干细胞移植
干细胞包括胚胎干细胞、成体干细胞等。干细胞的全能性和无限增殖的特点使其在近年来受到了广泛的关注。干细胞应用与创面修复和组织再生主要发挥两方面的作用,一方面,多能干细胞在损伤部位局部微环境的作用下,转变为相关的组织修复细胞发挥促进修复和再生的作用。另一方面,干细胞在创面发挥自分泌和旁分泌作用,分泌大量与组织修复和再生相关的生长因子参与修复与再生过程。目前,已经有相关报道表明,局部应用间充质干细胞对糖尿病足的血管再生以及严重烧伤后皮肤汗腺再生等产生了积极的作用。
近几年来,对于下肢缺血性疾病采用自体骨髓干细胞和外周血干细胞移植治疗已经逐渐发展成一项最新的治疗技术。尽管还有很多尚未解决的问题,但这一技术也已展现了美好的前景。首都医科大学宣武医院血管外科在国内最早开展了这一技术,目前已经治疗了400余例,取得了一定的疗效。
干细胞有其共同属性:①干细胞是能自我维持的细胞群体,它的数目是维持恒定的。②在总的细胞构成上干细胞只占很小一部分。③干细胞是相对未分化的细胞。
目前,用于科学研究和临床应用的干细胞主要是成体干细胞,主要包括骨髓干细胞、外周血干细胞和脐血干细胞3种。本文主要介绍前两种干细胞移植技术在下肢缺血中的应用。
适应证:①有下肢慢性溃疡,且 ABI<0.8;动脉造影显示下肢远端没有动脉流出道,无法进行下肢动脉搭桥者。②药物非手术治疗效果不佳,且无法进行动脉搭桥或者介入治疗者。③虽然动脉造影显示下肢远端有较好的动脉流出道,可以进行下肢动脉搭桥,但是由于病人年老体弱,无法耐受外科搭桥手术的溃疡病人。
禁忌证:①血糖控制不好的糖尿病病人。②过去5年内明确有恶性疾病的患者及血中肿瘤标记物水平明显升高者。③严重心、肝、肾、肺功能衰竭或身体一般状况很差,不能耐受干细胞移植手术者。④糖尿病视网膜出血性病变。⑤主髂动脉闭塞导致的足部溃疡者。
移植方法:目前干细胞移植的方法有3种。第一种为下肢缺血局部肌内注射移植,第二种为下肢动脉腔内注射移植,第三种为前两种方法同时移植。施术者可根据病人的实际情况选用不同的移植方法。前者一般采用腰麻或硬膜外麻醉。后者一般采用局部麻醉。这3种方法各有优缺点,主要根据病人的具体情况选用合适的方法。
干细胞移植被认为是对“无治疗选择”的DFU 患者的一种有希望的治疗方法,虽然近年来研究显示干细胞移植治疗可促进侧支新生血管,改善ABI和经皮氧分压,降低静息痛症状评分,增加溃疡愈合率,降低截肢率,但干细胞移植存在免疫排斥和肿瘤生长等安全性方面的问题,且该方法需要得到授权和卫生管理部门批准,所以目前仍处于临床研究阶段,因此,干细胞移植治疗尚不能作为糖尿病下肢血管病变和糖尿病足的常规治疗手段。
干细胞除了可以用于移植技术治疗糖尿病足,它还可以用于组织工程皮肤中。将体外培养后的干细胞附着于组织工程支架上,制备成为新的组织工程皮肤,这样的组织工程皮肤结合了干细胞与传统组织工程皮肤的优点,可以更好、更快地促进创面愈合。用在组织工程皮肤的可以是局部皮肤里的组织干细胞,也可以是来自其他组织的干细胞,例如,口腔黏膜干细胞、骨髓间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、人胳带间充质干细胞等。(https://www.daowen.com)
(1)胚胎干细胞:胚胎干细胞具有全能性,是具有分化成体内所有组织潜能的细胞。受精卵分裂形成囊胚以后,囊胚内部一端的一个内部细胞团具有分化成内胚层、中胚层、外胚层的全能分化能力,而将这个内部细胞团分离在体外进行培养,就得到胚胎干细胞。Troy等在体外通过“两步法”首先将鼠胚胎干细胞诱导转化成为外胚层样的细胞,再进一步诱导转化成为表皮干细胞。这为胚胎干细胞在组织工程皮肤中的利用奠定了理论基础。但由于伦理方面的限制以及定向分化的调控,胚胎干细胞的研究和应用受到了一定的限制。
(2)表皮干细胞:表皮干细胞在胎儿期主要集中于初级表皮嵴,在体内具有慢周期性、无限更新能力,且可分化形成全层分化表皮的特性,成年人表皮干细胞位于基底细胞层。表皮干细胞数目在从小儿到成年人的成长过程中逐渐减少,因此,小儿的皮肤损伤如烧烫伤等恢复情况较成年人好。目前,国外许多公司已将体外培养的表皮细胞膜片商品化生产,如美国Genzyme Biopolymers 公司,但表皮干细胞培养制成的人工皮肤也有着一些缺陷。如Desai等报道应用人自体表皮细胞膜片治疗烧伤病人后由于皮肤缺乏真皮层,创面愈合后瘢痕增生严重,且皮肤较 薄,柔软度、韧性均较差,摩擦后容易起水疱等。同时,其培养周期长,费用也较高。因为表皮干细胞有着能分化形成汗腺等各种皮肤附属器的可能性,随着研究的深入,使用表皮干细胞作为种子细胞可能人工诱导出具有毛囊、汗腺等的复合皮肤,使组织工程皮肤的研制更趋完善。
(3)毛囊干细胞:毛囊由上部和下部(球部)构成,毛囊上皮由表皮延伸而来,主要分为外根鞘和内根鞘,而毛囊干细胞则主要位于外根鞘,即通常所称的隆突部。
1986年,Limat培养毛囊干细胞成功,1996年,同样由Liamt培养自体毛囊干细胞,并用于临床治疗慢性溃疡取得成功,这些为毛囊干细胞在组织工程皮肤中的应用奠定了基础。毛囊干细胞具有分化形成皮肤附属器的能力,因此,所构建的人工皮肤可有毛发生长。同时,研究发现外根鞘中还有一种黑素细胞干细胞存在,因此,利用毛囊干细胞作为种子细胞还可以在临床上用于治疗一些色素脱失性疾病。
(4)口腔黏膜干细胞:口腔黏膜干细胞与表皮干细胞相比最大的优点是增殖快,同时,口腔黏膜干细胞还可释放多种细胞因子,有促进创面愈合的作用。此外,在烧伤或者外伤中,口腔黏膜往往保存得比较完整,因此,口腔黏膜干细胞比较易得,可作为组织工程皮肤的种子细胞的 一个选择。
(5)骨髓间充质干细胞:骨髓间充质干细胞作为多能干细胞,具有多向分化潜能,可向多种中胚层和神经外胚层来源的组织细胞分化。在体内外可诱导分化成多种组织细胞,如成骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞、神经细胞等。骨髓间充质干细胞取材方便,对人体无不可接受的伤害,且来源广泛,自体移植不存在免疫排斥反应。Oswald将骨髓间充质干细胞接种于2%的胎牛血清和50g/L血管内皮生长因子的培养基中,成功将间充质干细胞诱导成为内皮样细胞,同时也有研究表明,骨髓间充质细胞可以分化成为表皮细胞。但除却以上优点,骨髓间充质干细胞主要的缺点即在体外增殖的代数有限,大规模制备有困难。如今这方面缺点也有相应的改进措施:代飞等利用端粒酶延长端粒,使骨髓间充质干细胞在体外增殖的代数显著增加,且保持骨髓间充质干细胞的基本特征。以上这些都使骨髓间充质干细胞有望成为组织工程皮肤备选的种子细胞。
(6)脂肪间充质干细胞:脂肪间充质干细胞也有望作为组织工程皮肤的种子细胞,但目前尚处于实验研究阶段。
除直接移植和结合组织工程支架以外,目前,基础干细胞生物学的一项研究可能会为创面治疗带来更多的可能性: 从患者自身获取干细胞,进行体外扩增或修饰后再将它们植回到病人体内,从而达到治疗的目的。对于慢性创面的患者来说,最突出的临床应用是将干细胞,如表皮干细胞体外培养形成的融合皮片应用于慢性不愈创面病人的表皮重建过程中。此方法固然有许多优点,如能够减少在获取移植皮肤时所造成的额外损伤,同时,所修复的创伤面积也大大增加,但在实际应用中也存在较多问题,如体外培养成功率、形成时间及经济成本等,且纵观近年来的相关研究,在干细胞的基础研究中,我们仍面临许多挑战,如干细胞和祖细胞亚群确切的分子标志物,不同干细胞巢的位置及其在干细胞生命活动中的作用,调节干细胞增殖、分化、迁移的确切信号网络等,许多问题都尚未得到解决。尽管科学研究尚处于探索阶段,但目前已取得的研究成果揭示了干细胞应用于组织损伤修复中的重要意义,将基础研究转化为临床治疗方案之路或许任重道远,但并非遥不可及。
(彭嘉睿)