脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療課件

脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療進(jìn)展1脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療1間充質(zhì)干細(xì)胞的治療前景什么是間充質(zhì)干細(xì)胞？來(lái)源于中胚層最早發(fā)現(xiàn)于骨髓貼壁生長(zhǎng)能夠形成CFU多向分化分化潛能表達(dá)多種干性標(biāo)志間充質(zhì)干細(xì)胞的特點(diǎn)？能夠體外多向分化為成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等能夠跨胚層分化為內(nèi)胚層和外胚層來(lái)源細(xì)胞（環(huán)境依賴性）具有免疫調(diào)控作用（依賴于炎癥反應(yīng)）具有造血支持作用（支持造血干細(xì)胞Niche穩(wěn)態(tài)）具有促進(jìn)組織再生作用（營(yíng)養(yǎng)支持）具有促進(jìn)腫瘤作用（抑制免疫反應(yīng)）NatRevImmunol,2008.8(9):p.726-36.Science,1999.284(5411):p.143-7.2脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療2間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用免疫調(diào)節(jié)作用：治療自身免疫性疾病組織修復(fù)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(jìn)行性肌營(yíng)養(yǎng)不良間充質(zhì)干細(xì)胞臨床使用意義3脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療3間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用優(yōu)勢(shì)（1）安全：低毒性（或無(wú)毒性）；（2）在尚未完全了解疾病發(fā)病的確切機(jī)理前也能應(yīng)用；（3）對(duì)某些癥狀，干細(xì)胞移植效果明顯，一次性植入，作用持久；（4）移植材料來(lái)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??；（7）給那些傳統(tǒng)療法下被認(rèn)為是“不治之癥”的疾病帶去了新的療法和新的希望。4脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療4間充質(zhì)干細(xì)胞的來(lái)源豐富CellCommunSignal,2011.9:p.125脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療來(lái)源骨髓臍帶血臍帶胎盤分離部位細(xì)胞種類造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞數(shù)量較少間充質(zhì)干細(xì)胞增殖分化能力逐年減弱較少（＜30kg患者使用）不可擴(kuò)增較多可擴(kuò)增豐富可擴(kuò)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(xué)重要的種子細(xì)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(lái)源間充質(zhì)的差異性6脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療7脊髓的重要性

運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)傳導(dǎo)通路馬尾體表節(jié)段性支配三根定律感覺(jué)皮節(jié)三根支配示意圖體表節(jié)段性感覺(jué)分布圖脊髓的重要性

脊髓的節(jié)段性神經(jīng)支配8脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷

(SpinalCordInjury)

脊髓損傷(SCI)是脊柱骨折或脫位的嚴(yán)重并發(fā)癥，是一種嚴(yán)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(yù)后不一。9脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷原因

脊髓受到脊柱的良好保護(hù)，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。10脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療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11脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應(yīng)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(jī)械損傷,壞死及細(xì)胞死亡瞬間發(fā)生。受傷幾分鐘后,神經(jīng)細(xì)胞會(huì)發(fā)生電解質(zhì)紊亂(細(xì)胞內(nèi)Na+濃度增加,細(xì)胞外K+濃度增加,細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加至中毒水平),導(dǎo)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(jī)械壓迫導(dǎo)致微循環(huán)障礙,血管自我調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂,進(jìn)一步加重脊髓損傷。脊髓損傷的最佳處理時(shí)間是3h內(nèi),故臨床上來(lái)不及給予有效的治療策略。12脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應(yīng)期慢性期繼發(fā)反應(yīng)期:傷后數(shù)分鐘到數(shù)周內(nèi),其主要機(jī)制有細(xì)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(jī)械損傷致細(xì)胞溶解和突觸或非突觸間的運(yùn)輸,出現(xiàn)細(xì)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(guò)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(xì)胞程序性死亡發(fā)生,導(dǎo)致反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)過(guò)多,包括神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白增加和星狀膠質(zhì)細(xì)胞增殖。24h內(nèi)嗜中性粒細(xì)胞(分泌髓過(guò)氧化物酶)從外周循環(huán)侵襲脊髓實(shí)質(zhì),同時(shí)48h內(nèi)淋巴細(xì)胞(分泌不同的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子)濃度達(dá)到頂峰。炎性細(xì)胞的侵入使局部細(xì)胞因子和趨化性細(xì)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(dǎo)致更大范圍的細(xì)胞死亡。13脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的病理轉(zhuǎn)歸急性期激發(fā)反應(yīng)期慢性期慢性期:發(fā)生在受傷后數(shù)天至數(shù)年,主要機(jī)制有細(xì)胞程序性死亡范圍擴(kuò)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(dǎo)致傳導(dǎo)功能受損,囊性變(約20%發(fā)生率),脊髓空洞區(qū)域擴(kuò)大,受損區(qū)及附近軸突再生反應(yīng)(不超過(guò)1mm),神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)通路改變,大多數(shù)脊髓損傷患者由于一些細(xì)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(yīng)期和慢性期可給予有效的治療策略。14脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的臨床表現(xiàn)脊髓休克(spinalshock)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)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)15脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷對(duì)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(lái)說(shuō),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(chǎng)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(fèi)用高脊髓損傷患者一生的治療康復(fù)費(fèi)用高昂，據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)脊髓損傷患者一生的治療康復(fù)費(fèi)用平均達(dá)75萬(wàn)美元以上,美國(guó)每年對(duì)脊髓損傷患者的花費(fèi)超過(guò)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(jì)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(zhǎng)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(bào)道的上海13.7/106的年發(fā)生率顯著升高16脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的治療目標(biāo)脊髓損傷的病理生理改變理想的治療目標(biāo)Mothe,A.J.andC.H.Tator,.JClinInvest,2012.122(11):p.3824-34.17脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的診療現(xiàn)狀雖然對(duì)脊髓損傷的分子機(jī)制的研究已經(jīng)相對(duì)深入，其臨床治療依舊比較局限，主要是對(duì)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(shí)機(jī)的選擇一直是一個(gè)臨床難題。

目前脊髓損傷治療主要集中在以下幾個(gè)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(jìn)軸突再生,修復(fù)受損的髓鞘。包括細(xì)胞移植、神經(jīng)生長(zhǎng)因子的應(yīng)用等。(3)解除抑制軸突再生的因素,包括應(yīng)用抗軸突生長(zhǎng)抑制因子及基因沉默等技術(shù)間接促進(jìn)軸突的再生?？傮w來(lái)講，缺乏有效的治療手段18脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的理想（探索）治療模式Silva,N.A.,etal.,.ProgNeurobiol,2013.細(xì)胞治療19脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的細(xì)胞治療前景干細(xì)胞移植治療脊髓損傷是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由于脊髓損傷后自發(fā)性軸突再髓鞘化過(guò)程非常有限，細(xì)胞移植治療被視為更新少突膠質(zhì)細(xì)胞、促進(jìn)軸突再髓鞘化的重要手段。理論上，移植的干細(xì)胞可在損傷部位存活并整合入宿主組織中，進(jìn)一步分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，大多數(shù)可同宿主細(xì)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(fù)。20脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷導(dǎo)致上行和下行脊髓束的軸突中斷、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞缺損、神經(jīng)性炎癥發(fā)生和脫髓鞘。干細(xì)胞治療通過(guò)如下方式，可以實(shí)現(xiàn)脊髓損傷的個(gè)體化治療。第一，移植干細(xì)胞來(lái)源的脊髓成神經(jīng)細(xì)胞可以替換受損或死亡的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和其他神經(jīng)元。第二，移植干細(xì)胞來(lái)源的少突膠質(zhì)祖細(xì)胞可以促進(jìn)髓鞘再生。第三，移植能夠拮抗有害的炎癥反應(yīng)和分泌促生長(zhǎng)因子的干細(xì)胞脊髓損傷的干細(xì)胞治療模式Lindvall,O.andZ.JClinInvest,2010.120(1):p.29-40.21脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療目前可用于脊髓損傷治療的干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcells，ESs）神經(jīng)干細(xì)胞（neuralstemcells，NSCc）嗅鞘細(xì)胞（olfactoryensheathingcells，OECs）間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymalstemcells，MSCs）雪旺細(xì)胞（Schwanncells，SCs）。

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

22脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs），在治療脊髓損傷方面有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

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(xì)胞的能力；來(lái)源途徑豐富，而提取、分離純化和體外擴(kuò)增卻相對(duì)簡(jiǎn)單；免疫原性弱，一般不存在免疫排斥反應(yīng)；同時(shí)能夠抑制炎癥反應(yīng)可進(jìn)行基因修飾后移植。間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的價(jià)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(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞的潛能并能夠向神經(jīng)干細(xì)胞一樣在中樞神經(jīng)組織（腦、脊髓）里遷移、存活和整合，國(guó)外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床應(yīng)用中曾有報(bào)道MSCs移植對(duì)脊髓損傷治療的有效性及安全性是可靠的。23脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療SCI病理生理機(jī)制與MSCs的相關(guān)性SCI脊髓損傷的病理生理機(jī)制MSC的生物學(xué)效應(yīng)水腫、出血、缺血等引起的血供障礙合成血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、刺激內(nèi)生性新血管的形成和生長(zhǎng)

神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的死亡(壞死和凋亡）抗凋亡效應(yīng)：抗凋亡基因和蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶等表達(dá)上調(diào)；分化為神經(jīng)元表型神經(jīng)性炎癥：細(xì)胞性（活化的中性粒細(xì)胞、T細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞）和體液性（細(xì)胞因子、白介素、干擾素、前列腺素等）干擾DC細(xì)胞的成熟，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的生成和T細(xì)胞的反應(yīng)，抑制炎癥和細(xì)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(guò)調(diào)控基因表達(dá)，降低神經(jīng)元谷氨酸受體對(duì)其配體的敏感性產(chǎn)生活性氧簇，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，溶酶體，脂質(zhì)過(guò)氧化作用等降低氧化應(yīng)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(dǎo)型一氧化氮合酶的生成改變生長(zhǎng)因子信號(hào)通路促進(jìn)旁分泌和內(nèi)源性生長(zhǎng)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(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，減少空洞的形成，促進(jìn)軸突的再生脫髓鞘，巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化促進(jìn)髓鞘再生，刺激施旺細(xì)胞遷移（至損傷部位）Forostyak,S.,P..Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.24脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療Forostyak,S.,P.JendelovaandE.Sykova,Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.骨髓MSC治療慢性階段SCI，修復(fù)了空洞、重建了軸突，部分恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的功能25脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療BM-MSC治療SCI的臨床前研究Himes等用高流量方法擴(kuò)增BMSCs后提純，并通過(guò)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(píng)分明顯提高，溫度覺(jué)及行走功能明顯恢復(fù)。董鋒等應(yīng)用大鼠MSCs靜脈注射移植對(duì)脊髓損傷SCI后腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子表達(dá)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(yíng)養(yǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子表達(dá)增加,這可能是促進(jìn)大鼠神經(jīng)結(jié)構(gòu)及神經(jīng)功能恢復(fù)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(yáng).中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2008(05).26脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療BM-MSC治療SCI的臨床研究Geffner等將骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，且均安全、可行。Sykova等將骨髓干細(xì)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(rèn)為骨髓干細(xì)胞是安全、有效的，且移植的最佳時(shí)間為傷后3～4周。Moviglia等進(jìn)行一種自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療，8位志愿者中5例患者出現(xiàn)了軀體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，治療后可以站立及行走，2例患者出現(xiàn)感覺(jué)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.913-22.27脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療MSC治療SCI面臨的挑戰(zhàn)雖然近年來(lái)對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞治療脊髓損傷的研究取得了一定的進(jìn)展，但由于間充質(zhì)干細(xì)胞在移植中具體的細(xì)胞內(nèi)分化機(jī)制以及致瘤性等問(wèn)題均沒(méi)有得到有效的解決，還需今后實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)一步深入。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞移植的應(yīng)用研究中還存在著許多尚未解決的問(wèn)題，如體外擴(kuò)增速度問(wèn)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(wèn)題，移植時(shí)機(jī)的選擇問(wèn)題，移植方法、途徑、細(xì)胞狀態(tài)、支架、佐劑、適應(yīng)證等等問(wèn)題，距離臨床應(yīng)用還有諸多困難，亟待深入研究和解決。28脊髓損傷的間充質(zhì)干細(xì)胞治療MSC治療ONFH的臨床實(shí)驗(yàn)概況在ClinicalTrial登記在冊(cè)的數(shù)目為28宗其中臍帶來(lái)源3宗細(xì)胞類型