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值得关注的干细胞领域

干细胞技术在不断地发展,科学家们不断取得新成果。本文主要聚焦于大咖观点,干细胞规模化扩增,干细胞基础研究和疾病治疗。

干细胞作为细胞治疗的主角,在器官修复和组织再生中发挥着重要作用,具有广阔的应用前景。他们是机体的工兵细胞,当其他细胞和组织、器官发生受损、炎症或体内稳态发生变化时,人体内的干细胞就可能成为血液、骨、皮肤、肌肉等的种子细胞,进一步分化成机体所需要的细胞。

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                 多能干细胞的细胞治疗:机遇和挑战

干细胞疗法是指利用干细胞或干细胞衍生的细胞,以特殊技术移植到体内,取代或修复病人受损的细胞、组织或器官。多能干细胞可在体外无限扩增,并能分化为三个胚层的所有细胞,是细胞疗法最适合的细胞来源。多能干细胞,以胚胎干细胞和诱导性多能干细胞为代表。

多能干细胞逐渐被探索用于各种疾病和损伤的细胞治疗,如帕金森,脊髓损伤、年龄相关黄斑变性等。关于临床应用,胚胎干细胞存在两个问题:使用人类胚胎的伦理问题和移植后的免疫排斥。人们对基于多能干细胞的细胞治疗寄予了无限期待,但是,临床转化仍然遇到了许多问题。目前,基于多能干细胞的细胞治疗面临最大的三个挑战——致瘤性、免疫原性和异质性。

温故而知新,来自日本京都大学的山中伸弥教授在Cell Stem Cell 上回顾了二十年来针对这三大问题的研究,并讨论提供潜在的解决方案,以期加速基于多能干细胞的细胞疗法的发展。文章题目为“Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy—Promise and Challenges”

参考文献:

https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.09.014

 

                           

                 中国的胚胎和干细胞研究的伦理与政策思考

对于人类胚胎干细胞(hESC)的研究,在伦理和政策上一直都有争议,主要是因为研究过程涉及使用和破坏人类胚胎,包括引起广泛国际讨论的基因编辑。争议点在于胚胎是否具有与人类相同的道德地位,这在很多国家都存在争论 。

2020年10月,中国科学院院士周琪领衔,在Cell Stem Cell 上在线了一篇题为“Ethical and Policy Considerations for Human Embryo and Stem Cell Research in China”的观点文章,讨论了胚胎研究需要考虑的伦理因素、相关的政策法规、及其对临床转化的影响。

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                 干细胞可修复受损的成年脑神经环路

通过脑内移植干细胞来源的神经细胞,替代脑内丢失的神经细胞的功能(干细胞治疗),是潜在的治疗措施之一。神经系统疾病干细胞治疗的关键是对受损神经环路的修复和功能重建。

在成年疾病脑环境中,移植的神经细胞是否能长出神经纤维,桥接“失联”的上游和下游脑区,进而修复受损的神经环路仍不清楚。这些都是神经系统疾病干细胞治疗领域亟待解决的关键问题。

2020年9月22日,Cell Stem Cell期刊在线发表了题为Human Stem Cell-Derived Neurons Repair Circuits and Restore Neural Function的研究论文,该研究通过解析PD模型鼠脑内移植的人多巴胺能神经元重构的神经环路,发现移植干细胞来源的多巴胺能神经元可以特异性修复成年脑内受损的黑质-纹状体环路,改善PD模型动物的行为学障碍。

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                  调控肠干细胞再生,促进急性肠型放射病救治

急性胃肠综合征(Acute Gastrointestinal Syndrome,AGS)是高剂量辐射后最严重的临床表现之一,在放射应急情况下具有生命危险。然而,一个未解决的挑战是缺乏一种FDA批准的药物,可以改善辐射损伤肠道组织和加速损伤的上皮细胞的再生。

2020年8月13日,国际学术期刊Theranostics (2019 IF: 8.579)在线发表了军事科学院军事医学研究院和华南干细胞与再生医学研究中心的最新研究成果“Me6TREN targets β-catenin signaling to stimulateintestinal stem cell regeneration after radiation”。研究人员基于肠类器官模型及腹部/全身照射模型证实了小分子化合物Me6可以通过激活肠干细胞的再生功能,从而促进肠上皮细胞的修复,提高辐照小鼠模型的存活。研究结果将为今后开发急性肠型放射病治疗的新型药物奠定基础。

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                    干细胞治疗阿尔茨海默病新进展

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是最常见的衰老性神经退行性疾病,最显著的特征是大脑皮层中神经元和突触的慢性丧失,以及大脑质量的显著降低。全球有2600多万人患有阿尔茨海默病,且患病人数不断增加。

目前所有阿尔茨海默病治疗方法都是针对症状的,无法控制疾病自然病程。开发新的治疗方法,已迫在眉睫。于是,干细胞治疗阿兹海默症就成了一件寄托着人们很多希望的疗法。

2020年7月6日,国际学术期刊 Advanced Science 在线发表了军事科学院军事医学研究院和华南干细胞与再生医学研究中心的最新研究成果“HGF mediates clinical-grade human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells improved functional recovery in a senescence-accelerated mouse model of Alzheimer’s disease”。

裴雪涛教授和岳文教授为文章共同通讯作者,贾雅丽博士为第一作者,研究证明脐带间充质干细胞具有修复损伤神经细胞的功能,能够通过HGF-cMet-AKT-GSK3β通路调节tau蛋白磷酸化,显著提高阿尔茨海默病 模型动物的学习记忆和认知能力。

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                  MSCs联合可注射水凝胶,改善炎症性肠病

炎症性肠病 (inflammatory bowel disease, IBD) 是一种病因尚不清楚的慢性非特异性肠道炎症性疾病,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎,是胃肠道中除恶变外最严重的疾病之一。IBD的发生可能与感染、免疫、遗传、精神、环境等多种因素有关。目前IBD的治疗原则取决于病变范围和病变程度,以药物治疗为主。

临床上针对IBD的治疗药物众多,但远期治疗效果均不理想,并且传统的IBD治疗方法会导致多种严重的副作用,故临床急需一种有效的IBD替代疗法。

间充质干细胞 (mesenchymal stem cells,MSCs) 具有抗炎和免疫调节特性,可成为IBD治疗中的一种潜在的新型治疗方法。然而,移植后的MSCs在体内的低滞留时间限制了MSCs在 IBD 治疗中的应用。国际知名期刊Theranostics 发表来自南开大学的李宗金、赵强、新乡医学院郭志坤教授联合天津医科大学曹晓沧主任的最近研究成果。

研究人员利用新型生物活性材料壳聚糖-胰岛素样生长因子-1C (CS-IGF-1C)水凝胶与人胎盘来源的间充质干细胞 (hP-MSCs) 结合,应用于小鼠结肠炎模型治疗。研究结果表明:CS-IGF-1C 水凝胶显著增强了hP-MSCs的体内驻留时间,促进hP-MSCs分泌PGE2,诱导M2型巨噬细胞极化,释放抗炎因子IL-10,改善肠道炎症反应。

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                  解密人类胚胎骨骼干细胞起源

为了保护好自己的发际线,科研人员一直在研究彻底解决脱发的方法。骨骼干细胞(Skeletal stem cell, SSC)是一群能够自我更新并分化产生软骨细胞、成骨细胞和基质细胞的组织特异性干细胞,在骨骼发育和损伤修复过程中发挥关键作用。

2021年1月20日,同济大学生命科学与技术学院、同济大学附属东方医院再生医学研究所岳锐课题组联合解放军总医院第五医学中心刘兵课题组和北京放射医学研究所朱恒课题组在Cell Research杂志发表了题为Dissecting human embryonic skeletal stem cell ontogeny by single-cell transcriptomic and functional analyses 的研究论文。

该研究利用单细胞转录组测序绘制了早期人类胚胎肢芽、长骨和颅骨的发育图谱,并结合体内外功能验证发现了一群定位于软骨外膜,具有自我更新和分化为软骨与成骨细胞潜能的胚胎骨骼干祖细胞。该工作系国际上首次针对早期人类胚胎骨骼干细胞起源和异质性的研究,对于深入理解人类骨骼发育及损伤修复机制具有重要意义。

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                  造血干细胞“返老还童的秘密”

造血干细胞是一群数量稀少的驻留在骨髓中的细胞,具有强大的自我更新能力,能够终生补充血液系统的所有细胞。造血系统的衰老会导致HSCs的增殖能力减弱,克隆性增加,髓系细胞的分化增多,而淋巴系分化减少,并由此引发许多血液系统的疾病,包括贫血,适应性免疫功能受损和恶性肿瘤等。

由于将衰老的HSCs移植到年轻的小鼠体内,也无法改变衰老HSCs的命运,目前普遍认为是衰老HSCs本身的变化,而不是微环境,引起了其功能的变化。

近日,来自瑞典隆德大学的Tariq Enver教授在Cell Stem Cell发表研究“Mitochondrial Potentiation Ameliorates Age-Related Heterogeneity in Hematopoietic Stem Cell Function”,该研究发现线粒体活性与年龄相关的HSCs表现紧密关联,使用小分子药物提高线粒体活性可以增强衰老HSCs的转录活性和移植潜力,具有重要意义。

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                 助力细胞治疗:3D打印辅助干细胞规模化扩增

细胞治疗,为多种难治性疾病提供了有效治疗途径。目前,全球细胞治疗市场正在法规的监管下飞速成长。一般认为,常用于成年人移植的细胞,单次剂量达到10*8~10*9个才有效。如果要想获得如此数量的细胞,就需要高效的体外细胞大规模扩增平台。此外,扩增后的细胞还需要满足生物学功能、纯度、活性、安全性和稳定性等多方面的严格要求,这对于细胞制造行业提出了巨大的挑战。

人源间充质干细胞(hMSCs)在组织工程和再生医学中具有巨大的应用价值,是目前临床应用中最受青睐的成体干细胞之一。然而,hMSCs疗法的临床应用仍存在挑战,其中关键的瓶颈问题是间充质干细胞的高质量和规模化生产。

各国研究组近期在组织工程领域权威期刊《组织工程》‘Tissue Engineering Part C: Methods,以封面文章的形式在线发表了研究长文Dispersible and Dissolvable Porous Microcarrier Tablets Enable Efficient Large-Scale Human Mesenchymal Stem Cell Expansion(可分散式可降解3D多孔微载体片剂用于人源间充质干细胞的大规模扩增”的)。

该研究中采用的3D TableTrix™微载片是一种新型多孔可降解的微载体片剂,配合全自动化生物反应器,为工业化大规模生产人源间充质干细胞(hMSCs)提供了可行的解决方案。

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