间充质干细胞：人体技艺高超的修复大师

撰文：步步先生

来源：干细胞者说

试着想象一下：在人体内，有着数以千万计的微型维修工人，到受伤的地方去创造新的骨头、软骨、肌肉和神经。在人体中，有一位技艺高超的修复大师，他掌握了修复人体几乎所有类型受损组织的秘诀，这就是间充质干细胞。

那么，间充质干细胞（MSCs）会是合格的修复大师吗?

大约超过7000篇关于MSCs的论文在2018年发表，788项已经完成或正在进行的MSCs临床研究（Ayala-Cuellar et al ., 2019）。自从20世纪70年代Friedenstein等人发现MSCs以来，MSCs就一直是学术界和临床转化研究的焦点。

MSCs具有自我更新和多向分化的潜能。由于其易于分离和便于体外扩增的特点，MSCs也成为再生医学中最常用的细胞。此外，因为具有免疫调节特性，MSCs治疗还为自身免疫病、炎症和血液病以及移植手术提供了一个很有前景的治疗手段（Weiss和Dhalke, 2019）。

2

间充质干细胞的制备工艺

从骨髓、脐带华通氏胶、脐带血、胎盘、真皮和脂肪组织，甚至牙髓中，细胞学家们获取得到了MSCs。他们在临床试验中使用自体来源和异体来源的MSCs。由于原代获得的MSCs数量有限，必须在体外扩增获得足够的细胞，才能满足用于治疗目的（Mizukami和Swiech, 2018）。

关于体外扩增MSCs，研究人员通常依赖传统的单层平皿培养，这提供了一个简单、低成本、易于操作的平台。为了规模化扩增MSCs，多层平皿培养体系（也称“细胞工厂”）开发出来。然而，最新数据表明，2D培养体系可能会限制MSCs的治疗属性。而使用3D培养体系可以提高MSCs的活率、干性、抗炎性和血管生成特性（Petrenko等，2017）。

在生物反应器中，可以制备大量符合GMP管理要求，高质量标准MSCs。生物反应器可持续监测和调节诸多培养因素（诸如pH值、温度、氧气和二氧化碳浓度等）。一旦进行规模化扩增，MSCs必须在最佳条件下进行处理和收集，才能保证成为具有高活性和功能的细胞产品。

不同实验室的质量控制标准可能有所不同，因为缺少干细胞关键质量属性(Critical Quality Attributes, CQA)的共识。不管怎样，至少要满足国际细胞治疗协会（ISCT）给出的人源MSCs最基本定义：

3

间充质干细胞与再生医学

在临床前和临床试验中，科学家一直努力探索MSCs的治疗潜力，以期证明其治疗的安全性和有效性。研究结果表明，MSCs可以成功促进各种组织再生，包括骨、肌肉、神经、心肌、肝脏、角膜、气管和皮肤（Han et al.， 2019）。

当创伤、关节置换术或肿瘤切除手术后出现骨缺损时，医生通常推荐采用自体或异体骨移植作为一种治疗选择。然而，有限的供应、手术中感染和并发症的风险限制了这些方案（Garcia-Gareta et al.2015；Lozano-Calderon et al.2016）。因此，具有成骨潜能的MSCs成为骨重建的最佳选择。

经过大量研究比较，骨髓、脐带、牙髓等不同组织来源MSCs的成骨能力，但尚不清楚哪种来源细胞最适合。最近的数据表明，比起骨髓来源的MSCs，脂肪来源可能具有更好的增殖能力，这意味着脂肪来源的MSCs可以为临床骨组织工程提供良好的候选材料（Burrow et al.， 2017）。

在骨关节受损中，由于血液供应不足，软骨不能很好地自我修复，也不能很快地自我修复。目前的软骨修复技术有两种，骨髓刺激和软骨移植，然而效果很有限。科学家们不得不寻找新的有效替代方法。

从20世纪90年代的临床前试验开始，MSCs就已被用于软骨再生，并且与生物材料紧密结合。

• 利用细胞外基质构建3D支架，可优化植入的MSCs增殖和分化。

• 载有MSCs和刺激因子（如BMP-2/-4、IGF-1、TGF等）的水凝胶，可促进软骨损伤修复（Yang et al.， 2017）。

尽管进行了大量的临床试验，科学家们依然还没有就最佳细胞来源达成一致。因此，在MSCs临床普及用于促进软骨再生之前，我们还需要进行更多的研究。除了促进骨重建和软骨修复，MSCs也是支持肌肉骨骼组织再生（如韧带、肌腱和椎间盘）的良好候选者。随着社会老龄化严重，越来越多的人患有退行性脊柱病，遭受严重的背部疼痛，需要进行手术治疗。而基于MSCs的细胞治疗是修复椎间盘、维持生物力学和减轻疼痛，可替代手术的有效方案（Orozco等人，2011)。

MSCs具有再生神经组织的潜能 。研究方向主要集中在两个领域：

• 第一个方向是由严重创伤或缺血引起的神经损伤；
• 第二个方向是神经系统疾病（如多发性硬化症、渐冻人症症、缺血性卒中、帕金森病等）引起的功能障碍。

通过释放细胞因子和活性分子（如TGF -ß，调节损伤和修复过程），MSCs可调节免疫反应和保护神经元结构（van Velthoven et al ., 2012）。

这意味着，MSCs在脑损伤和修复周围神经时，可能有着不错的结果。临床前研究证实，MSCs可促进神经系统功能恢复。然而，临床研究的报道却很少（Papa et al.， 2018）。

临床试验和动物模型均已证明，MSCs不仅可再生组织，而且可修复器官，如心脏、肝脏、角膜和气管。

在肝硬化患者中，MSCs有助于改善肝功能。事实上，MSCs可以分泌营养和免疫调节因子支持肝细胞功能，逆转肝脏纤维化和促进血管生成（Wang et al.， 2017)。对于研究人员来说，开发治疗肝衰竭的方法是紧迫的，因为需要肝移植的患者数量更多。

MSCs在再生医学方面的应用案例，包括治疗肾损伤和肺部疾病，还有大面积皮肤损伤的修复再生（Han et al.， 2019）。

干细胞技术让传统医疗手段无效的患者重新燃起希望，但干细胞治疗也犹如开启了“潘多拉魔盒”，人们充满了好奇、期待和恐惧。

随着MSCs临床研究的飞速增长，我们对MSCs基础知识的认识不足逐渐凸显出来，这限制了对其生物学功能的全面了解。

临床前研究显示，MSCs能够促进功能恢复，但大多数临床研究仍处于早期阶段。到目前为止，在全球范围内只有少数MSCs治疗的商业产品获得了监管机构的批准。

间充质干细胞是一种“百变”细胞群，具有各种功能和显著的治疗潜力。然而，在“维护小组”被派往大规模修复受损组织之前，科学家们需要更好地弄清楚这些工作人员所拥有的工具。