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干细胞技术1、什么是干细胞？干细胞(stem cell)是一类具有自我更新（保持干性）和分化能力的细胞。根据其分化潜能的大小，干细胞分为：全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞；根据其发育阶段可分为：胚胎干细胞和成体干细胞。2、什么是间充质干细胞？间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）是一种来源于中胚层、具有自我更新和多向分化潜能的多能性干细胞。其主要有以下特点：（1）贴壁生长：MSCs均可贴壁生长，细胞形态呈纤维状、梭状；（2）高表达表面抗原CD44、CD90、CD105、CD73和CD166，低表达或不表达CD31、CD34、CD144、CDIIb、CD1lc、CD45和HLA-DR；（3）具有多向分化潜能：能分化为脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、成肌细胞和心肌细胞等；（4）免疫原性低：MSCs在分化前后均不表达MHC II类抗原，也不引发淋巴细胞增殖，所以MSCs是一种低免疫原性干细胞，可以用于白细胞抗原（human leukocyte antigen,HLA）配型不一致的异体间移植；（5）具有强大旁分泌功能：MSCs进入到受损组织部位后，微环境中的炎性细胞因子、缺氧和病原体毒素等因素能促使MSCs的旁分泌作用，分泌细胞因子和生长因子等，发挥促进血管生成、细胞分化和抗凋亡作用，从而参与损伤组织的再生修复（Bronckaers et al.,2014）。目前发现MSCs能分泌200种左右的生物活性物质，MSCs分泌的外泌体在组织重塑中发挥重要作用（Lai et al., 2015）。（6）归巢作用：外源MSCs移植到机体内时，它们能随着肿瘤坏死因子α（TNFα）和白细胞介素-1（IL-1）等炎性因子迁移到受损部位，发挥靶向治疗作用，提高MSCs治疗效果（Ren et al., 2010）。MSC正是由于有上述特点和功能，使它成为目前治疗各种疾病的最佳种子细胞。

3、MSCs治疗疾病的机理MSCs治疗是一个高度集成和复杂的网络。我们很难界定其具体是由哪种机制起作用，但归纳起来，其作用机制主要有以下几点：分化为受损细胞：许多体外实验表明，在适当的诱导条件下，MSCs可分化为成骨、软骨、肌腱、脂肪、心肌、神经元、肝脏和胰岛样细胞等多种细胞。因此，当MSCs到达机体损伤部位时，可增殖和分化成特定的细胞，从而替代损伤细胞，进行组织细胞修复。分泌多种生物活性物质促进组织再生修复：MSCs进入到受损组织部位后通过旁分泌方式分泌许多生物活性物质如细胞因子、生长因子和外泌体等促进血管生成、细胞分化和抗凋亡作用，从而参与损伤组织的修复。与MSCs移植后的分化作用相比，MSCs分泌的生物活性物质在组织重塑中发挥的作用更大。免疫调节与重构：MSCs不表达MHC II类抗原，低免疫原性及其释放的免疫调节因子使得MSCs在同种异体甚至异种移植中不容易发生免疫排斥反应。另外，MSCs可抑制B细胞和T细胞增殖以及树突细胞（DC）、B淋巴细胞、巨噬细胞和NK细胞功能，从而发挥免疫重构作用。通过归巢作用提高治疗疾病效果和靶向性：MSCs能表达多种细胞因子和趋化因子受体如CXCR4，CXCR7和CCR7以及粘附分子和基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMP）等归巢相关分子，当体内MSCs被激活或者外源性MSCs被移植到机体时，它们能随着肿瘤坏死因子α（TNFα）和白细胞介素-1（IL-1）等炎性因子迁移到受损部位，精准地进行下一步治疗，提高MSCs移植效率与治疗效果。4、影响MSCs治疗疾病效果的因素许多因素可影响间充质干细胞治疗疾病的效果，但关键因素有：细胞质量、给药途径、使用剂量和治疗时机。（1）MSCs质量细胞质量指单位细胞或单个细胞所对应的生物学效力，效力越高，细胞质量越好。生物学效力（Biological Efficacy，bio-efficacy）包括强度（strength）和效果（effectiveness）两个因素，即相同强度（一般指浓度）下所取得的效果。细胞活率、供体特性、克隆形成能力、细胞大小、免疫抑制能力和细胞因子分泌量等会影响细胞质量。1）细胞活率细胞活率是指MSCs进入机体之前的活细胞数量。活细胞数量越多，治疗效果越好。活率90%以上的细胞制剂和活率只有70%的细胞制剂，治疗效果有较大差异。2）供体特性供体特性包括供体的年龄、性别和身体状况。来自年轻供体的MSCs具有更强活力、更大增殖潜力和抗氧化能力，而年龄较大来源的MSCs的数量少、增殖能力低。从年龄看，脐带、脐带血和胎盘应该最具优势，乳牙牙髓次之，而骨髓和脂肪相对年龄较大。性别对MSCs的某些功能也有影响。研究显示女性来源的MSCs表达更高水平的IFN-γR1和IL-6β，从而具有更强的免疫抑制能力。供体身体状况也可影响MSCs功能，尤其是一些自身免疫性疾病患者的骨髓MSCs出现功能异常，包括增殖速度减慢、克隆形成能力降低、免疫抑制能力下降和分泌生长因子数量减少等，使得骨髓MSCs不适合用于疾病治疗。（2）给药途径MSCs的给药途径会影响治疗效果。一般来说到达受损部位的细胞数量越多治疗效果越好。目前MSCs的给药途径主要有静脉注射和局部注射两种。静脉注射（全身性输入）：静脉注射是最常用和最简单的途径，允许输入大量MSCs。静脉注射最大的弊端是肺部能清除超过60%的MSCs，使得到损伤部位发挥治疗作用的MSCs数量减少。肺血管允许直径小于5μm的微粒或细胞完全通过，而阻挡大部分直径超过20μm的微粒或细胞。脐带来源的MSCs细胞直径大部分集中在14-20μm范围，比骨髓MSCs容易通过肺脏。年龄越大的供体，其骨髓MSCs越容易在肺部滞留。一些研究表明，使用铟标记的MSCs通过外周静脉输入患者体内，早期在肺部发现了大部分信号，但48h后可转移到脾脏和肝脏。MSCs静脉输入体内10天后，至少还有约50%的MSCs存留在体内发挥作用，而肺部只有不到5%的滞留量。局部注射：干细胞治疗效果与达到受损部位的细胞数量成正相关，因此最好通过局部介入注射方式治疗疾病，如用于神经系统疾病（中风、脑瘫、自闭症）的脊髓鞘内注射，呼吸系统疾病的气管内注射以及椎间盘突出、骨折和皮肤创伤等疾病的局部注射以及联合生物材料的应用（例如用于矫形障碍的骨支架），局部注射方式有利于MSCs避开肺部清除。（3）使用剂量细胞治疗的剂量一直是众多学者研究的热点问题之一，目前在临床上还没有确切的治疗剂量。MSCs输注的最佳剂量取决于疾病类型、严重程度以及输入途径。MSCs进入体内后，不符合传统药物的典型分布和代谢模型。传统药物属于被动分布，而MSCs具有主动趋化到损伤部位的特点，在健康机体和疾病机体的体内分布不一样。传统药物需要多次给药维持稳定的血药浓度，而MSCs常常是单次注射。实际上，MSCs单次注射即使短期内有明显改善，但并不能取得良好的、稳定的长期治疗效果。不同实验室的培养系统、MSCs来源等因素，常常导致MSCs的质量存在差异，直接影响MSCs效果。在目前的临床研究中，MSCs的使用剂量范围非常大，每名患者使用的MSCs细胞数从四千多个到上亿个不等，尤其是局部介入治疗方式，细胞数量差异很大。静脉输入的细胞剂量相对比较稳定，常常采用每公斤体重数百万级的MSCs，即（1-10）×106/kg。（4）治疗时机许多临床研究的结果提示，MSCs的治疗时机非常重要，影响治疗效果。随着疾病从发病到急性发展到慢性阶段，临床过程中可能存在一个适合MSCs发挥最佳治疗功能的时间窗口。MSCs一个治疗原则是在疾病发展过程中越早使用效果越好。另外，不应期待MSCs单独治疗就能发挥良好的治疗效果，疑难重症还需要综合治疗。MSCs是主力治疗作用还是辅助治疗取决于具体疾病。比如造血干细胞治疗血液肿瘤，造血干细胞是主角，MSCs是辅助治疗；器官移植中MSCs也是辅助治疗。免疫排异反应（包括移植物抗宿主病和器官移植的排异反应）的治疗中，MSCs是主角，发挥主角治疗作用。