成年人的心髒基本不具備損傷修複能力。相比可以修複心髒損傷的兩棲動物和魚類,哺乳動物在修複受損心髒方麵有其局限性。許多心髒病會導致心肌細胞和血管細胞死亡,並留下彈性較差的疤痕組織,使心髒功能惡化,進一步導致心髒病患者心力衰竭。
2022年5月12日,來自德國慕尼黑工業大學、瑞典卡羅林斯卡研究所和阿斯利康的科學家在Nature Cell Biology發文,這項研究中,科學家利用幹細胞創造了一種使用人類心室祖細胞(Human ventricular progenitors,HVPs)在豬體內再生心髒細胞的新技術。該研究證實HVPs在發育過程中對器官的形成至關重要,可以在需要時變成心髒細胞,從而達到修複瘢痕和受損心髒的積極效果。
豬心髒在生理上與人類心髒極為相似,因此科學家重點研究HVPs修複豬受損心髒的有效性,從而為後期研究進一步修複人類心髒提供更多線索。主要研究成果如下:
1、為了在單細胞水平上對HVPs介導的心髒修複進行分子解剖,科學家在體外利用成人心髒組織模型來模擬心力衰竭的關鍵步驟。
2、為了進一步研究HVP在體內遷移和重新修複受損心肌的能力,研究人員在普遍表達LEA29Y的豬中進行了HVPs移植(LEA29Y是一種人類CTLA4-Ig衍生物,可減弱全身T細胞反應),經CD68免疫檢測評估,發現移植後並未出現急性移植排斥反應。此外,以往使用幹細胞培養心髒細胞的過程中,患者可能會出現的心律不齊和致命性心律失常等常見副作用,在此項研究中並未出現。
慕尼黑工業大學的Karl Laugwitz教授介紹:“在實驗室研究中,我們能夠動態展示HVPs如何追蹤心髒受損區域,遷移到損傷部位並熟練地為心髒細胞工作,防止形成疤痕組織。”
阿斯利康研究員Regina Fritsche-Danielson博士說:“該技術成功證實心髒新組織的形成。更為重要的是,它改善了心髒功能並減少了疤痕組織,是我們一直在尋找的重建心髒的理想細胞。”
科學家們希望在未來兩年內對人體進行臨床研究,轉化目前的研究成果,為人類心髒病患者開發一種新的治療方法。若是此項可以修複受損心髒組織的新技術能順利投入臨床使用,那麼心髒病患者可能會有更好的預期壽命。
幹細胞治療在修複肺部、卵巢和大腦等器官中的應用
在幹細胞研究中,間充質幹細胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)是當前最為熱門的幹細胞之一。MSCs具有多向分化的潛能,且免疫原性低、來源廣泛,能定向遷移至受損組織部位,重建受損組織與器官,在器官修複領域發揮重要作用。
近年來,科技部每年投入大量資金推動幹細胞研究與轉化。2022年4月29日,國家科技部發布了2022年度國家重點研究計劃《幹細胞研究與器官修複》重點專項申報項目指南,涵蓋了幹細胞治療新冠肺炎等相關領域。
隨著再生科學技術領域的突破以及與生物技術領域不斷的交叉融合,使得目前尚無有效治療手段的器官損傷或有治愈的可能。下麵,讓我們結合前沿研究和具體案例,了解幹細胞修複器官的諸多應用:
1. 幹細胞修複肺部損傷
武漢新冠肺炎爆發期間,部分重症患者會患上肺纖維化後遺症,極大影響患者的生活質量。自疫情爆發以來,幹細胞多次被提及並多次應用於臨床實驗,其療效及安全性也得到了認可。在武漢,超過200例患者曾接受幹細胞治療。從體外回輸的間充質幹細胞,可以通過其多向分化的機製,再生出新的肺泡組織,修複受損的肺組織,平衡肺部微環境,在8至10天內實現治愈肺纖維化的目標。
2020年2月15日,科技部生物中心主任張新民在國務院聯防聯控機製發布會上表示,“從目前看,幹細胞治療能夠抑製免疫係統過度激活,通過改善微環境促進內源性修複,可抑製肺部急性炎症進展,緩解呼吸窘迫症狀,療效顯著(圖4)。”
2. 幹細胞修複卵巢早衰
卵巢早衰不僅導致不孕,還會增加心血管疾病、骨質疏鬆症和性功能障礙的發病風險。目前,大多數治療方法收效甚微,幹細胞移植成為治療卵巢早衰的研究熱點之一。
2021年,發表在Reproductive Sciences和Stem Cell Research & Therapy上的兩篇綜述均認為,間充質幹細胞移植是治療卵巢早衰中最有效的方法,可顯著改善卵巢功能、增加卵泡數量、提高性激素水平、減少顆粒細胞凋亡,可用於治療卵巢早衰和不孕症。
卵巢早衰是當今醫學的一大難題,目前我國已啟動5項幹細胞臨床研究項目,可深入評價幹細胞治療恢複卵巢功能的安全性和有效性。幹細胞治療卵巢早衰或可成為患者的新選擇,為卵巢早衰引起的絕經、不孕不育等疾病帶來治愈希望,幫助女性留住年輕芳華。
3. 幹細胞修複胰島β細胞
胰島β細胞功能異常導致的胰島素分泌不足,是I型和II型糖尿病的共同特征之一,許多患者也因此需要終生使用胰島素進行治療。