干细胞研究与应用阐述

1、干细胞研究与应用阐述 张建华（北京宝芝堂医学研究院长春分院） 吕冰（吉林大学第二医院） 简 述：干细胞定义：分离纯化自体、同种异体或异种干细胞，将其转输给患者以治疗相关疾病的技术。干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。干细胞分类根据干细胞的不同来源可以分为胚胎干细胞、成体干细胞、造血干细胞、神经干细胞和肌肉干细胞(muscle stem cell)。 根据干细胞按能力不同可分为全能干细胞、万能干细胞、多能干

2、细胞和专一性干细胞。研究现状：干细胞的研究近况干细胞是指尚未分化的细胞，存在于早期胚胎、骨髓、脐带、胎盘和部分成年人细胞中，它能够被培育成肌肉、骨骼和神经等人体组织和器官。科学家认为，利用干细胞培育出的组织和器官对治疗癌症和其他多种恶性疾病具有重要意义，将为糖尿病患者、早老性痴呆症患者、帕金森氏症患者和脊髓受损患者等带来希望。近年来，干细胞研究成为生物医学领域研究的热点，20世纪90年代以来，造血干细胞移植技术飞速进展，更为安全有效，已成为治愈多种良性、恶性血液病与遗传性疾病的重要手段，治愈的病种还在不断的扩大。干细胞研究意义采用干细胞治疗有着多种优势：低毒性（或无毒性），即使不完全了解疾病发

3、病的确切机理治疗也可达到较好的治疗效果，自体干细胞移植可避免产生免疫排斥反应，对传统治疗方法疗效较差的疾病多有惊人的效果。随着胚胎干细胞和iPS细胞的研究，更可能从患者自身细胞开始获得全能的干细胞，进而分化为所需细胞甚至器官，完全和自身匹配没有免疫排斥的细胞或器官移植已不再是梦，当人体器官衰老的时候，将衰老器官用自身细胞培育出的相应器官替代移植，人类将有可能延年益寿。干细胞研究现状目前国际上对干细胞的临床应用研究非常多，仅在临床注册网站（见参考资料）上注册的干细胞移植治疗疾病的研究就达2100余项，特别是近几年来（2005年以来）注册开展项目数急剧增多，2002年68项，2003年64项，20

4、04年45项，2005年246项，2006年227项，2007年307项，2008年331项， 2009年307项，2010年迄今为止也已有112项干细胞移植治疗方案注册。2009年1月，美国Geron公司甚至得到了FDA关于使用人胚胎干细胞分化细胞治疗疾病临床试验的批准。我国在干细胞研究上的成就近几年，中国干细胞研究成为最热门的领域目前在干细胞研究领域发表论文数最多的前三个国家依次是美国、中国和日本。据日本媒体报道，近年来中国在干细胞研究领域的各个方面都取得了长足的进步，这一进步也直接体现在发表论文数上，而反观日本学术界，近年来在该领域取得的成绩就显得乏善可陈，除了在人工诱导多能干细胞（iP

5、S）领域占据优势以外，在其他干细胞研究领域的进步都十分缓慢。这一结论是媒体分析了2008年-2012年发表的超过17500篇干细胞领域相关论文后得出的，在这些研究中，来自美国研究机构的成果多达5129项，而中国和日本分别发表了1640和1350篇论文。而在2004年-2009年之间，日本的成果数则位居第二。国家科技部也对干细胞研究设立重大专项，支持我国干细胞研究。 三门峡市中心医院干细胞移植中心2005年5月首例运用神经干细胞移植技术治疗“脑瘫儿”（新生儿缺氧缺血性脑病及小儿脑性瘫痪）的成功，打破了世界上“新生儿脑瘫无药可治”的说法。军事医学科学院查新证实属世界首例，标志着我国新生儿缺氧缺血性

6、脑病及小儿脑瘫治疗实现了历史性的突破，步入世界领先行。干细胞来源在胚胎发育的过程中，造血干细胞是以卵黄囊全能间叶细胞分化而来的最原始造血细胞。胚胎发育至35个月时肝脏和脾脏中含有大量的 HSC。 近年发现脐血中亦含丰富的造血干细胞、其更原始，且免疫原性弱。成人时造血干细胞主要分布在骨髓中，外周血中也有一定量的造血干细胞。 HSC移植最理想的供者是同卵双生子，因为他们之间的遗传物质是完全相同的。他们之间的HSC移植，效果好，排异反应少，但双胞胎毕竟少见。子女的HLA分型来自于父母，如父亲为A和B，母亲为C和D，那么子女有AC、AD、BC、BD四种分型可能，所以同胞间的HLA相配率为25%，因此患

7、者从同胞中寻找供髓者较容易。然而家庭范围正在缩小，绝大多数的患者还是需要非血缘关系的HSC捐献者。适合捐献HSC的年龄为18-45岁，健康要求如同献血，即不能因捐HSC影响捐献者的健康，又不能因接受HSC而使患者增加新的不利因素，重要的是捐献者必须无可血液传播的传染病：如乙型肝炎、丙乙型肝炎等。 造血干细胞移植能治疗哪些疾病? 利用造血干细胞移植治疗的疾病很多.可治疗肿瘤性疾病,如:白血病,某些恶性实体瘤等,以及非肿瘤性疾病,如:再生障碍性贫血,重症免疫缺陷病,急性放射病,地中海贫血等.目前,对造血干细胞的研究又有一些新突破,如对重症天疱疮严重并发症(双侧股骨头无菌性坏死)以及重症肌无力等疾病

8、的患者治疗。干细胞移植原理髓干细胞自身具备向成体细胞分化的潜能，它可向神经细胞、心肌细胞、血管内皮细胞、软骨细胞以及肝实质细胞方向分化。在体外诱导剂的作用下，骨髓干细胞可以向肝实质细胞转化。在体内，肝脏微环境诱导骨髓干细胞向肝实质细胞转化也得到研究的证实。 1999年Petersen等发现肝干细胞和一些肝细胞可能部分来源于骨髓或与骨髓相关。他们通过以下实验检测了这一思路：(1)将一雄性大鼠的骨髓移植到致死量照射的同源雌性大鼠，并用DNA探针检测受鼠肝内有无雄性来源的Y染色体。(2)用表达组织相容性抗原类抗原L21-6的Lewis大鼠作为受体，不表达L21-6的Brown-Norway大鼠作为供

9、体进行全肝移植，以确定肝外来源的L21-6阳性细胞是否能够定位于移植的肝脏。他们发现，在骨髓移植后13天，在肝内检测到了Y染色体信号，在这一时间卵圆细胞开始分化为肝细胞。如果分化为肝细胞的卵圆细胞来自肝脏，那么将不会有肝细胞表达阳性的Y染色体信号，但结果显示，一些肝细胞表达明显的Y染色体信号，表明它们来源于骨髓供体细胞。同样，在全肝移植后发现，在移植的肝脏内发现有明显的L21-6阳性细胞，表明一些卵圆细胞来源于肝外，而那些来源于肝内的卵圆细胞则L21-6阴性,实验表明，骨髓中含有能够分化为肝细胞潜能的干细胞，一些卵圆细胞有可能来源于骨髓。 骨髓中的肝前细胞可以用于肝衰竭的移植治疗而不必考虑组织

10、相容性抗原的配型问题，因为患者自身的骨髓细胞就可以用于移植。骨髓细胞具有以下优点：(1)可以制备富含干细胞的骨髓细胞。(2)通过转导促进基因能够增加骨髓来源的肝细胞。(3)可用骨髓来源肝细胞用于生物人工肝；此外HGF也可以通过促进包括骨髓干细胞的肝前细胞分化用于肝硬化治疗。自体骨髓干细胞移植治疗肝损伤将为肝脏疾病的治疗提供新的途径。临床研究与应用：干细胞治疗患者禁忌症1) 高度过敏体质或者有严重过敏史者 、 2）休克或全身衰竭生命体征不正常及不配合检查者、 3）晚期恶性肿瘤、 4）全身感染或局部严重感染需抗感染康复后、 5）合并心、肺、肝、肾等重要脏器的功能障碍、 6）凝血功能障碍如血友病、

11、7）血清学检查阳性者如艾滋病、乙肝、梅毒等。 8）染色体或基因缺陷，免疫功能缺陷、 9）非神经系统疾患，或诊断上尚未明确者。干细胞移植治疗临床应用干细胞移植治疗，是一门先进的医学技术,为一些疑难杂症的治疗带来了希望。其与微化中药渗透疗法的作用原里相同，所以二者具有相辅相成的作用，干细胞移植治疗是把健康的干细胞移植到患者体内，以达到修复或替换受损细胞或组织，从而达到治愈的目的。干细胞移植治疗范围很广，一般能治疗神经系统疾病、免疫系统疾病、还有其他的一些内外科疾病。干细胞在医学界被称为“万用细胞”，它可以分化成多种功能细胞或组织器官。因干细胞具有“无限”增殖，多向分化潜能，具有造血支持，免疫调控和

12、自我复制等特点。干细胞移植治疗的疾病很多，而且年龄越小，改善得越明显。下面是能治疗的疾病：1、干细胞移植治疗神经系统疾病如：脑瘫、脊髓损伤、运动神经元病、帕金森病、脑出血 、脑梗塞后遗症、脑外伤后遗症等;2、干细胞移植治疗免疫系统疾病如：糖尿病、皮肌炎、肌无力、血管病变、硬化病、白血病等;3、干细胞移植治疗其他疾病：如肝病、肝硬化、股骨头坏死等;干细胞移植治疗最适合的脑瘫患者：神经干细胞移植最适合的脑瘫患者类型是：智力轻度或中度受损，但肌张力很高，肌肉力量差。这样的脑瘫患儿如果接受干细胞移植，有效率很高，治疗效果明显。神经干细胞移植在降低肌张力、改善肌肉力量方面效果显著，还可以在一定程度上改善

13、患者的斜视、流涎等症状和体征。如果患儿年龄在3-5岁以下，在一定程度上可以改善患儿的智力障碍。年龄越小，改善得越明显。脑瘫患者采用干细胞移植和康复治疗综合起来，后遗症时期越短效果越好。孩子的效果要比大人好，因为孩子的大脑还是在发育当中，比较活跃，对干细胞的接受程度要好。(1)安全、低毒性或无毒性、无免疫排斥反应。(2)在尚未完全了解疾病发病的确切机理前也可以应用。(3)治疗材料来源充足，干细胞的培养和采集都不受限制。(4)治疗范围广阔;(5)是最好的免疫治疗和基因治疗载体干细胞移植治疗强直性脊柱炎强直性脊柱炎是一种隐匿性疾病，很多患者在早期会误认为腰肌劳损等，导致出现弯腰困难、驼背等，才去医院

14、诊断治疗。虽然以往的传统疗法让众多强直性脊柱炎患者大失所望，但是随着医学的发展，干细胞疗法的兴起，让众多患者看到了希望。下面为您讲解干细胞治疗强直性脊柱炎的过程。 干细胞移植治疗过程： 1、取材：无菌条件下取足月产胎儿脐带(45cm); 2、然后提取：无菌条件下去除脐带内的血液、脐带外膜组织及血管组织，提取脐带wharton胶组织; 3、培养：无菌条件下取1mm3脐带wharton胶组织，利用组织块贴壁法和双酶消化法培养; 4、传代、扩增：待细胞融合传代后，将其冲洗、消化后按比例继续培养扩增; 5、分离、纯化：利用贴壁培养筛选法、密度梯度离心法、流式细胞法分离、纯化干细胞; 6、治疗：干细胞培

15、养成功后通过静脉滴注、腰穿、动脉介入等方法植入患者体内。 干细胞移植治疗的优势： 1、经过数千例的临床证实，在尚未完全了解疾病的确切机理前也可以应用。 2、想必传统治疗的治标不治本，干细胞通过对受损细胞的修复、替代和重建，从而使疾病得到根本上的治疗。 3、治疗范围广阔，包括神经系统疾病、自身免疫疾病等疾病，是众多“不治之症”“疑难杂症”的新希望。 4、经多次毒性、遗传学、局部刺激、发热以及免疫毒性试验，结果研究表明，干细胞是最安全、无毒无副作用。 5、一个疗程下来，患者的症状就会得到很明显的改善，疗程短，见效快。 6、干细胞通过静脉输液或者动脉介入，无需开刀，整个过程创伤小、痛苦少。 7、相比

16、传统治疗的副作用对孕妇、婴儿或者老年人伤害大，干细胞治疗更安全，适合各个年龄段患者。干细胞治疗脑外伤后遗症干细胞移植可以治疗脑外伤后遗症患者，是因为干细胞分化后产生的神经元和胶质细胞可以分泌多种神经营养因子，改善脑局部微环境并启动再生相关基因的顺序表达，使损伤轴突开始再生，它们同时产生多种细胞外基质，填充脑损伤后遗留的空腔，为再生的轴突提供支持物；补充外伤后缺失的神经元和胶质细胞；使残存脱髓鞘的神经纤维和新生的神经纤维形成新的髓鞘，保持神经纤维功能的完整性。再辅助系统的康复锻炼，促进移植的神经干细胞生长和修复作用，大大的减少后遗症的发生和改善后遗症的状况，改善病人的生活质量。 干细胸移植途径一

17、般采用静脉注射或腰穿的方式，因此该治疗可避免开颅的痛苦，并能减少并发症的发生以及大大缩短患者的住院时间，从而降低了患者的医疗费用。临床表明一些年轻患者在住院期间和出院后半年，情况在持续性变好，主要体现在肌力增加，反映变快，语言表达改善等。 干细胞移植治疗脑瘫干细胞移植治疗脑瘫，是经后分化的神经元补充缺损的神经元，并促进小儿脑组织中的神经干细胞分化发挥功能，恢复脑神经的正常生长发育，改善大脑认知功能障碍，为脑性瘫痪小儿进一步康复提供了更多的机会，已为现今最有效的治疗方法。并且年龄越小，再构成代偿能力越强，治疗的可能性就越大。如果在神经干细胞移植以后接受规范系统的康复锻炼，将促进所移植神经干细胞的

18、生长和发挥修复作用，效果将会更加理想。 移植途径有静脉注射，腰椎穿刺移植神经干细胞，通过头部立体定向手术的方法，直接将干细胞移植入患者脑内。 干细胞治疗脊髓损伤国内外传统治疗SCI最常用的方法有手术治疗、药物治疗、康复训练等,但这些方法并不能从根本上解决神经元再生的问题。脊髓损伤治疗的难点：如何使缺损的神经元再生,如何恢复功能性轴突的传导功能。 nerual stemcells,NSCs是21世纪初神经生物学领域最重要的进展之一,因其具备自我更新和多分化潜能的两个基本特性以及迁移功能和良好的组织融合性的优点,而成为细胞移植治疗神经系统疾病良好的移植材料,为脊髓损伤的治疗提供了新的方法。 脊髓损

19、伤后移植的神经干细胞能向损伤处迁移，且存活和增殖，分化为神经元或星形胶质细胞、少突胶质细胞，出现神经细胞轴突与髓鞘的再生，建立正确的和功能性的突触连接；并使残存脱髓鞘的神经纤维和新生的神经纤维形成新的髓鞘，保持神经纤维功能的完整性，恢复受损神经功能；再辅助以系统的康复锻炼，促进移植的神经干细胞生长和修复作用，大大的减少后遗症的发生和改善后遗症的状况，改善病人的生活质量。 干细胞治疗脊髓损伤神经干细胞的移植时机：Okano等认为移植选择急性期,大量自由基及兴奋性氨基酸等物质的存在,神经干细胞存活和分化数量少,再通的神经纤维数目少。如果选择恢复期,则可能出现存活的细胞数量较多,但损伤区域胶质瘢痕已

20、经形成导致再通的神经纤维数目少,因此动物实验和临床病历证明移植的最佳时机一般应是损伤后1周2个月。 干细胞治疗新方法人脑组织共济失调得到康复 干细胞治疗新方法 人脑被称为世界上功能最全、储存量最大、程序最复杂的超级“电脑”，作为神经系统的高级中枢，它主导人体的知觉、运动、思维、记忆，如果脑部“缩水”，脑细胞大量受伤、退化、死亡，也就意味着这些功能的逐渐丧失。过去对于这一超级“电脑”的功能减退，即脑萎缩，是没有任何方法可以治疗的，而如今湖北省中山医院干细胞治疗中心引进的干细胞技术，却可让脑细胞“再生”和“修复”，使得脑萎缩患者有望康复。 疑难病的困扰 据了解，脑萎缩病程数年甚至十数年，可以分为脑

21、动脉硬化性脑萎缩、老年痴呆性脑萎缩、中风后脑萎缩、颈椎病及脑外伤后脑动脉供血不足而导致的脑萎缩等。脑萎缩临床主要表现为注意力不能集中，记忆减退，情绪不稳，行为怪异、走路不稳，手脚震颤，言语含糊、平衡能力差等。一般脑萎缩治疗包括改善脑循环、维生素、神经营养等药物治疗，但收效甚微，难以阻止病情的发展，病情通常逐渐恶化，特别是小脑萎缩，最终发展成进食困难，不能走路，大小便失禁，给患者及家属带来巨大的精神痛苦。 干细胞让脑组织“再生” “传统理论认为脑细胞萎缩、减少后是不可再生的，故临床上的药物治疗和康复治疗大多效果非常有限”，从事多年神经科临床研究的湖北省中山医院干细胞治疗葛主任介绍说：“干细胞作为

22、种子细胞，移植到患者身体后可分化再生成新的神经元，也可激活内源性神经干细胞，同时通过旁分泌作用，促进神经细胞生长和修复，补充已经减少的脑细胞，从而恢复神经细胞的正常功能，为脑萎缩患者的康复提供了新的方法，改善了其生活质量。”有临床报告脑萎缩患者接受了干细胞治疗，80%的患者大脑萎缩现象和小脑功能失调症状都有所改善。 小脑萎缩效果最明显 据了解，在干细胞治疗脑萎缩的临床应用中，以小脑萎缩治疗效果最为明显。葛主任说，“小脑主要维持人体的身体平衡，小脑萎缩患者如果病程不长或年龄不大，体质较好，干细胞移植手术后，患者最快7天左右症状就会有所改善。走路可不再摇晃，平衡能力增强；吃东西、喝水容易被呛等共济

23、失调症状也可得到明显改善。” 干细胞治疗小脑萎缩具有以下特点：1、干细胞移植安全、无毒性; 2、干细胞治疗 尚未完全了解疾病发病的确切机理前也可以应用; 3、对某些病症，干细胞移植效果，一次性植入，作用持久; 4、干细胞移植治疗材料来源充足; 5、干细胞治疗范围广阔，理论上能治疗大多数疾病; 6、干细胞是最好的免疫治疗和基因治疗载体; 7、干细胞移植是现在疗法无能为力的“不治之症”的救星与新的希望。 干细胞移植来治疗小脑萎缩，移植后的干细胞可直接参与修复脑神经脑细胞，也可以产生各种因子、酶等来促进脑神经及细胞的生长发育。作为再生医学的新型产物，干细胞移植给许多世界性疾病患者带来了新的希望。干细

24、胞是人体一种尚未分化原始细胞，可以自我复制，也可以分化成任何功能细胞。利用体外大量培养的干细胞，移植到人体后，会自动修复人体病变的系统，恢复组织器官的功能，全面改善各项病症。 干细胞在美容方面的应用干细胞移植嫩肤美容对于因皮下胶原蛋白组织、脂肪流失引起的皱纹，可以选择注射玻尿酸、爱贝芙、伊维兰等和自体脂肪移植来进行容量填充，可以达到明显“年轻化”的效果。其中填充效果维持最长久的当属自体脂肪，其取于自身，用于自己，无任何排斥性的特点更是其独具的优点。 自体脂肪移植具备其它注射材料所无可比拟的良好效果，在面部整形中得以广泛利用。除皱、丰唇、隆下巴，自体脂肪都行！ 自体脂肪注射移植，也可以做出丰润性

25、感的嘴唇。而鼻梁不够高挺想要稍微改变鼻梁线条，和下巴比较短，想要做小部分修改的，使用自体脂肪移植，效果较玻尿酸等更持久更安全。 自体脂肪移植，存活是关键 加入了干细胞的自体脂肪细胞存活率可以达到90%左右，一处部位只需经过两次左右的移植就可以达到一劳永逸的理想效果。 干细胞修复烧伤皮肤美国匹兹堡大学麦高恩再生医学研究所的研究小组日前研发出一项利用干细胞在较短时间内治疗二度烧伤的新技术。其研究成果已发表在科学新闻网站上。 此项由乔尔格C格拉克教授领导研发的新技术利用一种被命名为“皮肤细胞喷枪”的医疗设备，将患者的自体细胞喷洒在被烧伤的皮肤上，以促使皮肤迅速愈合。研究人员2012年就开始研发这种喷

26、枪，目前已在对1 0多名患者进行的临床实验中获得成功。 目前普遍用于治疗烧伤的疗法是皮肤移植。用于移植的皮肤取自患者未烧伤的部位，而非人工培植的皮肤。但是这一疗程可能持续数周甚至数月，其间患者的创口很可能出现感染。另一方面，虽然数十年前科学家就能人工培植皮肤，但是通过长达2周至3周的培植过程获得的人造皮肤往往非常脆弱。移植人造皮肤后，皮下的分泌物可能形成水疱，进而对人造皮肤造成损伤。 “皮肤细胞喷枪”由于能够加速烧伤皮肤的愈合，因此有望克服上述障碍。在治疗过程中，首先需要对完好皮肤进行活组织检查。然后将样本中的健康干细胞提取到水溶液当中，而含有干细胞的溶液将被注入喷枪。 利用喷枪将干细胞喷洒在

27、皮肤上之后，再将一种被命名为“人造毛细管系统”的新型外敷材料覆盖在创口上。这种材料含有数条贯通的导管，这些导管分别起动脉和静脉的作用。此外导管还与一个提供抗生素、电解质、氨基酸和葡萄糖的“人造血管系统”相连。于是创口得以保持清洁无菌，同时喷洒在皮肤上的干细胞也获得了用以促进皮肤再生的营养供给。 烧伤皮肤通过这种疗法可在数天内痊愈。格拉克教授表示，在临床实验中，10多位耳部和全脸烧伤患者的创口仅在几天内就痊愈了。虽然目前此项技术只能用于治疗二度烧伤，但他希望未来此项技术能够发展到可以治愈三度烧伤的水平。 结束语：美国时代周刊发文认为干细胞和人类基因组计划将同时成为本世纪最具有发展和应用前景的领域。为抢占这一科技制高点，世界各国纷纷投入大量的人力、物力和财力加紧研究开发，并已取得应用性成果：早在2005年10月，美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞移植入人体大脑；2005年11月，美国心脏协会报道了干细胞治疗心肌梗塞的204例临床病例的研究报告，其结论是干细胞对心脏功能的改善效果，是没有任何现有临床药物能达到的；而日本在2000年启动的“千年世纪工程”中，将干细胞工程作为四大重点之一，于第一年度就投入了108亿日元的巨额资金；瑞典、巴西也于2005年通过立法继续支持干细胞研究，并于2005年进行