間充質(zhì)干細胞：人體技藝高超的修復(fù)大師

干細胞療法是指 利用干細胞或其衍生的細胞，以某種方式移植到體內(nèi)，取代病人受損的細胞，或通過招募內(nèi)源性組織特異性干細胞進而修復(fù)舊的組織或產(chǎn)生新的組織，或發(fā)揮積極的免疫調(diào)節(jié)作用。 通過再生醫(yī)學(xué)， 人體 希望有一天能夠修復(fù)和恢復(fù)嚴重的組織損傷，甚至更換整個器官。科學(xué)家們正在努力開發(fā)新型治療方法，以期支持促進組織修復(fù)的過程。由于其強大的促進修復(fù)再生潛能，間充質(zhì)干細胞 （MSCs） 被當做一個重要的突破口。

1 間充質(zhì)干細胞研究概況

試著想象一下：在人體內(nèi)，有著數(shù)以千萬計的微型維修工人，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，這就是間充質(zhì)干細胞。

那么，間充質(zhì)干細胞（MSCs）會是合格的修復(fù)大師嗎?

大約超過7000篇關(guān)于MSCs的論文在2018年發(fā)表，788項已經(jīng)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(fā)現(xiàn)MSCs以來，MSCs就一直是學(xué)術(shù)界和臨床轉(zhuǎn)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(yī)學(xué)中常用的細胞。此外，因為具有免疫調(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)提供了一個很有前景的治療手段（Weiss和Dhalke, 2019）。

2間充質(zhì)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(xué)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(shù)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(guān)于體外擴增MSCs，研究人員通常依賴傳統(tǒng)的單層平皿培養(yǎng)，這提供了一個簡單、低成本、易于操作的平臺。為了規(guī)模化擴增MSCs，多層平皿培養(yǎng)體系（也稱“細胞工廠”）開發(fā)出來。然而，數(shù)據(jù)表明，2D培養(yǎng)體系可能會限制MSCs的治療屬性。而使用3D培養(yǎng)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(yīng)器中，可以制備大量符合GMP管理要求，高質(zhì)量標準MSCs。生物反應(yīng)器可持續(xù)監(jiān)測和調(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）。一旦進行規(guī)模化擴增，MSCs必須在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(chǎn)品。

不同實驗室的質(zhì)量控制標準可能有所不同，因為缺少干細胞關(guān)鍵質(zhì)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(xié)會（ISCT）給出的人源MSCs基本定義：

[1] MSCs在標準培養(yǎng)條件下，呈貼壁生長；

[2] MSCs表達CD105、CD73和CD90，不表達CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面標記；

[3] MSCs在體外可以分化為成骨細胞、脂肪細胞和成軟骨細胞

此外，其他關(guān)鍵質(zhì)量屬性，還應(yīng)包括核型分析、活力證明和效力測試等。

3間充質(zhì)干細胞與再生醫(yī)學(xué)

在臨床前和臨床試驗中，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）。

間充質(zhì)干細胞與骨重建

當創(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，醫(yī)生通常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成為骨重建的佳選擇。

經(jīng)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適合。數(shù)據(jù)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）。

間充質(zhì)干細胞與軟骨損傷

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(jié)合。

利用細胞外基質(zhì)構(gòu)建3D支架，可優(yōu)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(fù)（Yang et al.， 2017）。

盡管進行了大量的臨床試驗，科學(xué)家們依然還沒有就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(fù)，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(shù)治療。而基于MSCs的細胞治療是修復(fù)椎間盤、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領(lǐng)域：

第一個方向是由嚴重創(chuàng)傷或缺血引起的神經(jīng)損傷；

第二個方向是神經(jīng)系統(tǒng)疾病   （如多發(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。

通過釋放細胞因子和活性分子（如TGF -?，調(diào)節(jié)損傷和修復(fù)過程），MSCs可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和保護神經(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，可能有著不錯的結(jié)果。臨床前研究證實，MSCs可促進神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)。然而，臨床研究的報道卻很少（Papa et al.， 2018）。

間充質(zhì)干細胞與器官修復(fù)

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(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。事實上，MSCs可以分泌營養(yǎng)和免疫調(diào)節(jié)因子支持肝細胞功能，逆轉(zhuǎn)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(fā)治療肝衰竭的方法是緊迫的，因為需要肝移植的患者數(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）。

4 理性看待間充質(zhì)干細胞

干細胞技術(shù)讓傳統(tǒng)醫(yī)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(chǔ)知識的認識不足逐漸凸顯出來，這限制了對其生物學(xué)功能的全面了解。

臨床前研究顯示，MSCs能夠促進功能恢復(fù)，但大多數(shù)臨床研究仍處于早期階段。到目前為止，在全球范圍內(nèi)只有少數(shù)MSCs治療的商業(yè)產(chǎn)品獲得了監(jiān)管機構(gòu)的批準。

對于臨床應(yīng)用，必須保證MSC治療的安全性。同時， 研發(fā)人員必須克服MSCs規(guī)?；a(chǎn)的障礙。 由于MSCs細胞群具有異質(zhì)性，因此不同的適應(yīng)癥需要不同的制備工藝。 同樣，由于每個臨床應(yīng)用都需要一個定制的、個性化的工藝流程，生產(chǎn)這些細胞產(chǎn)品的成本很高。 質(zhì)量控制標準共識的缺失，也阻礙了細胞制備工藝的標準化進程，評估產(chǎn)品的安全性和有效性仍然具有挑戰(zhàn)性。 長時間體外培養(yǎng)，也可能導(dǎo)致細胞出現(xiàn)基因變異或染色體異常。通常，MSCs在衰老前，可在體外進行20~40倍擴增 （注意：這里指的是倍增次數(shù)，不是細胞代次。細胞代次在細胞藥物開發(fā)方面沒有太大意義） 。 此外，應(yīng)使用化學(xué)成分明確的無血清培養(yǎng)基，避免使用動物血清產(chǎn)生相關(guān)的免疫反應(yīng)。研究人員必須確保細胞產(chǎn)品完全沒有污染，包括微生物污染。對微生物的檢測，始終應(yīng)貫穿整個細胞制備過程。

間充質(zhì)干細胞是一種“百變”細胞群，具有各種功能和的治療潛力。然而，在“維護小組”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。