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选择干细胞治疗必须知道的,王洪伟 ,中国生物医学发展的大环境,国务院2006年发布国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年） 干细胞技术列为未来15年我们前沿技术的重要研究领域,卫生部部长陈竺：中国是从事生物医学研究最好的地方,陈竺谈到自己对中国生物医学科学和生物技术发展的思考，他认为这一领域要贯彻“创新、关键领域跨越发展、支持发展、引领未来”的发展战略，提高以实证为基础的决策水平；全面参与国家高技术园区和高技术工业区的活动，建立工业界与大学和研究机构合作关系；提高不同研究项目间的合作机制；加强国际合作；建立国家级生命伦理委员会等等。,陈竺的成功之路,美国普林斯顿大学讲席教授施一公博士，他在介绍陈竺时说：“与我们很不同的一点是，他不仅是很好的科学家，而且是一位很好的医生，这一点是很多科学家梦寐以求的。包括我在内，很多人都希望自己的项目能转化为临床治疗，但都没有付诸实施。但陈部长做到了，他从治疗中发现问题，并将之作为研究课题，又将研究工作转化为治疗方法，最有代表性的一项工作就是用组合方法治疗一种非常难治的白血病，为中国卫生事业发展起到非常大的促进作用。我相信，在陈部长的领导下，中国的卫生事业将会有一个新的起点。”,干 细 胞 研 究 在 中 国,纽约的Kline咨询公司在一份关于中国医药/生物产业的授权策略和机遇的最新报告指出：“中国的科学家在干细胞研究上有许多突出的进展。对比西方国家，中国文化使人们在使用胚胎干细胞方面存在较少的宗教和道德上的异议，同时政府在对学术、教育和治疗方面对干细胞研究的资助也是不遗余力的。”,stem cell,国际的持续关注,2006年度诺贝尔化学奖授予 美国科学家科恩伯格 以表彰他对真核转录的分子基础所作的研究,调节转录可以控制干细胞向不同组织器官中的特异功能细胞发育。 所以要真正发挥干细胞在医学上的全部潜力，移植干细胞用于治疗各类疾病、引导其只向我们所需要的细胞发育是关键，而理解转录过程则是必需的一步,再说干细胞,在正常人体组织中，每秒约有600万新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞； 肠粘膜上皮每周需更新一次； 在特殊情况下(如损伤)，骨骼肌、肝脏等也可以再生得到补充。 所以，机体需要一群具有保持分裂、分化能力的细胞，称为干细胞(Stem cell)。 所谓干细胞是一类未成熟、未分化的细胞群，具有再生各种组织细胞，甚至器官的潜在功能，医学界称之为“万用细胞”。,从细胞谈起,核仁 細胞核 粒腺體 微脂粒 粗糙內質網 高基氏體 細胞骨架 平滑內質網 粒腺體 濾泡 細胞質 溶脢體 中心粒,细胞功能,细胞的成长与分裂, 30,000 個基因,生殖細胞的形成,增殖,分化,干細胞的分化是不对称的分离，当一个变两个的时候，其中一个能基本保留母体的个性，就像造酒的药引似的，需要的時候，就可以随时拿來提供源泉。,全能干细胞,全能干细胞只能通过胚胎获取。受精卵在分裂期的早期, 尚未植入子宫之前, 会形成一个称为囊胚的结构, 它由大约140 个左右的细胞组成。在囊胚内部的一端, 有一个“内细胞团”, 这个细胞群便是具有全部分化能力的胚胎干细胞集合。如果能将它们取出, 做成细胞悬液, 在体外进行培养, 就可以通过改变体外培养条件来探索胚胎干细胞向不同组织细胞分化的规律。,神经营养因子,神经元和神经胶质细胞正常功能的维持需要神经营养因子(NTFs) 的作用。神经元是所有细胞中最容易受到缺血损害的细胞, 外源性使用神经营养因子可以使敏感的神经元受到保护。,动物实验篇,干细胞在治疗神经系统疾病中的应用,缺血性疾病 MSCs 可以通过其分泌的细胞因子改善鼠的缺血性疾病的功能。 Kazuhiko 等利用转染了BDNF 基因FPRGD 载体的MSCs 进行研究,证实在大脑中动脉梗死模型中具有明显的功能恢复作用。 出处： Kurozumi K,Nakamura K,Tamiya T, et al . BDNF gene2modified mesenchymal stemcell s promote functional recovery and reduce infarct size in the rat middle cerebralartery occlusion modelJ.Mol Ther,2004,9 (2) :1892197.,脑、脊髓外伤 MSCs 通过第四脑室或脑脊液途径注入会促进脑脊髓损伤的修复。Song 等1 发现MSCs 体外培养释放的脑钠素(brain natriuretic peptide ,BNP) 与生理水平相当, MSCs 通过释放BNP 和相关的血管活性因子可以减轻水肿,降低颅内压,改善脑灌注。将MSCs 植入到挫伤型脊髓损伤的空腔促进了空腔的修复和形态学的改变以及轴突的生长2 。MSCs 植入空腔后保护了受体的组织和白质而具有神经保护作用。Lu 等3 发现过表达BDNF 的MSCs 会明显增强轴突的再生,52羟色胺能神经元和脊髓感觉柱的轴突的再生。 出处：1 Song S , Kamath S ,Mosquera D , et al . Expression of brain natriuretic peptide by human bone marrow stromal cells J . Exp Neurol ,2004 , 185(1) :1912197. 2 Neuhubera B ,Timothy Himesa B ,Shumskya JS , et al . Axon growth and recovery of function supported by human bone marrow stromal cells in theinjured spinal cord exhibit donor variationsJ.Brain Res,2005, 1035(1) :73285. 3 Lu P , Jonesa LL , Tuszynskia MH. BDNF2expressing marrow stromal cells support extensive axonal growth at sites of spinal cord injuryJ . Exp Neurol ,2005 ,191 (2) :3442360.,神经干细胞治疗脊髓损伤,加州大学欧文分校研究人员在新一期美国国家科学院学报上发表论文说，此前的研究已证实胚胎干细胞能修复受损的神经组织，而这一最新成果证明，属于成体干细胞的神经干细胞也具有同样的功能。 研究人员发现，脊髓受损的实验鼠在注射人类神经干细胞之后天，行走能力就得到改善。作为对照，另一组实验鼠没有接受注射，而第三组实验鼠注射了人类纤维原细胞，结果都没有出现好转。,在进一步的实验中，脊髓严重受损而部分瘫痪的实验鼠在接受人类神经干细胞注射后，已能依靠后肢爬行，而且后肢运动比较协调，而对照实验鼠没有类似的改善。接受人类神经干细胞移植的实验鼠，运动机能的改善至少持续了个月。但是，当研究人员为实验鼠注射只杀死人类细胞的白喉毒素后，它们马上又回到部分瘫痪状态，这表明是人类神经细胞治好了它们的伤病。,对实验鼠的解剖显示，人类神经干细胞移植到它们体内后，分化成了少突胶质细胞和新的神经元细胞。 其中新生的神经元细胞提高了实验鼠受损的神经元细胞之间的“通信联系”；而少突胶质细胞分泌髓磷脂，髓磷脂是神经纤维表面的髓鞘的组成物质。髓鞘不仅能像电线塑料皮一样保护“神经电线”不致短路，同时还能加速神经信号的传导。一些神经系统疾病，如多发性硬化症就是由于髓鞘缺失导致的。髓磷脂的分泌改善了脊髓受损实验鼠神经纤维间的绝缘性，使神经纤维中的生物电不“乱窜”，提高了实验鼠的运动协调能力。,在脑外伤方面,Lu 等把人脐血细胞经静脉移植于外伤性脑损伤的大鼠体内后发现,脐血细胞显著地降低大鼠的运动和神经功能缺陷。这些细胞优先进入损伤侧脑实质,富集于损伤边缘区并表达NeuN 、MAP-2 和GFAP , 部分脐血细胞还整合到损伤边缘区的血管壁中。结果提示,除分化为神经细胞外,脐血细胞还可能在分泌营养性因子、促进血管再生和清除自由基等方面促进损伤的恢复。 Lu D , Sanberg PR , Mahmood A , et al. Intravenous adminis2 tration of human umbilical cord blood reduces neurological def2 icit in the rat after traumatic brain injuryJ . Cell Transplant , 2002 , 11(3) : 275 -281.,在脊髓损伤方面,Sporta 等1 将脐血单个核细胞经静脉移植于脊髓压伤的大鼠模型内。5d 后,移植组即有明显的功能改善。移植细胞多聚集于损伤区周围,但细胞形态并非是典型的胶质细胞或神经元形态,而仍然保持圆形。作者由此推论,脐血细胞在移植处分化为神经细胞不足以解释神经功能的恢复,脐血细胞分泌的营养因子可能起到了更重要的作用。 Zhao等将磁柱分选的脐血CD34 + 细胞和骨髓MSC 直接移植到脊髓半切大鼠模型的损伤区周围,发现两组大鼠的神经功能均有明显改善, 但前者较后者在移植后7d 和14 d 的功能改善更为明显2 。这表明脐血在促进脊髓损伤的功能恢复方面,比骨髓MSC 发挥作用的时间窗要早。 1 Saporta S , Kim JJ , Willing AE , et al. Human umbilical cord blood stem cells infusion in spinal cord injury : engraftment and beneficial influence on behaviorJ . J Hematother Stem Cell Res , 2003 , 12(3) : 271 -278. 2 Zhao ZM,Li HJ ,Liu HY, et al. Intraspinal transplantation of CD34 + human umbilical cord blood cells after spinal cord he2 misection injury functional recovery in adult rats J . Cell Transplant , 2004 , 13(2) : 113 -122.,神经系统变性疾病 MSCs 注入脑内后表达多巴胺能神经元用来治疗帕金森病 。将酪氨酸羟化酶( TH) 基因腺相关病毒载体转染到MSCs 中,MSCsPTH 基因在植入点表达,且多巴胺的水平会明显增高。MSCs 的治疗可以缓解尼曼-皮克病的小脑内炎性反应,明显的减少尼曼-皮克病的少突胶质细胞和小胶质细胞的活化。巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF) 和小胶质细胞的活化也会由于MSCs 的植入而下调。 出处： Li Y,Chena J ,Wanga L , et al . Intracerebral transplantation of bone marrow stromal cells in 12methyl242phenyl 21 ,2 ,3 ,62tetrahydropyridine mouse model of Parkinsonsdisease J.NeurosciLett,2001,316(2) : 67270.,在脑梗死方面,将富含CD34 + 细胞(77.2% 95 %) 的脐血细胞移植于短暂大脑中动脉闭塞(MCAO) 的大鼠体内发现,仅有一小部分细胞表达神经细胞表型,而神经功能恢复在移植后几天就可以出现,提示脐血细胞还可能通过刺激内源性大脑修复机制而发挥作用1 。也有实验比较了股静脉和纹状体两种移植方式,结果发现,经股静脉移植较纹状体内移植对MCAO 的功能恢复更有效2 ,这也是脐血细胞优于其他移植物的一个优点。 1ChenJL,SanbergPR,Li Y, et al. Intravenous administration model of amyotrophic lateral sclerosis : distribution , migration , of human umbilical cord blood reduces behavioral deficits after and differentiationJ . J Hematother Stem Cell Res , 2003 , 12 stroke in ratsJ . Stoke , 2001 , 32(11) : 2682 -2688. (3) : 255 -270. 2 Willing AE , Lixian J , Milliken M , et al. Intravenous versus 22 Buzanska L , Stachowiak E , Stachowiak M , et al. Neural stem intrastriatal cord blood administration in a rodent model of cell line derived from human umbilical cord blood2morphologi2 strokeJ. JNeurosciRes,2003,73(3):296-307.,利用干细胞治疗缺血性脑损害有两种方法。,一种方法是指激活位于海马DG 或尾状核的SVZ 区域的内源性干细胞。Craig 等人的研究表明EGF 注入到成年小鼠脑室导致室管膜下细胞从侧脑室壁移行到临近的脑实质。Kuhn等人发现, 脑室内注射bFGF或EGF 后在嗅球位置发现神经结构的再生。这种现象被认为是缺血损伤后干细胞被激活的表现。NTFs 可以进一步加强缺血后所产生的干细胞的自发激活。 另一个方法是移植来源于胚胎或成年脑的干细胞, 甚至是胚胎干细胞直接移植到脑受损的部位。分别采用这两种方法的移植均看到了可喜的效果。 CraiCG, TropepeV, Morshead CM, et al. In vivo growth factor ex2 pansion of endogenous subependymal neural precursor cell populations in the adult mouse brain. J Neurosci, 1996, 16: 2649 -2658. KuhnHG, WinklerJ, KempermannG, etal. Epidermalgrowthfac2 tor and fibroblast growth factor -2 have different effects on neural pro2 genitors in the adult rat brain. J Neurosci, 1997, 17: 5820 -5829. Flax JD, Aurora S, Yang C, et al. Engraftable human neural stem cells respond to developmentalcues, replace neurons, and expressfor2 eign genes. Nature B iotechnology, 1996, 16: 1033 -1039. V iscovi AL, Parati EA, Gritti A, et alIsolation and cloning of mul2 tipoential stem cells from the embryonic human CNS and establshment of transp lantable human neural stem cell lines by ep igenetic stimulation. Exp Neurol, 1998, 156: 71 -83.,神经退行性疾病,在神经退行性疾病方面,经静脉移植脐血细胞到肌萎缩侧索硬化(ALS) 的小鼠后,发现脐血细胞可将疾病的发生延缓23 周,并延长了患病小鼠的寿命。在脑和脊髓运动神经元损伤区域内,移植细胞可存活1012 周,部分细胞表达神经标志物NSE 、TUJ1 和GFAP 。该实验还表明,脐血细胞分化、替代损伤的神经元可能不是损伤修复的惟一机制, 还可能通过分泌营养因子和调节自体免疫过程来实现神经保护功能。 Garbuzova2Davis S , Willing AE , Zigova T , et al . Intravenous 33. administration of human umbilical cord blood cells in a mouse calandfunctionalpropertiesJ.JNeurochem,2003,85(2):,其他的疾病 Zhang 等应用MSCs 治疗亚急性硬化性全脑炎,显示脱髓鞘和血管周围炎性细胞的浸润得到了明显的抑制,其机制可能是MSCs 刺激了少突胶质细胞增生和提高了BDNF 的表达。 出处：Zhanga J ,Lia Y,Chena J , et al . Human bone marrow stromal cell treat2ment improves neurological functional recovery in EAE miceJ . Exp Neurol ,2005 ,195 (1) :16226.,脐带血,脐血是胎儿出生时脐带内及胎盘近胎儿侧血管内血液，是胎儿血液循环的一部分。 研究表明,脐血干/祖细胞含量丰富,占有核细胞的0.98 % ,是造血、内皮、间充质和神经等多种干祖细胞的丰富来源。 NayarB,GMKRaju,DDeka.Hematopoietic stem P progenitor cell haversting form umbilical cord bloodJ. IntJ GynecolOb2 stetr , 2002 , 79 :31 -32. 在脐血细胞中造血和神经干细胞标志的共表达以及间充质干细胞的存在说明脐血中含有多能干细胞。多能干细胞的存在为脐血在造血、血管、神经等多系统疾病中的应用奠定了基础。 脐血作为胎儿血液循环的一部分，既具有较为原始、多分化潜能和较强增殖能力的优点，又无形成畸胎瘤的危险，已成为组织工程和细胞移植的理想选择。,脐血具有来源丰富、采集方便且无伦理学问题等优点，其中不但含有丰富的造血干细胞，而且还含有可向多种组织分化的多潜能干细胞，是合适的细胞进行移植以代替受损的神经细胞修复神经损伤。 在特定的诱导条件下，脐血干细胞能够出现类似神经细胞样的形态学变化，并表达不同神经发育标志以及电生理特征：在动物体内实验中，脐带血细胞能定向迁移至受损神经组织并存活，改善神经损伤后遗症。 脐血干细胞为一种有效的细胞资源，应用于人类中枢神经系统疾病的细胞替代治疗以及神经保护与支持。,脐带血的临床应用,自1988年首例脐血移植成功以来，迄今为止已有超过6 000例儿童及成人接受了同胞或无关脐血移植（CBT ）。,脐带血临床应用的优势,来源丰富,易于获得; 采集方便,对供者无痛苦; 脐血细胞免疫源性较弱,能耐受更大程度上的HLA 配型不符,异体移植后免疫排斥反应发生率低、程度较轻; 干细胞含量高,细胞原始,能在移植部位更好的存活、增殖、分化和整合,发挥细胞移植替代病变组织的功能; 脐血是易于扩增的MSC 的良好来源; 目前已有脐血源神经干细胞系建立,可为神经系统细胞移植治疗提供充足的细胞来源; 脐血中同时存在内皮干/祖细胞等原始细胞,有益于损伤部位的血管重建和血运改善,发挥辅助修复的功能; 脐血细胞还有可能通过分泌营养因子、调节自体免疫来实现神经保护和修复功能; 可利用其对神经损伤的趋化作用,以对脐血细胞转染神经营养因子(如BDNF、NT-3和GDNF等),使之成为基因治疗的载体细胞,发挥靶向治疗作用; 可通过静脉输注方式移植,并表现出良好的向病变区域迁移与整合的特征,较其他细胞的需中枢神经系统内直接移植更易接受。,骨髓间充质干细胞,骨髓间充质干细胞具有分化为神经元和神经胶质细胞的能力。 但是，骨髓源细胞有较高的病毒感染危险，且随着年龄增长其细胞数量和增殖、分化能力也显著下降，较难满足临床需求。,临床研究篇,脐带血干细胞治疗脑瘫,摘要：作者认为来源于脐带血中的干细胞/祖细胞安全、有效治疗各种脑损伤和脑病疾病。2004年，基于父母的观察、全面问卷，对接受脐带血干细胞治疗的脑瘫患儿的进行了为期6个月的初步调查。在这项墨西哥人研