条条道路通罗马：无细胞植入的细胞疗法

人生小哲理

 

干细胞者说

不贬不褒

如实陈述

方为科普之道

正文

1）利用心肌细胞分泌的微囊泡，而不是细胞本身，来帮助受损细胞再生。

2）可用于心脏修复的“细胞模拟微粒”：将干细胞分泌因子装入可降解聚合物内，形成药物控释微粒。

心脏病是全球致死率最高的疾病之一，成人心脏损伤后不能自行再生，心肌细胞死亡不可逆转地削弱限制了心脏和泵血功能，时至今日仍缺乏有效治疗方法。利用相关药物进行干预，能够改善心衰患者的预后，但对于缩小心肌组织上的疤痕无能为力。心脏移植也常受限于捐献数量不足。

研究人员把目光转向干细胞移植，但研究表明移植后的干细胞难以存活和分化成心肌细胞，无法修复受损心肌。

干细胞治疗面临三大技术挑战

• 挑战一：细胞注射后在心脏内的存留率／植入率低

• 挑战二：经血管注射后，缺乏对病灶器官的靶向性

• 挑战三：致瘤／宿主的免疫排斥反应

目前解决方案

• 存活率：多次注射可保证患者体内始终存在一定数量的干细胞，保证有足够的旁分泌因子参与心脏的修复。

  建议进行静脉注射，通过血液输送干细胞至靶器官。或将这些细胞封装在生物材料中，这样可以延长细胞的存活时间、减弱免疫反应。还可将治疗用干细胞固定在心脏表面。使用水凝胶和心脏补片在心脏表面固定干细胞通常需要进行开胸手术，这限制了它们的广泛使用。

• 致癌性/免疫原性：建议采用无细胞药物代替干细胞用于心脏修复。包括成体干细胞在内的多种细胞可分泌外泌体，它包含了干细胞的活性成分（mRNA、miRNA、蛋白质）。

新的解决方案：无细胞植入的细胞治疗

可用于心脏修复的“细胞模拟微粒”

北卡罗莱纳大学教堂山分校的程柯教授与郑州大学第一附属医院的张金盈教授合作，研发出了一种可用于心脏修复的“细胞模拟微粒”。它使用生物可降解&可相容的聚乳酸-羟基乙酸共聚物作骨架，采用双乳化法，将干细胞分泌因子装入聚合物内，形成药物控释微粒。它外面包裹了心脏干细胞膜。

图1：CMMP的制备。A：阐述了CMMP的制备过程及其在心脏修复过程中的应用。B：CMMP由含干细胞分泌因子的多孔高聚物、干细胞膜制备而成。

这些CMMP保留了干细胞的主要功能成分，也显示出了干细胞的治疗效果。它摆脱了活体干细胞的几个主要缺陷，例如低温保存困难和致癌性。此方法还可用于其他细胞，例如间充质干细胞。通过此方法制备的人工间充质干细胞治疗活性不受冻融过程影响。CMMP与外泌体的差异见表1：

表1    CMMP和外泌体的差异总结

CMMP在临床上应用的前景光明，但仍然面临着一些挑战。首先，制备人工干细胞仍然需要细胞加工过程，只是省略了获取和包装细胞的步骤，且无细胞产品的配方会更加简单；其次，这种人工干细胞的尺寸在微米级，因此需要解决全身输送的问题，否则会引发血管栓塞。

未来，科学家们应重点研发纳米级、精准定位的合成干细胞，使其能够通过静脉注射更方便地参与心脏修复。

图2：干细胞治疗心脏病过程面临的挑战及解决方案

可用于心肌细胞修复的微囊泡

在心脏再生领域，研究人员已经把目光转向干细胞移植，但研究表明移植后的干细胞难以存活和分化成心肌细胞，无法修复受损肌肉。植入前先将干细胞分化为心肌细胞可以改善心功能，但有一个并发症：植入的心肌细胞与心脏不同步收缩，会导致潜在的致死性心律失常。

哥伦比亚大学生物医学工程教授Gordana Vunjak-Novakovic领导的研究团队另辟蹊径，利用心肌细胞分泌的微囊泡，而不是细胞本身，来帮助受损细胞再生。文章发表在著名学术杂志《Nature Biomedical Engineering》。

细胞分泌的微囊泡（microvesicles）易分离，可保存时间长。这种“现成品”与传统的细胞疗法相比具有优点：

1）无需长时间分离培养细胞，可用于急救；

2）不会引起心律失常；

3）相比细胞治疗，调控更简单。

做过移植手术的临床医生应该知道，心脏植入干细胞后，大部分细胞都会在几个小时内被冲走，但是，干细胞的有益影响确实存在。有假说认为：干细胞在离开受伤部位前释放了它们的调控因子。心脏干细胞疗法的益处可能来自它们分泌的生物活性分子（如micro RNAs），而非干细胞本身。干细胞通过分泌和吸收微泡，自然地其他细胞交流。

心肌细胞是采集微泡的最佳来源，无细胞疗法是心梗治疗的安全有效途径。利用成人干细胞衍生出心肌细胞，体外培养使它们分泌微囊泡。他们发现，来自心肌细胞的微囊泡（而不是干细胞的）具有非常强大的调控分子：心源性和血管生成microRNAs，。

治疗4周后的大鼠心脏

研究小组用胶原蛋白基底贴剂封包微囊泡，对心肌梗死大鼠模型进行为期4周的缓慢释放给药，然后监测心脏泵血功能和心律失常迹象。研究发现，微囊泡治疗不仅很少导致心律失常，而且彻底有效地恢复了心脏功能。治疗4周后，用微囊泡处理过的心脏与从未受伤的心脏功能极为相似。

人类尝试用干细胞修复心脏已有许多年历史。尽管它面临着一些挑战，也会有层出不穷的解决方案推动这个领域的发展。目前有数以百万计的患者迫切需要新的疗法，来改善生活质量、延长寿命。雨后春笋般的新技术，正在以其巨大的潜力，使干细胞治疗领域呈现出焕然一新的面貌，更好地造福人类。

先生说：要么结合支架，要么依赖细胞分泌因子。搞不定细胞微环境，一切都白搭。

参考文献：

• Cardiac recovery via extended cell-free delivery of extracellular vesicles secreted by cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells

•  Is Cardiac Cell Therapy Dead? Embarrassing Trial Outcomes and New Directions for the Future.