干細(xì)胞,一種多元多功能的細(xì)胞,具有「自行再生」與「分化成各類細(xì)胞」的潛能(下圖 1);在不久的未來,我們的生活中可能到處都充滿干細(xì)胞的影子噢!覺得驚訝嗎?是哪種干細(xì)胞這么厲害呢?
就讓 BI-MSC 課堂好好來介紹一下
細(xì)胞界顏值最能打的女主角:間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal Stem Cell)
▲ 圖 1:間充質(zhì)干細(xì)胞具有「自行再生」與「分化成各類細(xì)胞」的潛能。(EUROSTEMCELL WEBSITE)
什么是間充質(zhì)干細(xì)胞?
談?wù)勗蹅兊呐鹘? 間充質(zhì)干細(xì)胞(為表示對女主角的尊重,以下簡稱「她」)的出道歷程:
最早-由德國科學(xué)家 Friedenstein 在骨髓中發(fā)現(xiàn)。
1991 年-美國科學(xué)家 Caplan 將她命名為「間充質(zhì)干細(xì)胞」。
1999 年-科學(xué)家 Pittenger 首次證明她具有多向分化能力(能分化為脂肪、成骨、軟骨等細(xì)胞)。
2002 年-發(fā)現(xiàn)她有強大的免疫抑制能力。
由于咱們女主角實在是太紅了,國際細(xì)胞治療協(xié)會(ISCT)特別在 2006 年 統(tǒng)一對「間充質(zhì)干細(xì)胞」的定義(所有研究間充質(zhì)干細(xì)胞的辨識金標(biāo)準(zhǔn)):
1. 有貼壁性,能附著于塑膠培養(yǎng)容器。
2. 細(xì)胞表面表達特定抗原:CD105、CD73、CD90 等。
3. 具有體外培養(yǎng)分化能力,可分化為成骨質(zhì)、軟骨與脂肪細(xì)胞(下圖 2)。
▲ 圖 2:間充質(zhì)干細(xì)胞除了能分化成骨質(zhì)、脂肪與軟骨細(xì)胞,還能分化成不同細(xì)胞,如肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。
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為什么間充質(zhì)干細(xì)胞這么 HOT?
間充質(zhì)干細(xì)胞屬于「多能干細(xì)胞」的一員(下圖 3),有分化成特定細(xì)胞或組織的能力;而多變的她,同時也屬于「成體干細(xì)胞」,一類廣泛存在骨髓、臍帶、脂肪等部位的干細(xì)胞,所以較其他類干細(xì)胞容易取得;因為她的多變潛能及容易取得,讓「間充質(zhì)干細(xì)胞」在細(xì)胞生物學(xué)研究舞臺上越來越被注意。
一個學(xué)生有能力做 3 種以上的課題,又總是隨傳隨到。你說,老師會不會愛他?
▲ 圖 3:干細(xì)胞分化潛能分類
目前間充質(zhì)干細(xì)胞主要臨床應(yīng)用
現(xiàn)今間充質(zhì)干細(xì)胞已被應(yīng)用在多種臨床應(yīng)用上(圖 4),可簡單分成四大類:
1. 組織損傷修復(fù):協(xié)調(diào)并喚醒各組織的前驅(qū)細(xì)胞 (progenitor cells) 去修復(fù)受傷組織的能力,如: 軟骨、骨骼、肌肉等。
2. 調(diào)節(jié)免疫功能:通過細(xì)胞間的相互作用及產(chǎn)生細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)身體免疫,治療自體免疫相關(guān)疾病,如:紅斑狼瘡。
3. 協(xié)助造血干細(xì)胞移植:增強造血功能,協(xié)助異體移植物的植入,如:抑制移植物抗宿主病 (GVHD)。
4. 細(xì)胞分泌胞外囊泡應(yīng)用:囊泡(如:外泌體)內(nèi)含有能促進組織再生與修復(fù)或協(xié)助調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能的因子,能做多種治療或醫(yī)美等應(yīng)用。
截至 2017 年,根據(jù)美國醫(yī)學(xué)圖書館的在線臨床實驗網(wǎng)統(tǒng)計結(jié)果顯示,間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床上的應(yīng)用,主要仍集中在免疫調(diào)節(jié)與治療自體免疫等領(lǐng)域上。
▲ 圖 4:美國醫(yī)學(xué)圖書館的在線臨床實驗網(wǎng),間充質(zhì)干細(xì)胞臨床治療案例(統(tǒng)計至 2017 年)。(All Values have been extracted from http://clinicaltrials,gov/.)
間充質(zhì)干細(xì)胞的未來發(fā)展
間充質(zhì)干細(xì)胞的研究始于 1990 年代。
• 2005 年,當(dāng)時每年發(fā)表的間充質(zhì)干細(xì)胞相關(guān)文章才 400 篇左右。
• 2016 年,每年間充質(zhì)干細(xì)胞相關(guān)文章已超過 2500 篇,增長約 770%,越來越多的 MSC 相關(guān)研究被發(fā)表,也吸引更多人投入這個領(lǐng)域。
• 2020 年,間充質(zhì)干細(xì)胞研究將會進入爆炸式發(fā)展階段;細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)改良、工業(yè)化生產(chǎn),會使間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)量更巨大、成本更便宜,而使得間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用更普及化,應(yīng)用層面更廣,遍及民生用品,像是化妝品、人造肉、生物材料等許多讓其無法想象卻讓人期待的產(chǎn)品出現(xiàn)。
間充質(zhì)干細(xì)胞的多元發(fā)展,將會在 2040 年達到最高峰,從醫(yī)療到民生,消耗的數(shù)量將達到 1E+23 的天文數(shù)字(圖 5)。
▲ 圖 5:人類間充質(zhì)干細(xì)胞在 2040 年的應(yīng)用。
細(xì)胞生物學(xué)中的明日之星-間充質(zhì)干細(xì)胞,她的發(fā)展將會是無可限量,從醫(yī)療應(yīng)用到民生需求,從高端到普及化,在未來生活中的每個場景都可能有她的蹤影,就像 20 世紀(jì)所發(fā)明的電晶體,從一個宮廷劇太監(jiān)角色般的小小零件,成為至今主宰所有電子產(chǎn)品的帝王角色,間充質(zhì)干細(xì)胞在細(xì)胞生物學(xué)界也具有同樣的女王角色潛力。
本文重點
• 間充質(zhì)干細(xì)胞定義:貼壁;表達 CD105、CD73、CD90 等;能成脂、成骨、成軟骨。
• 多分化潛能及容易取得,讓她近幾年成為細(xì)胞生物學(xué)界的當(dāng)紅新星。
• 現(xiàn)今大多應(yīng)用在免疫調(diào)節(jié)與治療自體免疫領(lǐng)域。
• 間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用將在 2040 年達到巔峰。
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