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隨筆:幹細胞在再生醫學中的應用前景

隨筆:幹細胞在再生醫學中的應用前景

  • 分類:新聞
  • 作者:韦德国际生物
  • 來源:韦德国际生物
  • 發佈時間:2023-10-11
  • 訪問量:167

【概要描述】

隨筆:幹細胞在再生醫學中的應用前景

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  • 分類:新聞
  • 作者:韦德国际生物
  • 來源:韦德国际生物
  • 發佈時間:2023-10-11
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詳情

以下文章來源於幹細胞者說(公眾號)

 

撰文:步步先生

來源:幹細胞者說

 

 

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細胞,生物體結構和功能的基本單位。「細胞」一詞,來源拉丁語單詞「cella」,本意是「小房間」。細胞是複雜的,是為生物體執行各種功能的。從呼吸到組織修復,無一離不開細胞。你應該感謝你的細胞讓你活下去!

人體形形色色的細胞類型

在像人類這樣複雜的多細胞生物中,擁有專門的細胞是必然的,它們具有非常特殊的功能。這些細胞分佈在各種器官中,行使着特殊的功能。例如,胰島是在你的胰腺中發現的一組細胞,負責你體內胰島素的分泌。如果這些細胞遭到破壞,胰島素將不再分泌,於是1型糖尿病就發生了。

 

需要注意的是,特化是單向的;通常情況下,在自然條件下,一種細胞類型是不能轉換為另一種細胞類型的。一般來說,在人體正常發育過程中,你永遠不可能看到心肌細胞突然轉變成神經元或腎細胞。因此,一旦特化,就無法逆轉。

 

如果,韦德国际此刻回到胎兒形成的初始階段。韦德国际將看到,胚胎在發育的初始階段,沒有終末期細胞,都是未分化的幹細胞:

圖片

從受精卵到分化的細胞

正如你所看到的,囊胚里有一小部分細胞——內細胞團(ICM)——能夠分化成數以萬億計的細胞,這些所有的細胞還都有不同的結構,功能和特徵。因此,人們可以假設存在一種類似於通用細胞的東西,可以發育成韦德国际在人體中看到的任何和所有特化的細胞。這時候,幹細胞開始進入畫面。

-01-

走進幹細胞的世界

簡單來說,幹細胞是一種特殊的細胞,有能力發育成許多不同的細胞類型。如果韦德国际把幹細胞當作一塊空白的畫布或粘土,你可以用任何你喜歡的方式、形狀或形式來描繪或塑造它。

圖片

顯微鏡下被染成藍色的胚胎幹細胞

「幹細胞」這個術語第一次出現1868年,德國生物學家恩斯特·海克爾(Ernst Haekel用「Stammzelle」一詞來指所有活細胞的祖先細胞。當然,這個意思在今天已經過時了。

 

到了1886年,威廉 · 塞奇威克(William Sedgwick)將「幹細胞」這個術語應用於植物的生長部分,這些部分只在有機體的某些點再生。

到了20世紀,科學家們發現了許多幹細胞存在的證據,包括各種類型的血細胞起源於一個單一的造血祖細胞的證據。隨着時間的推移,研究揭示了更多關於幹細胞及其各種特徵的信息。

根據幹細胞不同的分化潛能,韦德国际簡單區分一下幹細胞的類型:

(一)胚胎幹細胞

胚胎幹細胞來自捐贈科學事業的,經過體外受精但被未使用的胚胎。不論在體內還是在體外,胚胎幹細胞可以發育或分化成多種類型的細胞。用專業術語來說,胚胎幹細胞具有多能性(Pluripotent)。

 

圖片

三生萬物的胚胎幹細胞
(二)成體幹細胞
即使在成體幹細胞中,也有兩種類型。成體幹細胞存在於機體的各種已分化組織器官中的未分化細胞並不是說只有成年人才擁有成體幹細胞,發育完全的胎兒和新生兒里也有。

 

組織特異性幹細胞(從完全發育的組織):某些特殊的組織有自己的幹細胞。這些組織包括大腦、皮膚和骨髓。它們所製造的細胞類型有一點特殊性;它們可以分化成幾種細胞類型,但不是全部細胞。組織特異性幹細胞具有多能性(Multipotent)。例如,一個來自大腦的幹細胞只會製造更多的腦細胞,但不會製造出皮膚細胞。

圖片

十八般武藝的成體幹細胞

誘導多能幹細胞(iPSC):這些也屬於成體幹細胞,在實驗室中被改變成更具有多能性。2006年,首次報道小鼠誘導多能幹細胞製備成功。2007年,首次報道人類誘導多能幹細胞製備成功。2012年,誘導多能幹細胞的成功取得諾貝爾醫學和生理學獎。

 

現在,韦德国际對幹細胞有了一個粗略的概念。那麼,幹細胞如何解決人類面臨的許多醫學問題。還記得胰島素最初的例子嗎?如果韦德国际能簡單地將一種通用細胞移植到糖尿病患者體內,你瞧,他們會發育出功能齊全的胰島,那該有多好?

 

 

-02-

幹細胞治療到底是什麼

顧名思義,幹細胞療法是指利用幹細胞或其衍生的細胞,以某種方式移植到體內,取代病人受損的細胞,或顺利获得招募內源性組織特異性幹細胞進而修復舊的組織或產生新的組織,或發揮持续的免疫調節作用理論上,韦德国际可以利用幹細胞修復受損組織。

 

但是,在韦德国际討論這個問題之前,請記住這兩個術語。

細胞的多能性(Pluripotent),意味着這些細胞有能力分化成身體中發現的任何其他類型的細胞。比如內細胞團的胚胎幹細胞。

具有無限可能的幹細胞

細胞的多能性(Multipotent),意味着這些細胞有能力分化成有限數量的細胞類型,基於它們產生的器官。一個例子是造血幹細胞,如下圖所示。

從造血幹細胞出來的一家子

 

-03-

幹細胞的應用方向

三十多年來,幹細胞移植,特別是造血幹細胞移植(HSCT),早已被用於治療白血病和淋巴瘤。這移植的造血幹細胞,通常來自骨髓,也有來自臍帶血。臨床上主要用於放/化療之後補充造血幹細胞,進而重塑整個造血系統和免疫系統。另一個效果是觸發免疫反應,實施免疫調節,幫助免疫細胞殺死癌細胞。

在2012年,加拿大政府批准世界上第一款間充質幹細胞產品Prochymal,用於治療兒童急性移植物抗宿主病。2015年,歐盟EMA批准第一款用於治療嚴重的角膜緣幹細胞缺乏症的自體角膜緣幹細胞療法(商品名為Holoclar),用於治療化學性眼燒傷后角膜上皮幹細胞缺乏症,這在眼科和醫學領域開創了先例。

 

 

-04-

幹細胞與再生醫學

幹細胞應用於再生醫學的潛力是非常明顯的。在臨床前和臨床試驗中,科學家不断努力探索幹細胞的治療潛力,以期證明其治療的安全性和有效性。研究結果表明,幹細胞可以成功促進各種組織再生,包括骨、肌肉、神經、心肌、肝臟、角膜、氣管和皮膚(Han et al., 2019)

談到幹細胞治療,需要大量均一穩定,質量合格的幹細胞。由於原代取得的幹細胞數量有限,必須在體外擴增取得足夠的細胞,才能滿足用於治療目的(Mizukami和Swiech, 2018)關於體外擴增幹細胞,研究人員通常依賴傳統的單層平皿培養。為了規模化擴增幹細胞,多層平皿培養體系(也稱「細胞工廠」)開發出來。然而,數據表明,2D培養體系可能會限制MSCs的治療屬性。而使用3D培養體系可以維持或提高幹細胞的治療屬性(Petrenko等,2017)


至於幹細胞治療本身,正在進行研究,以研究幹細胞用於治療以下疾病的效果和用途。


神經退行性變與腦/脊髓損傷

韦德国际知道,成年人的大腦中有神經幹細胞,維持一定的神經元數量。據報道,神經幹細胞可以改善大腦退化狀況(包括阿爾茨海默病、帕金森病和肌萎縮側索硬化症<漸凍人症>在內在大鼠中觀察神經保護和行為恢復。

 

在中風或創傷導致腦損傷的情況下,細胞死亡導致神經元和少突膠質細胞(少突膠質細胞為神經元给予支持和絕緣)的損失。幹細胞移植作為一種逆轉損傷的方法正在臨床研究。

神經幹細胞

心血管疾病方面

儘管幹細胞在治療心臟病方面,還沒有取得很多成功,但臨床試驗的初步研究已經為骨髓移植後心臟功能给予了一些適度的改善。

 

心臟病發作,也被稱為心肌梗塞,發病率越來越普遍。幹細胞治療作為心肌梗死的新療法正在探索。通常,從病人取得骨髓間充質幹細胞,當然也可利用其他類型幹細胞(比如脂肪間充質幹細胞)

心臟疾病的幹細胞治療

眼科疾病(失明、視力障礙

2003年以後,顺利获得角膜幹細胞移植,已經成功地恢復了受損眼的視力。當這些幹細胞移植到角膜上時,患者病情有所改善。最終,觀察到視力的恢復。

幹細胞和角膜移植

糖尿病方面

關於糖尿病的病因,我以前也講過。在最近的研究中,科學家們已經能夠在實驗室中誘導胚胎幹細胞轉變為胰腺β細胞。從理論上講,如果β細胞被成功移植,他們將能夠取代糖尿病患者中出現障礙的β細胞。

幹細胞移植和糖尿病治療

 

 

-05-

未來展望

在幹細胞產品的開發中,韦德国际正處於一個令人興奮的十字路口。在過去30年裏,第一波臨床前和臨床研究的巨大浪潮,將幹細胞療法商業化推上了歷史的舞台。幹細胞開始顯示出巨大的臨床應用前景,儘管有時候治療效果並不穩定。


當然,幹細胞這條路並不是很好走。幹細胞療法是當今醫學研究最前沿也是最熱門的方向之一,取得了令人興奮的成果。每一項成功的幹細胞臨床試驗,涉及生物學特性、適應證的選擇,給藥方式的選擇,細胞的選擇和給藥劑量的選擇,這些都是臨床治療成功的關鍵因素。

 

山高路遠,願風指引韦德国际的道路

道阻且長,願星辰照亮韦德国际前進的方向

 

參考文獻:文中已標註


【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建,清華大學參股共建。核心技術源於清華大學的科技成果轉化。公司專注於打造原創3D細胞「智造」平台,给予基於3D微載體的細胞規模化、定製化擴增工藝整體解決方案。

韦德国际生物的產品與服務,可廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時,在再生醫學、類器官與食品科技(細胞培養肉等)領域也具有廣泛應用前景。

公司擁有5000平米的研發與轉化平台,其中包括4000平米的GMP生產平台,1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台;新建1200L微載體生產線。相關技術已取得100餘項專利成果,30餘篇國際期刊報道。核心技術項目已取得多項國家級立項支持與應用。 

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