脂肪源性干细胞与整形美容医学

脂肪源性干细胞与整形美容医学 一、脂肪干细胞介绍 二、ADSCs 研究应用的三优势（脂肪干 C 应用及三大优势） 三、ADSCs 在整形美容领域的应用研究 四、展望 一、 脂肪干细胞介绍 1976 年 Fridenstein 等首先报道从骨髓中分离出克 隆源性的具有多向分化潜能的基质细胞-骨髓间充质干细 胞（marrow-derived mesenchymal stem cells，MSCs） 。Zuk 等于 2001 年发现脂肪组织中除了含有已经定型的前脂肪 细胞外，也包含一种具有多向分化潜力的细胞群，其性质 与 MSCs 十分相似，但又不完全相同。 这些细胞已被证实不仅具有分化成为骨骼、软骨、 脂肪、心肌、神经等组织的能力，而且同样具有促进伤口 愈合、损伤组织细胞再生和减少疤痕的能力及抗衰老能力。 这种细胞被称为脂肪来源干细胞（adipose-derived stem cells，ADSCs） 、脂肪来源成体干细胞（adipose- derived adult stem cells，ADAS cells） 、脂肪来源成体间质 细胞（adipose-derived adult stromal cells） 、脂肪来源间质 细胞（adipose-derived stromal cells，ADSCs） 、脂肪间充质 干细胞（adipose mesenchymal stem cells，AdMSCs） ，成脂 肪细胞（lipoblast）等等。现在被统称为脂肪源性干细胞 （adipose-derived stem cells，ADSCs） 。 二、ADSCs 研究应用的三优势（脂肪干 C 应用及三大优势） 作为以修复重建为主旨的整形外科及以年轻化为核心 的美容医学，再生医学一直是备受关注与研究探索的领域。 由于 MSCs 获取途径与疾病治疗性价比的差异，整形外科 领域再生医学研究与临床应用受到限制。脂肪源性间充质 干细胞一经报道，首先在整形外科领域引起轰动效应，这 种关注大大推动了 ADSCs 的研究，它的临床应用也正在追 赶着 MSCs 的步伐。 首先，来源取材方便不仅是 ADSCs 一个最大的优势， 也是整形外科的优势。一方面，脂肪组织在体内分布广泛， 储量丰富；另一方面，吸脂术是整形外科成熟的常规手术， 手术风险小，其作为常规“废弃的副产品”获取容易。 对患者来说，吸脂雕塑体形的同时享受干细胞的年轻 化神奇功效是一次双赢的生命重塑，痛苦与恐惧感少于骨 髓提取，亦无血源污染与免疫排斥风险，由此形成临床应 用的优势。据国外报道，19942000 年开展吸脂术的初期 阶段，进行的 66570 例吸脂手术中，死亡率为 0，发生医 疗事故的比率也仅有 0.68，可见吸脂术是安全可靠的。 ADSCs 的第三大优势在于其较高的获取效率。骨髓中 MSCs 产量相对较低，在成人骨髓组织的有核细胞中仅占 0.0001%0.01%。而脂肪组织经胶原酶消化后，脂肪细胞 作为其中主要的细胞类型，很容易通过浮力而去掉，所获 得的细胞克隆形成率是骨髓间充质干细胞的 100500 倍。 同时，由于吸脂量可根据需要成倍增加，一次即可获取所 需干细胞浓度，无须体外扩增，大大减少了传代变异与各 种污染的风险。 从临床角度出发，在短时间内容易获得大量的 ADSCs，对于临床疾病的快速治疗具有重要意义。在局部 麻醉的情况下，成人骨髓的获取量通常不超过 40ml，能 获得约 1.2个有核细胞，其中包含大约 2.4个 109104 MSCs。而脂肪组织，每 100ml 都能获得约 2个有核细 108 胞相，其中干细胞含量相当于 40ml 骨髓中的 40 倍。由此 可见，在相同条件下，ADSCs 比 MSCs 更具临床应用潜力 的优势。 三、 ADSCs 在整形美容领域的应用研究 1. 皮肤无瘢痕研究 皮肤无瘢痕研究在 ADSCs 还未出现就一直是整形 修复重建领域的研究重点。损伤组织细胞的完全再生 与病损组织细胞的完全替代是医学领域再生医学研究 的核心内容。ADSCs 不仅很快就取代组织工程中的普 通种子细胞，而且显示出正在进入无瘢痕研究中的重 要角色。 瘢痕是人损伤后组织（除角膜外）修复的基本模 式，与再生医学的修复模式是相驳的，因此，无瘢痕 意味着损伤组织的完全再生修复。无论心肌细胞、肝 细胞、神经细胞损伤与本学科皮肤损伤的研究都是以 原细胞的再生取代瘢痕再生为主旨，研究具有同源性。 在正常的创伤愈合过程中，成纤维细胞合成和分 泌以型胶原纤维为主的细胞外基质，胶原的合成代 谢与降解代谢之间维持着平衡状态，无论是胶原合成 的增加或者降解的减少都会导致胶原的大量堆积，最 终导致增生性瘢痕或者瘢痕疙瘩的形成。 主要合成和分泌胶原纤维的（肌）成纤维细胞， 在细胞增殖和凋亡之间也维持着平衡状态。在增生性 瘢痕和瘢痕疙瘩中这种平衡被破坏，成纤维细胞的增 殖超过了凋亡，胶原的合成明显超过降解，最终导致 大量的胶原堆积。 有研究报道，表皮干细胞有可能参与瘢痕形成。 从人皮肤创伤愈合机制研究推论，表皮干细胞在创伤 修复与瘢痕形成中是活化的成纤维细胞的一个来源， 随着创伤后某些促纤维化细胞因子（TGF- 等）水平 浓度的增加，表皮干细胞在其诱导下逐渐向成纤维细 胞转分化，并具有成纤维细胞的功能，合成胶原，引 起细胞外基质的合成及胶原的沉积，从而不仅参与了 上皮修复，而且很可能进入真皮层参与瘢痕形成。 而 MSCs 体外培养扩增后，标记 BrdU，再回植到 猪的全层皮肤缺损创面。结果显示，在创面微环境作 用下，MSCs 可能分化为血管内皮细胞，参与创面修 复过程中肉芽组织小血管的形成，从而参与瘢痕形成。 而在有关蝾螈肢体再生的研究认为，上皮在抑制瘢痕 肢体再生过程中具有重要作用。 截肢后创伤早期伤口组织的去极化逆转形成胚基， 胚基间充质干细胞的来源包括皮肤、软骨、肌肉、骨 骼、骨髓，这些组织中的分化细胞通过逆分化成为间 充质干细胞。截肢后表皮细胞迅速在残端形成没有肉 芽样基膜的薄层，这种无瘢痕上皮一直在伤口保持 14d 左右直至肉芽萌出，表明干细胞在肢体再生的第 二个阶段（胚基发育成完整的肢体）发挥了重要的无 瘢痕信号调控作用，报道者认为伤口的无瘢痕薄膜是 肢体再生的先决条件。 这两种截然不同的结论可能与实验思维与实验模 式不同有关，无论哪种结论，都显示干细胞在创伤愈 合、创伤再生中具有举足轻重的作用。或许大量脂肪 干细胞与相关因子的局部应用会产生无瘢痕愈合。 2. ADSCs 与年轻化 干细胞的年轻化作用设想源于 3 个研究结果。首先是 iPS 细胞，2007 年 11 月，美国和日本科学家分别宣 布独立发现将普通皮肤细胞转化为干细胞的方法，这 样得到的干细胞称为诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stell cell，iPS cell） 。 iPS 细胞具有和胚胎干细胞类似的功能，却绕开 了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍， 因此在医疗领域的应用前景非常广阔。这种成体细胞 “初始化”逆转为干细胞，无异于“返老还童” ，这 一新技术也被权威科学杂志自然 科学分别评 为今年第一大和第二大科学进展。 其次是“干细胞因子（stem cell factor，SCF） ” ， 是一个新近发现的细胞因子，首先在骨髓中被分离出， 分子量为 3100036000，以非共价二聚体形式存在由 骨髓微环境中的基质细胞产生的一种酸性糖蛋白，是 一种对造血细胞有重要作用的因子。它作用于最早阶 段的造血细胞，对早期粒系、淋巴系、红系和巨噬细 胞系均有刺激生长的作用，并且表现出对其他造血生 长因子较强的协同作用。除恢复造血功能外，对于一 些疾病如放化疗后造血机能的恢复，对于机体防御功 能的调节以及辐射的防护方面均有良好效果。有关 “干细胞因子”来自干细胞本身或是由功能细胞分泌， 尚不清楚。但其具有使病态功能细胞恢复活力，使病 态组织各种细胞协同复原的作用能力，由此让我们不 禁对组织的局部年轻化充满希望。 第三是干细胞的局部及全身应用，许多个案表现 出的惊人效果。采用大鼠亚急性衰老与普通衰老模型， ADSCs 异体移植后，观察其对衰老模型大鼠体内自由 基和免疫功能的影响。结果与空白对照组比较，模型 组大鼠血清 SOD、NO、IL-2 水平及脾脏指数均显著性 降低，血清 MDA 水平显著升高。移植 ADSCs 后，治 疗组大鼠较模型组大鼠血清 SOD、NO、IL-2 水平及脾 脏指数均有所提高，而 MDA 含量显著降低。异体移 植 ADSCs 可有效增强大鼠机体清除自由基和抗氧化能 力，提高机体免疫功能，从而延缓 D-gal 诱发的大鼠 衰老。此研究思路有望进一步研发，从而用于临床。 3. ADSCs 与组织工程 组织工程概念首先在 1987 年美国科学基金会在 华盛顿举行生物工程小组会上提出。20 世纪 90 年代 发现成体干细胞的可塑性之后，在研究中逐渐认识到 支架材料、生物活性因子、干细胞在促进组织、器官 愈合与再生治疗中的重要作用。近年来，ADSCs 成为 组织工程理想的种子细胞之一。 我国近年来对间充质干细胞的研究也极为重视， 其研究项目分别被列入国家 863 和 973 计划，旨在以 干细胞组织工程的研究与开发为主攻方向，并围绕产 业化的要求，研究建立可靠的组织干细胞分离、纯化、 培养和鉴定的关键技术平台，大规模纯化和扩增安全 有效的干细胞，集中优势在血液病、糖尿病、肝功能 衰竭和晚期冠心病等重大疾病方面进行攻关。 在整形外科利用组织工程学原理，开展组织工程 化管道系统的研究，进行软骨、骨、皮肤、肌腱、血 管、骨骼肌及尿道等组织器官的功能和形态的修复研 究。在国家 863 计划支持下，在组织工程肌腱构建技 术、组织工程皮肤制备工艺、组织工程骨构建与材料 结合、亚全能干细胞可塑性、干细胞分离纯化技术、 新型血液调控因子、种子细胞扩增技术、神经损伤再 生套管等项目均有明显的原始创新。 在种子细胞选择方面，通过对骨髓、皮肤、脂肪、 软骨等来源的干细胞或体细胞进行筛选比较，确定了 相关产品的优选种子细胞，并对其传代、培养、扩增、 鉴定等技术进行优化。在材料选择、制孔技术、组织 构建中的力学强度、制备工艺与相关设备、血液化组 织工程骨等多项核心技术均有重大进展，对产品的研 发起到至关重要的作用。 组织工程相关支撑技术，如产品的低温保存技术、 生物反应器技术、种子细胞库建立等均有突破。多种 干细胞分离纯化、大规模扩增、定向诱导技术也取得 明显突破，相关的产品研发有 4 项已通过中检所认证， 其中“原始间充质干细胞治疗血液肿瘤注射液”已获 得临床批文，并已开始期临床试验，有望在干细胞 治疗领域取得突破。此外，核移植技术与体细胞重编 程领域也有突破性进展。 四、 展望 对 iPS 细胞的应用研究将成为今后几年重点趋势。 世界第一只体细胞克隆动物多利羊的培育者、英国苏格 兰爱丁堡大学教授，已转向进行 iPS 细胞研究，他认为 这种细胞比胚胎干细胞更具潜在优势。美国怀特黒德生 物医学研究所的科学家利用 iPS 细胞治疗老鼠的镰状细 胞血症获得进展，这是科学界利用 iPS 细胞进行医疗研 究的首次尝试。 而此前美日研究小组