骨髓或脂肪來源的間充質(zhì)干細胞更原始、增值分化能力更強,成年人隨著年齡的增長,自體間充質(zhì)干細胞的數(shù)量和活性逐漸減弱。
(2)供體的身體狀況
有不少研究證明疾病也會影響自體間充質(zhì)干細胞的功能,尤其是一些自身免疫性疾病患者,其自身骨髓的MSC出現(xiàn)功能異常,包括增殖速度減慢、克隆形成能力降低、免疫抑制能力下降、分泌生長因子的數(shù)量減少等等病理變化,使得患者自身骨髓MSC不適合用于自己疾病的治療。
注射途經(jīng)
1.靜脈注射(全身性輸入)
靜脈注射是最常用和最簡單的途徑,并且允許輸入大量的MSC。
注意患者使用MSC時,最好是提高肺部的血氧分壓,至少是正常氧氣含量的環(huán)境里。
2.局部介入注射
局部介入注射,包括聯(lián)合生物材料的應用(例如用于矯形障礙的骨支架)、用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的脊髓鞘內(nèi)注射、用于呼吸系統(tǒng)疾病的氣管內(nèi)注射,都有利于MSC避開肺部的清除。
3.氣管內(nèi)注射
早產(chǎn)兒常伴隨著支氣管肺發(fā)育不良(BPD)的風險。一個小規(guī)模的臨床實驗驗證MSC干預早產(chǎn)兒BPD的可行性:9名平均妊娠25.3周的早產(chǎn)兒的平均體重為793克;前3名BPD患兒的MSC劑量為1X107/kg,后6名BPD患兒的MSC劑量為2X107/kg;治療7天后,支氣管分泌液中的炎癥因子濃度明顯下降,呼吸嚴重程度評分改善明顯。
4.結(jié)合生物支架
干細胞結(jié)合生物支架治療難治性疾病,尤其是神經(jīng)損傷性疾病,是一個新的治療手段。
南京鼓樓醫(yī)院開展臨床研究,MSC結(jié)合膠原支架進行子宮內(nèi)移植,治療子宮腔黏連,30個月后,26名患者中的10名成功受孕,8名孕婦順利產(chǎn)下寶寶,1名孕婦懷孕3個月,1名孕婦出現(xiàn)自然流產(chǎn)。
最佳劑量
MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和嚴重程度以及輸入途徑。
由于MSC和傳統(tǒng)藥物的特性差異巨大,具體表現(xiàn)至少有2點。
?、僭贛SC進入體內(nèi)后,不符合傳統(tǒng)藥物典型的分布和代謝模型;傳統(tǒng)藥物屬于被動分布,而MSC具有主動趨化到損傷部位的功能,MSC在健康機體和疾病機體的體內(nèi)分布也不一樣。
?、趥鹘y(tǒng)藥物的動物實驗需要多次給藥維持穩(wěn)定的血藥濃度,而MSC的動物實驗常常是單次注射,以至于MSC的臨床研究也常常采取1次注射的方案。實際上,MSC的單次注射并不能取得良好的穩(wěn)定的長期的治療效果,即使短期內(nèi)有明顯改善。
在目前的臨床研究中,MSC的使用劑量范圍非常大,每名患者使用的MSC細胞數(shù)從四千多個MSC到上億個MSC不等。
靜脈輸入的細胞劑量相對比較穩(wěn)定,常常采用每公斤體重數(shù)百萬級的MSC,即(1-10)x106/kg。靜脈輸入最高的劑量為與造血干細胞造血干細胞共移植的10x106/kg,按照60公斤的體重,那也是需要6億個MSC了;還有治療GVHD的8x106/kg。靜脈輸入最低的劑量出現(xiàn)在MSC和造血干細胞共移植的臨床實驗中,為0.3x105/kg。
治療時機
MSC輸入的時間也很重要:MSC應該是預防還是治療?
MSC促進糖尿病足的愈合,而且潰瘍面的愈合并不伴隨著疤痕組織的增生,這提示MSC能抑制疤痕組織增生,不僅適用于皮膚創(chuàng)傷的治療(包括整形外科),還適用于開創(chuàng)性手術(shù)預防術(shù)后疤痕增生,比如最常見的腹腔術(shù)后腸粘連。需要注意的是,MSC的應用時機,因為MSC并不能消除疤痕組織,只是預防疤痕組織的出現(xiàn)。
細胞類藥物和傳統(tǒng)化學藥物非常不同的一點,那就是細胞是活的,而化學藥物是死的。
MSC作為活的細胞,進入到機體,必定會與機體內(nèi)的微環(huán)境相互作用。
在病理狀態(tài)下,缺血缺氧微環(huán)境有利于MSC分泌更多的生長因子,而且炎癥因子(TNF-α和IL-1β)能促進MSC分泌細胞因子(IL-1A、RANTES、G-CSF),但是總體來講,炎癥環(huán)境對MSC的影響是弊大于利。因為炎癥因子同樣能導致MSC死亡,炎癥環(huán)境還能提高MSC的HLA-DR(MHC II類抗原)抗原的表達,增強了MSC的免疫原性,被免疫細胞所識別,加速了MSC的清除。
間充質(zhì)干細胞(MSC)的主要來源有新生兒的臍帶、胎盤以及成人的脂肪。由于沒有免疫排斥、增殖和分化能力強,成為再生醫(yī)學的“希望之星”,在疾病治療和損傷修復上扮演越來越重要的角色。
MSC具有多重功能,比如有免疫抑制功能、促進機體組織器官的修復功能、促進血管新生/再生、支持造血干細胞的增殖和分化等,因而MSC的臨床適應癥比較廣。