人體的修復(fù)大師：間充質(zhì)干細(xì)胞
干細(xì)胞療法是指利用干細(xì)胞或其衍生的細(xì)胞，以特殊技術(shù)移植到體內(nèi)，取代病人受損的細(xì)胞或通過(guò)招募內(nèi)源性組織特異性干細(xì)胞進(jìn)而產(chǎn)生新的組織，或發(fā)揮積極的免疫調(diào)節(jié)作用。
通過(guò)再生醫(yī)學(xué)，人體希望有一天能夠修復(fù)和恢復(fù)嚴(yán)重的組織損傷，甚至更換整個(gè)器官?？茖W(xué)家們正在努力開(kāi)發(fā)新型治療方法，以期支持促進(jìn)組織修復(fù)的過(guò)程。由于其強(qiáng)大的促進(jìn)修復(fù)再生潛能，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs ）被當(dāng)做一個(gè)重要的突破口。
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圖1.間充質(zhì)干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的未來(lái)前景
1 間充質(zhì)干細(xì)胞研究概況
試著想象一下：在人體內(nèi)，有著數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的微型維修工人，到受傷的地方去創(chuàng)造新的骨頭、軟骨、肌肉和神經(jīng)。在人體中，有一位技藝高超的修復(fù)大師，他掌握了修復(fù)人體幾乎所有類型受損組織的秘訣。
那么，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs ）會(huì)是合格的修復(fù)大師嗎?
大約超過(guò)7000篇關(guān)于MSCs的論文在2018年發(fā)表，788項(xiàng)已經(jīng)完成或正在進(jìn)行的MSCs臨床研究（ Ayala-Cuellar et al ., 2019） 。自從20世紀(jì)70年代Friedenstein等人發(fā)現(xiàn)MSCs以來(lái)，MSCs就一直是學(xué)術(shù)界和臨床轉(zhuǎn)化研究的焦點(diǎn)。
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(kuò)增的特點(diǎn)，MSCs也成為再生醫(yī)學(xué)中常用的細(xì)胞。此外，因?yàn)榫哂忻庖哒{(diào)節(jié)特性，MSCs治療還為自身免疫病、炎癥和血液病以及移植手術(shù)提供了一個(gè)很有前景的治療手段（ Weiss和Dhalke, 2019） 。
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圖2. MSC是學(xué)術(shù)界和臨床轉(zhuǎn)化的寵兒
2 間充質(zhì)干細(xì)胞的制備工藝
從骨髓、臍帶華通氏膠、臍帶血、胎盤(pán)、真皮和脂肪組織，甚至牙髓中， 細(xì)胞學(xué)家們獲取得到了MSCs。 他們?cè)谂R床試驗(yàn)中使用自體來(lái)源和異體來(lái)源的MSCs。由于原代獲得的MSCs數(shù)量有限，必須在體外擴(kuò)增獲得足夠的細(xì)胞，才能滿足用于治療目的（ Mizukami和Swiech, 2018） 。
關(guān)于體外擴(kuò)增MSCs，研究人員通常依賴傳統(tǒng)的單層平皿培養(yǎng)，這提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、低成本、易于操作的平臺(tái)。為了規(guī)?；瘮U(kuò)增MSCs， 多層平皿培養(yǎng)體系（也稱“細(xì)胞工廠”）開(kāi)發(fā)出來(lái)。然而，新數(shù)據(jù)表明，2D培養(yǎng)體系可能會(huì)限制MSCs的治療屬性。而使用3D培養(yǎng)體系可以提高M(jìn)SCs的活率、干性、抗炎性和血管生成特性（Petrenko等，2017）。
在生物反應(yīng)器中，可以制備大量符合GMP管理要求，高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)MSCs。生物反應(yīng)器可持續(xù)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)諸多培養(yǎng)因素（諸如pH 值、溫度、氧氣和二氧化碳濃度等）。一旦進(jìn)行規(guī)?；瘮U(kuò)增，MSCs必須在佳條件下進(jìn)行處理和收集，才能保證成為具有高活性和功能的細(xì)胞產(chǎn)品。
不同實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)可能有所不同，因?yàn)槿鄙俑杉?xì)胞關(guān)鍵質(zhì)量屬性(Critical Quality Attributes, CQA )的共識(shí)。不管怎樣，至少要滿足國(guó)際細(xì)胞治療協(xié)會(huì)（ISCT） 給出的人源MSCs三條基本定義：
[1] MSCs在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下，呈貼壁生長(zhǎng)；
[2] MSCs表達(dá)CD105、CD73和CD90，不表達(dá)CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面標(biāo)記；
[3] MSCs在體外可以分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和成軟骨細(xì)胞
其他關(guān)鍵質(zhì)量屬性，還應(yīng)包括核型分析、高活性證明和效力測(cè)試等。
3 間充質(zhì)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)
在臨床前和臨床試驗(yàn)中，科學(xué)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(jié)果表明，MSCs可以成功促進(jìn)各種組織再生，包括骨、肌肉、神經(jīng)、心肌、肝臟、角膜、氣管和皮膚（ Han et al.， 2019） 。
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圖3. 間充質(zhì)干細(xì)胞的三大作用機(jī)制
間充質(zhì)干細(xì)胞與骨重建
當(dāng)創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)置換術(shù)或腫瘤切除手術(shù)后出現(xiàn)骨缺損時(shí)，醫(yī)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(yīng)、手術(shù)中感染和并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)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成為骨重建的佳選擇。
經(jīng)過(guò)大量研究比較，骨髓、臍帶、牙髓等不同組織來(lái)源MSCs的成骨能力，但尚不清楚哪種來(lái)源細(xì)胞 適合。近的數(shù)據(jù)表明， 比起骨髓來(lái)源的MSCs，脂肪來(lái)源可能具有更好的增殖能力，這意味著脂肪來(lái)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）。
間充質(zhì)干細(xì)胞與軟骨損傷
在骨關(guān)節(jié)受損中，由于血液供應(yīng)不足，軟骨不能很好地自我修復(fù)，也不能很快地自我修復(fù)。目前的軟骨修復(fù)技術(shù)有兩種，骨髓刺激和軟骨移植，然而效果很有限?？茖W(xué)家們不得不尋找新的有效替代方法。
從20世紀(jì)90年代的臨床前試驗(yàn)開(kāi)始，MSCs就已被用于軟骨再生，并且與生物材料緊密結(jié)合。1）利用細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)建3D支架，可優(yōu)化植入的MSCs增殖和分化。2）載有MSCs和刺激因子（如BMP-2/-4、IGF-1、TGF等）的水凝膠，可促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)（ Yang et al.， 2017） 。
盡管進(jìn)行了大量的臨床試驗(yàn)，科學(xué)家們依然還沒(méi)有就佳細(xì)胞來(lái)源達(dá)成一致。因此，在MSCs臨床普及用于促進(jìn)軟骨再生之前，我們還需要進(jìn)行更多的研究。除了促進(jìn)骨重建和軟骨修復(fù)，MSCs也是支持肌肉骨骼組織再生（ 如韌帶、肌腱和椎間盤(pán)） 的良好候選者。隨著社會(huì)老齡化嚴(yán)重，越來(lái)越多的人患有退行性脊柱病，遭受嚴(yán)重的背部疼痛，需要進(jìn)行手術(shù)治療。而基于MSCs的細(xì)胞治療是修復(fù)椎間盤(pán)、維持生物力學(xué)和減輕疼痛，可替代手術(shù)的有效方案（ Orozco等人，2011)。
間充質(zhì)干細(xì)胞與神經(jīng)修復(fù)
MSCs具有再生神經(jīng)組織的潛能 。研究方向主要集中在兩個(gè)領(lǐng)域：第一個(gè)方向是由嚴(yán)重創(chuàng)傷或缺血引起的神經(jīng)損傷；第二個(gè)方向是神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ?nbsp;多發(fā)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(guò)釋放細(xì)胞因子和活性分子（ 如TGF -ß，調(diào)節(jié)損傷和修復(fù)過(guò)程） ，MSCs可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和保護(hù)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)（van Velthoven et al ., 2012）。
這意味著，MSCs在腦損傷和修復(fù)周圍神經(jīng)時(shí)，可能有著不錯(cuò)的結(jié)果。臨床前研究證實(shí)，MSCs可促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)。然而，臨床應(yīng)用的報(bào)道卻很少（ Papa et al.， 2018） 。
間充質(zhì)干細(xì)胞與器官修復(fù)
臨床試驗(yàn)和動(dòng)物模型均已證明，MSCs不僅可再生組織，而且可修復(fù)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(shí)上，MSCs可以分泌營(yíng)養(yǎng)和免疫調(diào)節(jié)因子支持肝細(xì)胞功能，逆轉(zhuǎn)肝臟纖維化和促進(jìn)血管生成（ Wang et al.， 2017) 。對(duì)于研究人員來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)治療肝衰竭的方法是緊迫的，因?yàn)樾枰我浦驳幕颊邤?shù)量更多。
MSCs在再生醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)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(fù)再生（Han et al.， 2019） 。
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圖4.間充質(zhì)干細(xì)胞的部分應(yīng)用前景
4 理性看待間充質(zhì)干細(xì)胞
干細(xì)胞技術(shù)讓傳統(tǒng)醫(yī)療手段無(wú)效的患者重新燃起希望，但干細(xì)胞治療也猶如開(kāi)啟了“潘多拉魔盒”，人們充滿了好奇、期待和恐懼。
有魔力的神藥
隨著MSCs臨床研究的飛速增長(zhǎng)，我們對(duì)MSCs基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)識(shí)不足逐漸凸顯出來(lái)，這限制了對(duì)其生物學(xué)功能的全面了解。
2018年，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》有這么一篇評(píng)論“Clear up this stem-cell mess（清理干細(xì)胞的混亂）”，Douglas Sipp等人指出：間充質(zhì)干細(xì)胞給大眾造成了一種萬(wàn)所不能的萬(wàn)金油印象，加上一些媒體的肆意吹捧，間充質(zhì)干細(xì)胞變成一種“有魔力的、人人都能接受的神藥”，成為商家向公眾進(jìn)行“干細(xì)胞干預(yù)”的首選細(xì)胞類型。
雖然臨床前研究顯示，MSCs能夠促進(jìn)功能恢復(fù)，但大多數(shù)臨床研究仍處于早期階段。到目前為止，只有少數(shù)MSCs治療的商業(yè)產(chǎn)品獲得了監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。
質(zhì)量控制問(wèn)題
對(duì)于臨床應(yīng)用，必須保證MSC治療的安全性。循環(huán)系統(tǒng)輸注（動(dòng)脈或靜脈輸注 ）MSCs相對(duì)安全，但也存在誘發(fā)腫瘤、炎癥反應(yīng)和纖維化的風(fēng)險(xiǎn)（ Fitzsimmonset al.， 2018） 。由于MSCs可以抑制免疫系統(tǒng)，并促進(jìn)新血管的形成，這可能會(huì)造成腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。在修復(fù)過(guò)程中，纖維化反應(yīng)也可能發(fā)生，因?yàn)镸SCs也可以分化為成纖維細(xì)胞。
研發(fā)人員必須克服MSCs規(guī)?；a(chǎn)的障礙。由于MSCs細(xì)胞群具有異質(zhì)性，因此不同的適應(yīng)癥需要不同的制備工藝。同樣，由于每個(gè)臨床應(yīng)用都需要一個(gè)定制的、個(gè)性化的工藝流程，生產(chǎn)這些細(xì)胞產(chǎn)品的成本很高。質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)共識(shí)的缺失，也阻礙了細(xì)胞制備工藝的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，評(píng)估產(chǎn)品的安全性和有效性仍然具有挑戰(zhàn)性。
長(zhǎng)時(shí)間體外培養(yǎng)，也可能導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)基因變異或染色體異常。 通常，MSCs 在衰老前，可在 體外進(jìn)行20~40倍擴(kuò)增（ 注意：這里指的是倍增次數(shù)，不是細(xì)胞代次。細(xì)胞代次在細(xì)胞藥物開(kāi)發(fā)方面沒(méi)有太大意義）。
此外，應(yīng)使用化學(xué)成分明確的 無(wú)血清培養(yǎng)基，避免使用動(dòng)物血清產(chǎn)生相關(guān)的免疫反應(yīng)。后，研究人員必須確保細(xì)胞產(chǎn)品完全沒(méi)有污染，包括微生物污染。 對(duì)微生物的檢測(cè)，始終應(yīng)貫穿整個(gè)細(xì)胞制備過(guò)程。
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圖5.百變的干細(xì)胞
間充質(zhì)干細(xì)胞是一種“百變”細(xì)胞群，具有各種功能和顯著的治療潛力。然而，在“維護(hù)小組”被派往大規(guī)模修復(fù)受損組織之前，科學(xué)家們需要更好地弄清楚這些工作人員所擁有的工具。
