间充质干细胞：在再生医学中的应用前景

作者：张馨予

干细胞疗法是指利用干细胞或其衍生的细胞，以某种方式移植到体内，取代病人受损的细胞，或通过招募内源性组织特异性干细胞进而修复旧的组织或产生新的组织，或发挥积极的免疫调节作用。

通过再生医学，人体希望有一天能够修复和恢复严重的组织损伤，甚至更换整个器官。科学家们正在努力开发新型治疗方法，以期支持促进组织修复的过程。由于其强大的促进修复再生潜能，间充质干细胞（MSCs）被当做一个重要的突破口。

间充质干细胞研究概况

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）。

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：

[1] MSCs在标准培养条件下，呈贴壁生长；

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

[3] MSCs在体外可以分化为成骨细胞、脂肪细胞和成软骨细胞

此外，其他关键质量属性，还应包括核型分析、活力证明和效力测试等。

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）。

间充质干细胞与骨重建

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）。

间充质干细胞与软骨损伤

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）。