【MSC课堂】细胞界百变女王-间充质干细胞

细胞生物学专家2019年12月29日

 
干细胞,一种多元多功能的细胞,具有「自行再生」与「分化成各类细胞」的潜能(下图 1);在不久的未来,我们的生活中可能到处都充满干细胞的影子噢!觉得惊讶吗?是哪种干细胞这么厉害呢?
就让 BI-MSC 课堂好好来介绍一下,

细胞界颜值最能打的女主角:间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cell)


▲ 图 1:间充质干细胞具有「自行再生」与「分化成各类细胞」的潜能。(EUROSTEMCELL WEBSITE)


什么是间充质干细胞?

 
谈谈咱们的女主角- 间充质干细胞(为表示对女主角的尊重,以下简称「她」)的出道历程:

最早-由德国科学家 Friedenstein 在骨髓中发现。
1991 年-美国科学家 Caplan 将她命名为「间充质干细胞」。

1999 年-科学家 Pittenger 首次证明她具有多向分化能力(能分化为脂肪、成骨、软骨等细胞)。

2002 年-发现她有强大的免疫抑制能力。

由于咱们女主角实在是太红了,国际细胞治疗协会(ISCT)特别在  2006 年    统一对「间充质干细胞」的定义(所有研究间充质干细胞的辨识金标准):

1. 有贴壁性,能附着于塑胶培养容器。

2. 细胞表面表达特定抗原:CD105、CD73、CD90 等。

3. 具有体外培养分化能力,可分化为成骨质、软骨与脂肪细胞(下图 2)。

 
▲ 图 2:间充质干细胞除了能分化成骨质、脂肪与软骨细胞,还能分化成不同细胞,如肌肉细胞、神经细胞等。
(CHAN, IMPROVED EXPANSION OF MSC WITHOUT LOSS OF DIFFERENTIATION POTENTIAL, www.RnDSystems.com)

 
为什么间充质干细胞这么 HOT?
 
间充质干细胞属于「多能干细胞」的一员(下图 3),有分化成特定细胞或组织的能力;而多变的她,同时也属于「成体干细胞」,一类广泛存在骨髓、脐带、脂肪等部位的干细胞,所以较其他类干细胞容易取得;因为她的多变潜能及容易取得,让「间充质干细胞」在细胞生物学研究舞台上越来越被注意。

一个学生有能力做 3 种以上的课题,又总是随传随到。你说,老师会不会爱他?


▲ 图 3:干细胞分化潜能分类


目前间充质干细胞主要临床应用

 
现今间充质干细胞已被应用在多种临床应用上(图 4),可简单分成四大类:

1. 组织损伤修复:协调并唤醒各组织的前驱细胞 (progenitor cells) 去修复受伤组织的能力,如: 软骨、骨骼、肌肉等。

2. 调节免疫功能:通过细胞间的相互作用及产生细胞因子来调节身体免疫,治疗自体免疫相关疾病,如:红斑狼疮。

3. 协助造血干细胞移植:增强造血功能,协助异体移植物的植入,如:抑制移植物抗宿主病 (GVHD)。

4. 细胞分泌胞外囊泡应用:囊泡(如:外泌体)内含有能促进组织再生与修复或协助调节免疫细胞功能的因子,能做多种治疗或医美等应用。

截至 2017 年,根据美国医学图书馆的在线临床实验网统计结果显示,间充质干细胞在临床上的应用,主要仍集中在免疫调节与治疗自体免疫等领域上。



▲ 图 4:美国医学图书馆的在线临床实验网,间充质干细胞临床治疗案例(统计至 2017 年)。(All Values have been extracted from http://clinicaltrials,gov/.)


间充质干细胞的未来发展



 
间充质干细胞的研究始于 1990 年代。

• 2005 年,当时每年发表的间充质干细胞相关文章才 400 篇左右。

• 2016 年,每年间充质干细胞相关文章已超过 2500 篇,增长约 770%,越来越多的 MSC 相关研究被发表,也吸引更多人投入这个领域。

• 2020 年,间充质干细胞研究将会进入爆炸式发展阶段;细胞培养技术改良、工业化生产,会使间充质干细胞产量更巨大、成本更便宜,而使得间充质干细胞应用更普及化,应用层面更广,遍及民生用品,像是化妆品、人造肉、生物材料等许多让其无法想象却让人期待的产品出现。

间充质干细胞的多元发展,将会在 2040 年达到最高峰,从医疗到民生,消耗的数量将达到  1E+23   的天文数字(图 5)。

▲ 图 5:人类间充质干细胞在 2040 年的应用。


 
细胞生物学中的明日之星-间充质干细胞,她的发展将会是无可限量,从医疗应用到民生需求,从高端到普及化,在未来生活中的每个场景都可能有她的踪影,就像 20 世纪所发明的电晶体,从一个宫廷剧太监角色般的小小零件,成为至今主宰所有电子产品的帝王角色,间充质干细胞在细胞生物学界也具有同样的女王角色潜力。

 
本文重点

• 间充质干细胞定义:贴壁;表达 CD105、CD73、CD90 等;能成脂、成骨、成软骨。

• 多分化潜能及容易取得,让她近几年成为细胞生物学界的当红新星。

• 现今大多应用在免疫调节与治疗自体免疫领域。

• 间充质干细胞应用将在 2040 年达到巅峰。


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