骨髓间充质干细胞治疗心肌梗死的可能机制研究
【摘要】在心肌梗死的实验探索与临床研究方面,学者已发现骨髓间充质干细胞移植对治疗心肌梗死具有显著的作用。骨髓间充质干细胞的增殖能力强,分化范围广,能修复损伤的功能组织,通过移植来帮助心肌细胞再生,能有效改善患者的心肌功能。国内外学者已成功进行干细胞移植治疗心肌梗死的动物实验和医学临床试验,取得了可喜的效果。
【关键词】 骨髓细胞 干细胞 干细胞分离 心肌梗死 细胞移植
【中图分类号】 R551【文献标识码】 A【文章编号】 1674-0742(2011)03(a)-0189-01
1干细胞移植治疗心肌梗死的实验探索
心肌梗死是人类常见的疾病之一,患者即使能渡过急性期,也会由于成体心肌细胞的再生能力不足,使心肌细胞不可逆的丢失及被纤维瘢痕组织取代,导致心力衰竭。因此,如何提高患者的心肌细胞数量,修复坏死心肌,改善梗死区结构,是一个意义重大的课题。
近年来,干细胞移植疗法的研究不断升温,细胞移植成为治疗心肌梗死的有益探索。在生命体的整个生长过程中,干细胞扮演着重要角色;一般相信,即使已发育成熟,干细胞仍普遍存在于生命体中,并担负着个体组织及器官的细胞更新与受伤修复的责任。
动物分组实验的研究结果显示,MSC移植后可促进心肌梗死后的创伤修复,及改善梗死区结构。在对新西兰白兔的实验研究中发现,注射的部位也是心功能改善的关键因素—将MSCs投送到梗死区有明显的修复作用,注射到疤痕区,MSCs倾向于分化为成纤维细胞;而注射到边缘区,则倾向于分化为心肌细胞。在大鼠骨髓细胞的自体移植实验中,移植细胞在心肌微环境中存活,且分化成心肌样细胞。移植细胞与宿主细胞以缝隙或闰盘相连,大鼠的心功能得到明显的改善。
2骨髓间充质干细胞及其分离培养方法
骨髓间充质干细胞具有分化为血管、神经组织、心肌组织等多种组织细胞的潜能。其优点是易于获取,可进行自体细胞移植,且不存在免疫排斥反应。
目前对于骨髓间充质干细胞的分离纯化,常用的有贴壁细胞离心法、密度梯度离心法、流式细胞仪法与免疫磁珠分离法等。
贴壁细胞分离法是根据BMSCS贴壁生长的特性,通过反复换液去除悬浮细胞,使其与造血干细胞分离。培养所得的原代骨髓间充质干细胞贴壁增殖快,细胞活性高,缺点是所得细胞成分复杂,分离难度高。密度梯度离心法是根据骨髓间充质干细胞与其他细胞的密度差异进行细胞分离。这种方法与贴壁分离法结合,分离得到的细胞纯度相对更高,获得广泛采用。免疫磁珠分离法是利用BMSCS的表面特异性抗原,利用免疫磁珠进行分离。它是目前所能获得BMSCS纯度最高的方法。
在分离纯化过程中,可用特异的表面标志对细胞进行鉴定。BMSCS的表面抗原非常复杂,它本身也能分泌多种细胞因子、生长因子、粘附分子和细胞外基质。目前,研究表明BMSCS表达的表面抗原有SH2、SH3、CD29、CD44、CD71等,不表达的有CDl4、CD31、CD34、CD45等,CD45,CD34和CD14作为造血细胞典型的表面抗原,表达阴性。此外还有很多细胞因子及标记物因受培养条件的影响表达不稳定。
3BMSCS移植治疗心肌梗死的可能机制与临床探索
骨髓干细胞移植改善心功能的可能机制为:(1)移植细胞给心室壁提供了强有力的构架,能有效限制心肌的纤维化和坏死部位的扩张,改善心肌收缩性;增加其顺应性和弹性,并能与宿主的心肌细胞形成偶联,参与心脏的同步收缩。(2)移植的骨髓干细胞能表达多种细胞因子、生长因子、促血管生成因子,从而促进细胞增殖和血管再生。(3)血管再生有利于侧枝循环建立,以及移植细胞的长期生存,抑制梗死区扩大与心肌细胞凋亡。(4)骨髓干细胞能表达肌钙蛋白-1和connexin-43分子等心脏特异性标记物,这与心脏功能的改善密切相关。
目前,骨髓间充质干细胞移植治疗心肌梗死已进入临床研究阶段。因脂肪沉积而导致冠状动脉堵塞的患者,大部分可以通过冠脉搭桥术或球囊扩张术来治疗,改善血流供应。而部分患者由于冠脉病变广泛,无法采用上述方法进行有效治疗。
日本山口大学的Hamano博士等研究者从患者中挑选5例作为研究对象。他们平均年龄66岁,有严重的心绞痛,无法通过搭桥手术改善心肌供血。在进行手术时,研究者从其髋骨中抽取骨髓,处理后得到包括干细胞和血管内皮细胞等单核细胞的富集液。分别对患者注射了5～22处,点间距为1cm。术后1个月用核素心肌扫描测定冠脉血流量,随访1年。
试验结果显示有3例患者的心肌血流得到明显改善,心绞痛消失。另外2例则无改善。所有患者的检查项目均未发现不利变化,但从血管造影片上很难清楚地辨出有新血管形成。研究者解释说,注射骨髓细胞所形成的新血管直径为30～60μm,血管造影片仅能分辨出直径>200μm的血管。
学者在这方面的研究与实践,为心肌梗死的治疗开创了新的里程碑。然而在这个领域尚存在许多问题有待探索:(1)寻找对人体无害又便于跟踪的移植细胞标记物;(2)进行干细胞移植的最佳途径;(3)能够有效改善心脏功能的最佳移植剂量与细胞类型;(4)干细胞移植的临床适应证研究;(5)移植后能否产生正常的心肌电-机械偶联,形成功能合胞体;(6)移植后干细胞能否在宿主体内长期存活,增殖和分化。
参考文献
[1]朱小玉,陈运贤.骨髓干细胞与急性心肌梗死的血管新生[J].中山大学研究生学刊(自然科学、医学版).
【收稿日期】 2010-10-03, http://www.100md.com(蔡清明 周天玖)
【关键词】 骨髓细胞 干细胞 干细胞分离 心肌梗死 细胞移植
【中图分类号】 R551【文献标识码】 A【文章编号】 1674-0742(2011)03(a)-0189-01
1干细胞移植治疗心肌梗死的实验探索
心肌梗死是人类常见的疾病之一,患者即使能渡过急性期,也会由于成体心肌细胞的再生能力不足,使心肌细胞不可逆的丢失及被纤维瘢痕组织取代,导致心力衰竭。因此,如何提高患者的心肌细胞数量,修复坏死心肌,改善梗死区结构,是一个意义重大的课题。
近年来,干细胞移植疗法的研究不断升温,细胞移植成为治疗心肌梗死的有益探索。在生命体的整个生长过程中,干细胞扮演着重要角色;一般相信,即使已发育成熟,干细胞仍普遍存在于生命体中,并担负着个体组织及器官的细胞更新与受伤修复的责任。
动物分组实验的研究结果显示,MSC移植后可促进心肌梗死后的创伤修复,及改善梗死区结构。在对新西兰白兔的实验研究中发现,注射的部位也是心功能改善的关键因素—将MSCs投送到梗死区有明显的修复作用,注射到疤痕区,MSCs倾向于分化为成纤维细胞;而注射到边缘区,则倾向于分化为心肌细胞。在大鼠骨髓细胞的自体移植实验中,移植细胞在心肌微环境中存活,且分化成心肌样细胞。移植细胞与宿主细胞以缝隙或闰盘相连,大鼠的心功能得到明显的改善。
2骨髓间充质干细胞及其分离培养方法
骨髓间充质干细胞具有分化为血管、神经组织、心肌组织等多种组织细胞的潜能。其优点是易于获取,可进行自体细胞移植,且不存在免疫排斥反应。
目前对于骨髓间充质干细胞的分离纯化,常用的有贴壁细胞离心法、密度梯度离心法、流式细胞仪法与免疫磁珠分离法等。
贴壁细胞分离法是根据BMSCS贴壁生长的特性,通过反复换液去除悬浮细胞,使其与造血干细胞分离。培养所得的原代骨髓间充质干细胞贴壁增殖快,细胞活性高,缺点是所得细胞成分复杂,分离难度高。密度梯度离心法是根据骨髓间充质干细胞与其他细胞的密度差异进行细胞分离。这种方法与贴壁分离法结合,分离得到的细胞纯度相对更高,获得广泛采用。免疫磁珠分离法是利用BMSCS的表面特异性抗原,利用免疫磁珠进行分离。它是目前所能获得BMSCS纯度最高的方法。
在分离纯化过程中,可用特异的表面标志对细胞进行鉴定。BMSCS的表面抗原非常复杂,它本身也能分泌多种细胞因子、生长因子、粘附分子和细胞外基质。目前,研究表明BMSCS表达的表面抗原有SH2、SH3、CD29、CD44、CD71等,不表达的有CDl4、CD31、CD34、CD45等,CD45,CD34和CD14作为造血细胞典型的表面抗原,表达阴性。此外还有很多细胞因子及标记物因受培养条件的影响表达不稳定。
3BMSCS移植治疗心肌梗死的可能机制与临床探索
骨髓干细胞移植改善心功能的可能机制为:(1)移植细胞给心室壁提供了强有力的构架,能有效限制心肌的纤维化和坏死部位的扩张,改善心肌收缩性;增加其顺应性和弹性,并能与宿主的心肌细胞形成偶联,参与心脏的同步收缩。(2)移植的骨髓干细胞能表达多种细胞因子、生长因子、促血管生成因子,从而促进细胞增殖和血管再生。(3)血管再生有利于侧枝循环建立,以及移植细胞的长期生存,抑制梗死区扩大与心肌细胞凋亡。(4)骨髓干细胞能表达肌钙蛋白-1和connexin-43分子等心脏特异性标记物,这与心脏功能的改善密切相关。
目前,骨髓间充质干细胞移植治疗心肌梗死已进入临床研究阶段。因脂肪沉积而导致冠状动脉堵塞的患者,大部分可以通过冠脉搭桥术或球囊扩张术来治疗,改善血流供应。而部分患者由于冠脉病变广泛,无法采用上述方法进行有效治疗。
日本山口大学的Hamano博士等研究者从患者中挑选5例作为研究对象。他们平均年龄66岁,有严重的心绞痛,无法通过搭桥手术改善心肌供血。在进行手术时,研究者从其髋骨中抽取骨髓,处理后得到包括干细胞和血管内皮细胞等单核细胞的富集液。分别对患者注射了5～22处,点间距为1cm。术后1个月用核素心肌扫描测定冠脉血流量,随访1年。
试验结果显示有3例患者的心肌血流得到明显改善,心绞痛消失。另外2例则无改善。所有患者的检查项目均未发现不利变化,但从血管造影片上很难清楚地辨出有新血管形成。研究者解释说,注射骨髓细胞所形成的新血管直径为30～60μm,血管造影片仅能分辨出直径>200μm的血管。
学者在这方面的研究与实践,为心肌梗死的治疗开创了新的里程碑。然而在这个领域尚存在许多问题有待探索:(1)寻找对人体无害又便于跟踪的移植细胞标记物;(2)进行干细胞移植的最佳途径;(3)能够有效改善心脏功能的最佳移植剂量与细胞类型;(4)干细胞移植的临床适应证研究;(5)移植后能否产生正常的心肌电-机械偶联,形成功能合胞体;(6)移植后干细胞能否在宿主体内长期存活,增殖和分化。
参考文献
[1]朱小玉,陈运贤.骨髓干细胞与急性心肌梗死的血管新生[J].中山大学研究生学刊(自然科学、医学版).
【收稿日期】 2010-10-03, http://www.100md.com(蔡清明 周天玖)
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