脊髓損傷的間充質(zhì)干細胞治療

脊髓損傷的間充質(zhì)干細胞治療進展精選課件1間充質(zhì)干細胞的治療前景什么是間充質(zhì)干細胞？來源于中胚層最早發(fā)現(xiàn)于骨髓貼壁生長能夠形成CFU多向分化分化潛能表達多種干性標志間充質(zhì)干細胞的特點？能夠體外多向分化為成骨細胞、成軟骨細胞、脂肪細胞等能夠跨胚層分化為內(nèi)胚層和外胚層來源細胞（環(huán)境依賴性）具有免疫調(diào)控作用（依賴于炎癥反應）具有造血支持作用（支持造血干細胞Niche穩(wěn)態(tài)）具有促進組織再生作用（營養(yǎng)支持）具有促進腫瘤作用（抑制免疫反應）NatRevImmunol,2008.8(9):p.726-36.Science,1999.284(5411):p.143-7.精選課件2間充質(zhì)干細胞的臨床應用免疫調(diào)節(jié)作用：治療自身免疫性疾病組織修復作用，器官再造（目前為體外研究階段）治療各種損傷及退行性疾?。喊ǜ斡不毖孕募〔√悄虿⊙合到y(tǒng)性疾病肺纖維化進行性肌營養(yǎng)不良間充質(zhì)干細胞臨床使用意義精選課件3間充質(zhì)干細胞的臨床應用優(yōu)勢（1）安全：低毒性（或無毒性）；（2）在尚未完全了解疾病發(fā)病的確切機理前也能應用；（3）對某些癥狀，干細胞移植效果明顯，一次性植入，作用持久；（4）移植材料來源充足；（5）是最好的免疫治療和基因治療載體；（6）治療范圍廣闊，理論上能治療大部分疾病；（7）給那些傳統(tǒng)療法下被認為是“不治之癥”的疾病帶去了新的療法和新的希望。精選課件4間充質(zhì)干細胞的來源豐富CellCommunSignal,2011.9:p.12精選課件來源骨髓臍帶血臍帶胎盤分離部位細胞種類造血干細胞和間充質(zhì)干細胞造血干細胞和間充質(zhì)干細胞間充質(zhì)干細胞細胞數(shù)量較少間充質(zhì)干細胞增殖分化能力逐年減弱較少（＜30kg患者使用）不可擴增較多可擴增豐富可擴增治療范圍血液、骨骼、神經(jīng)系統(tǒng)疾病血液類疾病再生醫(yī)學重要的種子細胞，治療大多數(shù)損傷性疾病、自身免疫病等。免疫原性高高低血液組織5不同來源間充質(zhì)的差異性精選課件精選課件7脊髓的重要性

運動和感覺傳導通路馬尾體表節(jié)段性支配三根定律感覺皮節(jié)三根支配示意圖體表節(jié)段性感覺分布圖脊髓的重要性

脊髓的節(jié)段性神經(jīng)支配精選課件脊髓損傷

(SpinalCordInjury)

脊髓損傷(SCI)是脊柱骨折或脫位的嚴重并發(fā)癥，是一種嚴重的致殘性損傷．往往造成患者不同程度的截癱。

不同損傷平面及不同程度脊髓損傷患者的預后不一。精選課件脊髓損傷原因

脊髓受到脊柱的良好保護，絕大多數(shù)脊髓損傷是由脊柱的損傷引起的（主要是交通事故傷、暴力損傷及和工作有關(guān)的損傷）。

脊髓損傷根據(jù)致病因素不同可分為外傷性脊髓損傷及非外傷性脊髓損傷。精選課件脊髓損傷的病理分類

脊髓損傷的分類（一）原發(fā)性脊髓損傷脊髓震蕩(concussionofspinalcord)脊髓挫裂傷(contusionofspinalcord)（二）繼發(fā)性脊髓損傷脊髓水腫脊髓受壓椎管內(nèi)出血精選課件脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應期慢性期急性期：即傷后至最初幾天內(nèi),為脊髓及周圍組織包括血管內(nèi)皮受到初始機械損傷,壞死及細胞死亡瞬間發(fā)生。受傷幾分鐘后,神經(jīng)細胞會發(fā)生電解質(zhì)紊亂(細胞內(nèi)Na+濃度增加,細胞外K+濃度增加,細胞內(nèi)Ca2+濃度增加至中毒水平),導致神經(jīng)功能衰竭和脊髓休克,并持續(xù)約24h,決定脊髓損傷的程度。接著出血和局部水腫發(fā)生,由于血管痙攣、血栓形成和機械壓迫導致微循環(huán)障礙,血管自我調(diào)節(jié)機制紊亂,進一步加重脊髓損傷。脊髓損傷的最佳處理時間是3h內(nèi),故臨床上來不及給予有效的治療策略。精選課件脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應期慢性期繼發(fā)反應期:傷后數(shù)分鐘到數(shù)周內(nèi),其主要機制有細胞繼續(xù)缺血性死亡、電解質(zhì)紊亂和水腫,在受傷后最初15min內(nèi),機械損傷致細胞溶解和突觸或非突觸間的運輸,出現(xiàn)細胞外谷氨酸鹽及其他刺激性氨基酸濃度急劇升高,高于正常水平6～8倍,由于谷氨酸鹽受體激活等原因?qū)е轮|(zhì)過氧化和氧自由基產(chǎn)生,一種不同于缺血壞死的繼發(fā)性細胞程序性死亡發(fā)生,導致反應性神經(jīng)膠質(zhì)過多,包括神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白增加和星狀膠質(zhì)細胞增殖。24h內(nèi)嗜中性粒細胞(分泌髓過氧化物酶)從外周循環(huán)侵襲脊髓實質(zhì),同時48h內(nèi)淋巴細胞(分泌不同的細胞因子和生長因子)濃度達到頂峰。炎性細胞的侵入使局部細胞因子和趨化性細胞因子的濃度增加。接著損傷區(qū)神經(jīng)再生的抑制因子和(或)阻斷物質(zhì)濃度也增加,導致更大范圍的細胞死亡。精選課件脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應期慢性期慢性期:發(fā)生在受傷后數(shù)天至數(shù)年,主要機制有細胞程序性死亡范圍擴大,一些受體及離子通道濃度和活性改變,瘢痕出現(xiàn)(25%發(fā)生率),脫髓鞘導致傳導功能受損,囊性變(約20%發(fā)生率),脊髓空洞區(qū)域擴大,受損區(qū)及附近軸突再生反應(不超過1mm),神經(jīng)沖動傳導通路改變,大多數(shù)脊髓損傷患者由于一些細胞興奮性增高而出現(xiàn)慢性疼痛。病理生理分期決定了只有在繼發(fā)反應期和慢性期可給予有效的治療策略。精選課件脊髓損傷的臨床表現(xiàn)脊髓休克(spinalshock)運動和感覺障礙體溫控制障礙痙攣排便功能障礙馬尾損傷的臨床表現(xiàn)性功能障礙不同平面脊髓損傷臨床表現(xiàn)精選課件脊髓損傷對人類健康的危害死亡率高損傷在C1～C3患者的病死率是截癱患者的6.6倍,損傷在C4、C5和C6～C8患者的病死率分別是截癱患者的2.5和1.5倍一般來說,急性脊髓損傷的患者40例中只有1例在主要的創(chuàng)傷中心接受治療?，F(xiàn)場和送住院途中的病死率分別是48.3%和79%。急性脊髓損傷住院后的病死率是4.4%～16.7%治療費用高脊髓損傷患者一生的治療康復費用高昂，據(jù)國外統(tǒng)計脊髓損傷患者一生的治療康復費用平均達75萬美元以上,美國每年對脊髓損傷患者的花費超過60億美元發(fā)病率逐漸增高北京市：2002年SCI年發(fā)病率為60/106，20世紀80年代末調(diào)查的年發(fā)病率6.8/106相比，有了驚人的增長上海市浦東新區(qū)2005～2007年脊髓損傷的年發(fā)生率為25/10６，較之前報道的上海13.7/106的年發(fā)生率顯著升高精選課件脊髓損傷的治療目標脊髓損傷的病理生理改變理想的治療目標Mothe,A.J.andC.H.Tator,.JClinInvest,2012.122(11):p.3824-34.精選課件脊髓損傷的診療現(xiàn)狀雖然對脊髓損傷的分子機制的研究已經(jīng)相對深入，其臨床治療依舊比較局限，主要是對癥治療，以激素甲潑尼龍MPS的沖擊治療為主。手術(shù)是最徹底的治療手段，但是手術(shù)時機的選擇一直是一個臨床難題。

目前脊髓損傷治療主要集中在以下幾個方面:(1)控制繼發(fā)性損傷,包括手術(shù)減壓、激素沖擊療法、自由基清除等。(2)促進軸突再生,修復受損的髓鞘。包括細胞移植、神經(jīng)生長因子的應用等。(3)解除抑制軸突再生的因素,包括應用抗軸突生長抑制因子及基因沉默等技術(shù)間接促進軸突的再生?？傮w來講，缺乏有效的治療手段精選課件脊髓損傷的理想（探索）治療模式Silva,N.A.,etal.,.ProgNeurobiol,2013.細胞治療精選課件脊髓損傷的細胞治療前景干細胞移植治療脊髓損傷是近年來的研究熱點。由于脊髓損傷后自發(fā)性軸突再髓鞘化過程非常有限，細胞移植治療被視為更新少突膠質(zhì)細胞、促進軸突再髓鞘化的重要手段。理論上，移植的干細胞可在損傷部位存活并整合入宿主組織中，進一步分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞，大多數(shù)可同宿主細胞之間可形成突觸樣結(jié)構(gòu)，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能得到一定程度的恢復。精選課件脊髓損傷導致上行和下行脊髓束的軸突中斷、神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞缺損、神經(jīng)性炎癥發(fā)生和脫髓鞘。干細胞治療通過如下方式，可以實現(xiàn)脊髓損傷的個體化治療。第一，移植干細胞來源的脊髓成神經(jīng)細胞可以替換受損或死亡的運動神經(jīng)元和其他神經(jīng)元。第二，移植干細胞來源的少突膠質(zhì)祖細胞可以促進髓鞘再生。第三，移植能夠拮抗有害的炎癥反應和分泌促生長因子的干細胞脊髓損傷的干細胞治療模式Lindvall,O.andZ.JClinInvest,2010.120(1):p.29-40.精選課件目前可用于脊髓損傷治療的干細胞胚胎干細胞（embryonicstemcells，ESs）神經(jīng)干細胞（neuralstemcells，NSCc）嗅鞘細胞（olfactoryensheathingcells，OECs）間充質(zhì)干細胞（mesenchymalstemcells，MSCs）雪旺細胞（Schwanncells，SCs）。

其中的胚胎干細胞存在倫理問題，神經(jīng)干細胞、雪旺細胞和嗅鞘細胞主要局限于試驗室水平。

精選課件間充質(zhì)干細胞（MSCs），在治療脊髓損傷方面有其獨特的優(yōu)點：

具有促再生能力；具有多向分化潛能，特別是環(huán)境依賴性分化為靶組織細胞的能力；來源途徑豐富，而提取、分離純化和體外擴增卻相對簡單；免疫原性弱，一般不存在免疫排斥反應；同時能夠抑制炎癥反應可進行基因修飾后移植。間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷的價值Rice,C.M.,etal.,Lancet,2013.382(9899):p.1204-13.MSCs為治療脊髓損傷展示了一種全新和理想的方法，存在誘導分化為神經(jīng)細胞的潛能并能夠向神經(jīng)干細胞一樣在中樞神經(jīng)組織（腦、脊髓）里遷移、存活和整合，國外動物實驗及臨床應用中曾有報道MSCs移植對脊髓損傷治療的有效性及安全性是可靠的。精選課件SCI病理生理機制與MSCs的相關(guān)性SCI脊髓損傷的病理生理機制MSC的生物學效應水腫、出血、缺血等引起的血供障礙合成血管內(nèi)皮生長因子、刺激內(nèi)生性新血管的形成和生長

神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的死亡(壞死和凋亡）抗凋亡效應：抗凋亡基因和蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶等表達上調(diào)；分化為神經(jīng)元表型神經(jīng)性炎癥：細胞性（活化的中性粒細胞、T細胞、小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞）和體液性（細胞因子、白介素、干擾素、前列腺素等）干擾DC細胞的成熟，調(diào)節(jié)細胞因子的生成和T細胞的反應，抑制炎癥和細胞基質(zhì)的產(chǎn)生谷氨酸引起興奮性中毒，ATP再生能力耗損通過調(diào)控基因表達，降低神經(jīng)元谷氨酸受體對其配體的敏感性產(chǎn)生活性氧簇，誘導型一氧化氮合酶，溶酶體，脂質(zhì)過氧化作用等降低氧化應激：增加NAD(P)H醌氧化還原酶1和血紅素加氧酶-1（HO-1）的活性，下調(diào)誘導型一氧化氮合酶的生成改變生長因子信號通路促進旁分泌和內(nèi)源性生長因子的合成，包括BDNF,NGF,GDNF,IGF-1等脊髓空洞癥：假性飽囊和空洞形成抑制細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，減少空洞的形成，促進軸突的再生脫髓鞘，巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞活化促進髓鞘再生，刺激施旺細胞遷移（至損傷部位）Forostyak,S.,P..Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.精選課件Forostyak,S.,P.JendelovaandE.Sykova,Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.骨髓MSC治療慢性階段SCI，修復了空洞、重建了軸突，部分恢復了運動神經(jīng)元的功能精選課件BM-MSC治療SCI的臨床前研究Himes等用高流量方法擴增BMSCs后提純，并通過靜脈注射方式將BMSCs植入脊髓損傷的小鼠體內(nèi)，2周后小鼠的BBB評分明顯提高，溫度覺及行走功能明顯恢復。董鋒等應用大鼠MSCs靜脈注射移植對脊髓損傷SCI后腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子表達的影響,結(jié)論顯示脊髓損傷后損傷脊髓局部的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子表達增加,這可能是促進大鼠神經(jīng)結(jié)構(gòu)及神經(jīng)功能恢復的因素之一。Himes,B.T.,etal.NeurorehabilNeuralRepair,2006.20(2):p.278-96董鋒,林建華與吳朝陽.中國康復醫(yī)學雜志,2008(05).精選課件BM-MSC治療SCI的臨床研究Geffner等將骨髓間充質(zhì)干細胞經(jīng)椎管內(nèi)移植、局部種植、靜脈移植三種途徑移植治療52例脊髓損傷的患者，結(jié)果提示三種移植方式均可以促進神經(jīng)功能的恢復，且均安全、可行。Sykova等將骨髓干細胞移植入7例急性脊髓損傷和13例慢性脊髓損傷患者體內(nèi)，隨訪2年，認為骨髓干細胞是安全、有效的，且移植的最佳時間為傷后3～4周。Moviglia等進行一種自體骨髓間充質(zhì)干細胞移植治療，8位志愿者中5例患者出現(xiàn)了軀體運動功能恢復，治療后可以站立及行走，2例患者出現(xiàn)感覺功能改善。Geffner,L.F.,etal..CellTransplant,2008.17(12):p.1277-93.Sykova,E.,etal..CellTransplant,2006.15(8-9):p.675-87.Park,H.C.,etal.,TissueEng,2005.11(5-6):p.913-22.精選課件MSC治療SCI面臨的挑戰(zhàn)雖然近年來對間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷的研究取得了一定的進展，但由于間充質(zhì)干細胞在移植中具體的細胞內(nèi)分化機制以及致瘤性等問題均沒有得到有效的解決，還需今后實驗研究的進一步深入。此外，間充質(zhì)干細胞移植的應用研究中還存在著許多尚未解決的問題，如體外擴增速度問題，分化神經(jīng)元的比例控制、功能性神經(jīng)元的定向分化問題，移植時機的選擇問題，移植方法、途徑、細胞狀態(tài)、支架、佐劑、適應證等等問題，距離臨床應用還有諸多困難，亟待深入研究和解決。精選課件MSC治療ONFH的臨床實驗概況在ClinicalTrial登記在冊的數(shù)目為28宗其中臍帶來源3宗細胞類型損傷的類型接種方式