的绩效检查参与组成分泌腺再生和分化能力向多种间充质血统,成纤维细胞的细胞类型称为间充质基质/干细胞(msc)显示了广泛的承诺组织工程和再生医学应用程序(图 1)。由于其治疗多功能性和众多的有前途的临床结果到目前为止,msc将成为越来越重要的细胞来源再生疗法随着医学的发展,注重个性化和细胞疗法。鉴于其新兴的重要性,本文旨在提供一个概览的历史和正在进行的工作,旨在了解和更好的利用这些细胞治疗的目的。

msc的最初的发现是归因于Friedenstein等人谁发现了成纤维细胞的细胞类型来源于小鼠和豚鼠骨髓产生克隆殖民地能够生成骨骼和网状组织当heterotopically移植( 1, 2]。随后发现,殖民地的细胞类型可以生成软骨和脂肪组织,除了骨头,带来了描述符 间充质干细胞,最初由阿诺德·卡普兰( 3]。最后,Pittenger等人证实人类骨髓还包含一个族群的基质细胞真正多功能干细胞通过展示一个殖民地trilineage间充质潜力( 4]。

随着时间的推移,缩写MSC已经等多重含义,间充质干细胞,间充质基质细胞和多功能基质细胞。为了帮助澄清这一点,国际社会为细胞治疗(ISCT)正式定义为msc 多能间充质基质细胞并建议这意味着plastic-adherent分数间质组织,同时保留这个词 间充质干细胞意味着族群,实际上有两个红衣主教干细胞属性( 即。、自我更新和分化能力下降多个血统)( 5]。此外,ISCT也msc定义为会议若干标准包括塑料附着(i),(2)有成骨的脂肪形成的,和chondrogenic trilineage分化潜力,(iii)和积极的(> 95%)和消极的面板(< 2%)的细胞表面抗原。正面标记为人类msc包括CD73(还出现在淋巴细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞),CD90(也存在于造血干细胞,淋巴细胞,内皮细胞,神经细胞,成纤维细胞),和CD105(还发现内皮细胞,单核细胞,造血祖细胞、成纤维细胞)( 6]。消极的标记包括CD34(存在于造血祖细胞和内皮细胞),CD45 (pan-leukocyte标记),CD14或CD11b(出现在单核细胞和巨噬细胞),CD79 - α或CD19(出现在B细胞),HLA-DR除非与干扰素刺激 γ(存在于巨噬细胞、B细胞和树突细胞)( 5]。值得注意的是,然而,CD34的有效性作为一个负面标记最近被质疑和可能需要复审 6, 7]。

这些精致的内含和排除标准强调,没有一个MSC-specific抗原决定基被发现,不像其他一些干细胞数量(例如,LGR5就标签居民在毛囊和肠道隐窝干细胞)( 8, 9]。然而,一些标记可用于干细胞数量丰富,包括Stro-1 CD146、CD106 CD271 MSCA-1等(表 1)[ 6, 10- - - - - - 13]。这个不幸的缺乏一个明确的标记继续混淆的解释范围广泛的研究考虑到解决规范化MSC人口从附着的分数很少,导致了一个长期存在的问题:在附着基质分组人口比例实际上是诱发观察到的效果。缺乏一个明确的MSC标记也导致描述具体的挑战 在活的有机体内位置、功能和发展起源msc。

在骨髓msc被首次发现以来,已报告msc附近通常本地化正弦内皮细胞紧密结合与居民造血干细胞(hsc) [ 14, 15]。除了作为成骨的祖细胞,这样的msc可以发挥重要的作用在调节HSC功能维护HSC利基和分泌营养等因素检验1 (Ang1)干细胞因子(SCF),和科学家配体(CXCL12) [12 10]。超出了骨髓,MSC / MSC-like人口也被发现在许多成人组织( 如。、皮肤、胰腺、心脏、脑、肺、肾、脂肪组织,软骨,肌腱)[ 16- - - - - - 19]。这样一个广泛的解剖分布建议一个共同的和无处不在的MSC利基存在全身。实际上,证据表明,许多MSC人口特别是附近血管和实际上是一个族群的周驻留在毛细血管和小静脉( 20.]。支持包括观测事实的周和MSC表达类似的表面抗原,细胞在血管周的位置被发现来表达人类骨髓MSC标记和牙髓 16, 21]。也许最明确,Crisan等人发现,细胞阳性喜欢的《忍者外传2》,CD146和PDGFR - β专门染色的周在多个人体组织和细胞,这些标记隔离时,他们发现trilineage潜力 在体外成骨的一次移植 在活的有机体内( 22]。反过来,所有对msc、是不认为是这样 20.]。

除了abluminal微血管,应该注意的是,Gli1⁺MSC-like人口也被发现存在较大的血管动脉外膜内的老鼠。的Gli1⁺人口展品trilineage分化 在体外和被认为扮演一个角色在动脉钙化 在活的有机体内( 23- - - - - - 25]。同样,人口与CD34 MSC⁺CD31⁻CD146⁻CD45⁻表型已经发现驻留在人类动脉和静脉的动脉外膜表明并不是所有人类血管周的msc pericyte-like细胞( 7]。此外,MSC的人口也被孤立的脐带血管周围组织的(人类脐带血管周的细胞(HUCPVCs))显示了组织工程应用承诺给细胞的无创提取及其丰度相对较高和增殖能力,相对于骨骨髓来源MSC ( 26- - - - - - 28]。

最后,尽管普遍认为MSC驻留在血管周的利基市场,一些MSC人口可能驻留在无血管的区域。例如,血统追踪研究集中在小鼠牙修复成表明,尽管一些来自细胞表达周皮细胞标记,喜欢的《忍者外传2》,大多数成不,暗示的nonpericyte起源(或者至少不是从NG2-positive周)( 29日]。此外,msc被隔绝一般无血管的组织,包括人体滑膜组织( 30.- - - - - - 32和猪主动脉瓣 33]。然而,有开孔附近的毛细血管本地化滑膜表面( 34),患病的僵化和血管狭窄的阀门可以部分的( 35, 36),提高的可能性,从一个解剖位置到另一个(msc贩卖 如。股骨头软骨,synovium-associated脉管系统)和天生的差异在当地的存在与否的血管周的msc。未来的工作集中在这些问题将具有重要意义对理解疾病进展和潜在的再生途径。

目前,被认为是有多个发展msc的起源。意料之中的是,考虑到他们的间叶细胞分化潜能,特定子集的msc来源于中胚层的前兆,如侧板中胚层-(行分钟)派生mesoangioblast细胞胚胎的背主动脉( 37, 38]。支持来自于观察mesoangioblast细胞从鼠标背主动脉分离,然后嫁接到小鸡胚胎纳入几中胚层组织(骨、软骨、肌肉、血液)( 39]。

其他报告显示msc部分起源于神经嵴细胞的亚群,剩下的msc降序从未知起源。支持这个来自于观察小鼠Sox1人口⁺躯干神经上皮的细胞可以进行单独使用和维护脂肪形成的扩张,chondrogenic和成骨分化 在体外( 40]。这个神经嵴来源可能有助于解释为什么msc神经分化潜力,为什么人类骨骨髓来源msc可以丰富使用抗体神经生长因子受体( 12, 38]。鉴于其血统追踪结果,作者声称,神经嵴msc在胚胎骨髓间充质出现最早,但他们指出,其他msc还必须出现后在发展并不是所有msc检测被发现的神经嵴来源。确凿,血统追踪研究利用Protein-0的启动子,一个神经crest-associated标记,发现只有一部分来源于msc的骨头在成年老鼠标记,提示神经嵴和nonneural波峰起源( 41]。

有可能无限期nonneural嵴msc在这些研究观察到的来源可能是mesoangioblasts mesoderm-derived细胞类型。它也表明,数据表明mesoangioblast起源或者可能解释为只是“污染”的神经嵴细胞神经管接近背主动脉(9.5天 38]。关于人类起源MSC,类似双中胚层和神经嵴来源也可能存在,因为人类对这两个谱系分化的细胞则既能产生MSC-like细胞( 42, 43]。进一步的研究需要解决这些问题,并阐明如果出现的任何持久的功能性MSC亚种群之间存在的异同在开发过程中从不同的时间和地点。

一旦从各自孤立的 在活的有机体内地点,人类人口MSC可以扩展到几倍,同时保持其multipotency和能力形成成纤维细胞的克隆形成单位(CFU-F)提供了细胞在满意地播种播种密度低(~ 10 - 100细胞/厘米²)[ 44]。当培养克隆密度低,msc高度增殖的表型和维护他们trilineage潜能;这些细胞已经成为通常被称为RS-MSCs迅速自我更新(msc)。这增殖阶段被认为是依赖Dickkopf-related蛋白1 (shh)自分泌信号抑制Wnt信号,否则促进分化( 45]。有利于减少风险的病人, 在体外人类msc的增殖展品致癌性转化频率相对较低(< 10⁻⁹)[ 46- - - - - - 48]。这是形成了鲜明的对比与小鼠msc经常获得染色体缺陷 在体外并且经常产生纤维肉瘤当回注入小鼠( 49]。

随着时间的推移,人类msc创建殖民地不同镀稀疏 在体外壁龛内细胞表达分化标记和外层细胞表现出更RS-MSC表型与高运动性和扩散 50, 51]。然而,当山肩,内部和外部地区创建类似于原殖民地,暗示分化的内在殖民地在某种程度上是可逆的 51]。如果msc是播种在更高的密度(~ 1000细胞/厘米²)和/或培养融合,RS-MSCs将减少和SR-MSCs(慢慢地复制msc)会随时间而增加,而CFU-F和多功能细胞的比例会逐渐下降 44, 51]。这种动态特性在文化强调了正确维护MSC文化的重要性,确保最大的自我更新和分化潜能的维护下游应用程序。

如前所述,根据定义,msc trilineage潜力与能力进行成骨、脂肪形成,软骨形成取决于他们暴露于特定的可溶性因子微环境。协议推动差异化向这些血统一直广泛利用和优化 52, 53]。例如,骨通常涉及使用地塞米松, β-glycerolphosphate和抗坏血酸。脂肪形成的协议也使用地塞米松,除了isobutylmethylxanthine和吲哚美辛。软骨形成协议,另一方面,通常使用地塞米松,抗坏血酸、丙酮酸钠,TGF - β1,结合insulin-transferrin-selenium(它)。然而,变化的组件及其浓度存在,最优配方可能取决于使用的MSC的分组人口和最终的治疗目标。msc predifferentiated向这三个血统的上下文中被广泛研究组织工程中细胞植入的网站所需的维修或更换,通常还有一个支架(图 1)[ 54- - - - - - 58]。

超出了标准trilineage msc的潜力,向其他细胞类型分化也被观察到,如tenocytes、骨骼细胞,心肌细胞、平滑肌细胞,甚至是神经元( 59- - - - - - 61年]。然而,一些这些说法的追求一定程度的怀疑关于频率的分化和终端的功能细胞,特别是对于nonmesenchymal nonmesodermal细胞类型。例如,尽管msc分化成neuron-like细胞已被证明,老鼠MSC-derived神经元的功能一直在质疑他们的能力产生正常动作电位( 62年, 63年]。同样,人类msc分化成endothelial-like细胞也被报道;然而,这样的细胞低表达内皮标记相比,成熟内皮细胞( 64年]。进一步研究分化频率和MSC-derived终末分化细胞的正常功能是必要的,除了确定不同的MSC人口更适合分化成一些比其他的细胞类型。对于后者,最近的一项研究人类CD146比较⁺/ CD34⁻/ CD45⁻msc隔绝不同解剖位置(骨髓、骨膜和骨骼肌)透露,每个族群在转录组签名和明显不同 在活的有机体内分化的潜力,因此建议msc不统一的人口在整个身体 65年]。此外,MSC组织类型之间的异质性可能不仅存在而且在个人组织。例如,区位和CD34的转录截然不同的亚种群⁺/ CD146⁻“外膜msc”和CD34⁻/ CD146⁺“pericyte-like msc”被发现存在于人类脂肪组织,再生医学(常用的细胞来源 66年]。类似的结果也指出在马和狗,说明这双血管周的亚种群是守恒的哺乳动物 67年, 68年]。有趣的是,马和人类脂肪细胞CD34⁻/ CD146⁺msc显示大angiogenicity而CD34⁺/ CD146⁻msc表明相对保守功能表型,可能由于他们pericyte-like分化状态( 67年, 69年]。异质性在msc还可能有重要意义治疗疾病造成不适当的分化和增殖。值得注意的是,PDGFR的子集 β⁺和/或PDGFR α⁺MSC-like祖细胞与fibro-adipogenic潜在被发现出现在多个组织( 如。、腱、心肌和骨骼肌)和可能被证明是有用的目标,减少纤维损伤后损伤( 70年, 71年]。需要进一步调查MSC异质性来解决这些差异是否仅仅由于先天差异引起的不同的发展起源或者不同的局部微环境也扮演了一定的角色。

不像其他干细胞数量(如造血干细胞),有一个完善的和相对简单的单向分化等级,MSC分化是目前缺乏定义的层次结构。迄今为止,一个MSC-like人口最大力研究的层次结构是人类脐cord-perivascular细胞(HUCPVCs)。这些细胞被发现从quintipotential干细胞分化(与成骨、脂肪形成的,chondrogenic、肌原性的和纤维发生的潜在的)一个确定性的方式限制fibroblast-state效力损失的预测订单( 72年]。这是否适用于全部或部分MSC人口仍有待研究,但这项研究为未来的调查应该作为一个有用的模板。,集群计算方法,根据细胞差异表达基因也可能有助于阐明MSC亚种群的层次结构及其子代细胞( 66年),可以作为指导未来血统追踪研究。说,向nonmesodermal血统和双向分化转移表型之间切换不同的间充质细胞类型(例如,成纤维细胞之间的转换和myofibroblasts或合成和收缩平滑肌细胞)之间不得进一步复杂化MSC层次分化模型建立( 73年]。不管任何特定的等级和潜在的表型可塑性,它应该强调,最终,方面的微环境规定MSC行为,与其他细胞类型分化和交互。

最近,一种范式转移发生在msc的治疗效应的理解。尽管这些细胞分化潜能展览和最初的假设相反,在许多治疗环境中,msc发挥他们的治疗功效不是通过移植和分化,而是通过旁分泌信号和通信信息联系人( 51, 74年]。这种模式的意义变化反映在最近建议重塑msc 药用信号细胞阿诺德·卡普兰,最初创造了这个词间充质干细胞( 75年]。引人注目的例子MSC /旁分泌juxtacrine-mediated疗法目前在临床前和临床发展包括心肌梗死后,注入治疗移植物抗宿主病(GvHD)和治疗自身免疫性疾病(如克罗恩氏病和I型糖尿病)( 76年- - - - - - 79年]。鉴于这些成功,越来越清楚的是,检查参与组成分泌腺MSC广泛有益的作用,可以利用广泛的治疗应用。

检查参与组成分泌腺MSC包含很大范围的分子有利于组织修复,包括配体促进其他干细胞/祖细胞的增殖和分化,chemoattraction, antifibrosis, antiapoptosis,血管生成和免疫调节 80年]。目前,最有效的这些属性从临床的角度来看是他们的免疫调节能力,动机的发展静脉注射的msc、如奥西里斯疗法”Prochymal®,这是批准的移植物抗宿主病在加拿大,目前在临床试验数在加拿大和美国的自身免疫性疾病。这种免疫调节能力部分地归因于msc的抑制效应t细胞的激活和增殖能力,通过各种细胞因子直接或间接的通过调制调节性t细胞的活动 81年, 82年]。msc也被描述为调制行为的自然杀伤细胞,树突状细胞,b细胞,中性粒细胞,单核细胞/巨噬细胞通过一系列分子的行动,包括前列腺素E2 (PGE2)、吲哚胺2,3-dioxygenase (IDO)、一氧化氮(NO)、白细胞介素- 10”(il - 10),和许多其他人 8, 80年] 。尤其是在局部组织修复的上下文中,msc已经涉及促进巨噬细胞再生和替代激活proangiogenic M2表型,而不是古典促炎M1表型( 83年- - - - - - 86年]。因此,考虑到msc扮演许多角色在治疗免疫调节和再生,越来越承认成人msc的主要角色之一 在活的有机体内可能协调治疗反应和帮助防止自身免疫损伤后( 8, 74年, 80年]。

最后,应该注意的是,msc并不完全抗炎。在一定条件下,msc可以引起炎症反应通过诱导CD8抗原⁺t细胞反应,增加MHCDII,呈现抗原CD4的表达⁺t细胞( 87年- - - - - - 89年]。之间的“开关”引发炎症或抗炎反应通常似乎激活信号是否与感染或组织损伤有关,分别是( 90年]。

除了proangiogenic通过促进再生微环境通过免疫调节、msc还直接影响内皮细胞分泌血管生成因素生存、增殖和迁移。这样的关键因素包括生长因子的关键最初的血管的形成和随后的稳定,如VEGF、FGF2, SDF1, ANG1, MCP-1, HGF和许多其他人 91年, 92年]。除了这些经典的血管生成生长因子,msc分泌微泡(> 200 μ米)和液(~ 50 - 200 μ米),可以携带生长因子和microrna proangiogenic活动都已经证明了 在体外和 在活的有机体内( 93年]。这样的细胞外囊泡可以增强血管再生和愈合的上下文,包括烧伤小鼠和大鼠模型,皮肤伤口,心肌梗塞,肢体缺血 94年- - - - - - 99年]。近年来蛋白质组学分析发现人类MSC-derived液含有大量的与血管生成相关的蛋白质调节msc暴露ischemic-like条件时,包括PDGF、EGF、FGF, NF - κB pathway-affiliated蛋白( One hundred.]。

同样,最近qPCR筛选液来自小鼠MSC-like细胞显示它们包含大量的已知proangiogenic小分子核糖核酸,其中一些被发现是优先由内皮细胞内化,包括mir - 424、miR-30c, miR-30b, let-7f [ 101年]。同理,mir - 210也被卷入MSC-derived细胞外囊泡的治疗效果在一个小鼠模型的心脏梗塞,囊泡的siRNA可拆卸的减少血管生成的效果( 102年]。描述哪些具体MSC-derived exosomal microrna负责特定方面的血管生成是一个正在进行的研究领域。举个例子,最近exosomal microrna - 125 a从人类脂肪msc已经涉及到加强专门通过促进血管生成提示细胞形成的抑制delta-like 4 (DLL4) [ 103年]。然而,最终与血管生成生长因子、多个microrna可能必须协同工作实现最大效果和询问哪些子集的关键血管生成的不同阶段需要进一步调查。

除了他们的交互通过各种旁分泌途径,msc还直接参与信息与内皮细胞接触。当cocultured或嵌入在水凝胶(如纤维蛋白或基底膜基质),内皮细胞形成capillary-like结构的msc可以遵循,假设一个abluminal地位类似于他们的血管周的地位 在活的有机体内( 104年]。这壁画维护细胞行为文化可能被利用后微血管组织工程作为新生内皮小管它有有利影响。例如,这些的渗透性 在体外结构就是在msc降低coculturing内皮细胞与成纤维细胞可能由于更严格的信息枢纽和VE-cadherin表达式( 105年]。这种效应也可能归因于增加基底膜形成,cocultures pericyte-endothelial细胞的广泛的研究已经证明,表达和沉积基底膜蛋白的调节是通过信息联系 在体外( 106年, 107年]。然而,任何特定的msc对基底膜形成的影响及其组成、non-multipotent相比对,尚未阐明。

下 在活的有机体内上下文,msc还可以假设一个血管周的细胞表型和船的稳定性和渗透率有有益的影响。例如,当collagen-fibronectin凝胶含有EGFP-labeled人类msc和HUVEC(人类脐静脉内皮细胞)移植在SCID小鼠颅窗,与msc移植导致更高的血管密度与HUVEC-only移植相比,和EGFP与染色的平滑肌细胞(SMC)相关的标记, αSMA和SM22 α( 108年]。同样的,当嵌入在亚毫米胶原蛋白棒涂有内皮细胞,然后植入一个网膜囊内老鼠,老鼠GFP-labeled msc被发现迁移出模块,开始与血管和表达 αSMA在第七天postimplantation,在21天,GFP⁺msc被发现在一个血管周的位置( 109年]。引人注目的是,当检查后microCT Microfil®注入,包括msc在植入了血管内皮电池只控制相比减少泄漏,表现出一个漏水的核心。

同样,皮下注射后HUVEC和纤维蛋白水凝胶SCID小鼠,HUVEC-derived血管形成7和14天显示渗透率下降到70 kDa右旋糖酐在条件包括人类来源于msc的脂肪和骨头,而独自一人肺成纤维细胞或内皮细胞( 110年]。相应地,这种改进的屏障功能,只有植入对asc和bmsc包含船只abluminal calponin染色,暗示SMC植入基质细胞的分化。总的来说,很明显,不仅是一种间充质细胞的存在有利的血管的形成和稳定性,但间充质细胞类型的身份及其倾向承担abluminal位置和血管周的细胞表型影响产生的血管的功能。

如前所述,msc可以从许多不同的人体组织分离;然而,临床使用的最常见的成人来源是骨髓和脂肪组织。这是由于许多原因,包括总细胞数,可以收获,感兴趣的细胞的频率,相对较小的程序性风险获取这些位置相对于其他解剖位置的细胞。,在脂肪组织中删除,如果程序正在进行其他用途( 如。选修整容手术),没有额外风险与收获相关的祖细胞就会被丢弃。

在骨髓中吸入,过程通常是在床边使用局部麻醉( 如。,利多卡因)髌后上棘的首选收集网站由于其相对轻松地访问( 111年]。覆盖的皮肤消毒后,一个很好的衡量套管针是用来获取骨髓空间,然后允许随后愿望骨髓的注射器( 111年]。为干细胞收获的目的,可以收获20毫升的骨髓从单一吸入网站( 112年]。

骨髓抽样通常被认为是安全的,但经常导致疼痛期间和之后的过程( 113年]。预防措施,如第一个充分确保骨膜麻醉,可用于痛苦降低到可以接受的水平( 113年]。其他不良事件在骨髓样本很少,估计事件漏征税款和死亡率1-2/100,000 [ 114年]。在2013年的一次调查的英国社会血液学,总共19259骨髓吸入物有或没有环钻活检临床显著的出血发生在只有11个病人,感染被认为在两个( 114年]。出血的风险可以减轻病人通过仔细选择和修正潜在的凝血障碍,如果必要的。出血发生时,它通常是轻微的,通常可以由手动控制的网站应用程序的压力( 111年]。更重要的事件的出血,动脉栓塞已被证明是一种有效的止血治疗( 115年]。可以减少感染的风险,首先确保没有任何覆盖的皮肤或软组织感染或骨髓炎。在疑似传染性并发症的出现,局部抗菌剂通常被认为在大多数情况下是足够的。

与骨髓抽出物,脂肪组织液体脂肪的形式从吸脂或固体脂肪abdominoplasty-is获得在全身麻醉过程发病率和死亡率的风险更大( 116年]。在抽脂的情况,有针对性的脂肪是删除通过愿望后注入无菌生理盐水含有肾上腺素和局部麻醉( 116年]。这个过程可能促进脂肪液化的使用超声波或激光辅助吸脂( 116年]。相反,腹壁整形术包括手术切除多余的固体脂肪组织和真皮。

抽脂术常见的不良事件包括术后恶心和呕吐,当地的神经损伤和感觉异常,内部postprocedural出血和血肿,持续的水肿,手术伤口感染、皮肤坏死和意外住院或增加滞留时间( 117年]。抽脂的死亡风险是保守估计有1/5000的死亡是由于肺栓塞,内脏穿孔,心肺与麻醉相关并发症,出血(为了减少频率) 118年]。腹壁整形术是更具有攻击性的过程与较高的手术并发症,包括伤口裂开和坏死、感染,死亡率接近1/600 ( 119年]。

考虑到相对不利的风险与手术相关的脂肪组织,脂肪msc的收获是适合病人已经打算经历这样一个过程。否则,骨髓送气音仍是首选,因为它可以允许特设的msc在降低发病率和死亡率的风险。然而,这样的临床风险必须加以权衡特定的实际需求。

除了考虑到风险的不同解剖网站和任何特定于某个病人禁忌症,偏爱一个在其他组织来源也可能影响所需的细胞的数量,可以收集来自某个源和细胞必需的特定应用程序的数量。所总结的墨菲et al .,在骨髓吸入的情况下,可获得大约109 - 664 CFU-F /毫升的频率10 - 83 CFU-F / 10⁶有核细胞( 120年]。相比之下,lipoaspirate通常每毫升收益率更感兴趣的细胞组织,与2058 - 9650 CFU-F /毫升205 - 51000 CFU-F / 10的频率⁶有核细胞( 120年]。因此,如果细胞的数量可以通过为特定的自体骨髓吸入不足应用程序,依靠一个脂肪细胞来源可能是一个明智的选择。的情况下尤其如此 体外文化必须限于保存所需的细胞表型或文化是不使用( 即。,立即自体使用基质血管分数(SVF)后收获)。

超出数量的差异获得的细胞骨或脂肪组织,天生的分化能力的细胞类型之间的差异也会影响一个MSC的偏好人口其他为特定的应用程序。意料之中的是,鉴于其发展和解剖的起源,脂肪msc被证明有能力增加 在体外去油红O染色,可能由于其相对adipogenesis-regulating转录因子的高表达,PPAR - γ接触脂肪形成的刺激后,( 121年, 122年]。同样,骨骨髓来源msc被证明在msc增加成骨分化能力来源于脂肪组织通过茜素红染色( 121年, 122年]。这可能部分归因于较高的关键成骨的转录因子的表达,Runx2在成骨分化( 122年]。此外,来源于msc的骨头也被证明有一个更高的chondrogenic分化的能力(通过阿尔新蓝染色和胶原蛋白II表达式),可能会考虑之间的密切关系软骨形成和骨的生成骨性组织( 121年- - - - - - 123年]。值得注意的是,然而,一些相互矛盾的报道,这些发现也存在和表明,脂肪或bone-derived msc是否有更高的能力区分朝着一个特定的谱系可能取决于病人的特征( 如。、性别、年龄、和疾病状态),隔离协议,分化条件( 90年]。

其他值得注意的功能区别这两种细胞类型记录。例如,在一个比较的免疫调节能力来源于msc孤立的脂肪和骨头来自同一个捐赠者,瓦伦西亚等人发现从骨髓msc抑制自然杀伤细胞毒性活性更高的能力,而脂肪msc抑制树突状细胞分化[有更高的能力 124年]。确凿的,其他报告也描述了类似的发现关于这些微分对自然杀伤细胞和树突状细胞分化的影响( 125年, 126年]。同样,生长因子表达两种细胞类型之间的差异也被提到,可能会影响细胞类型使用在临床应用msc旨在提供营养支持。例如,来源于msc的骨头已经被证明产生更多HGF与脂肪msc相比,这可能是一个重要的考虑再生疗法涉及肝脏( 122年]。总的来说,骨或脂肪来源的选择是复杂的,特定于应用程序的影响因素和病人。随着msc的使用变得越来越普遍,细胞来源的最佳选择特定的临床情况可能会变得越来越清晰。

尽管临床承诺msc在同种异体的应用程序(或使用匹配的供者细胞),一些治疗可能需要一种自体的方法,如长期植入MSC-derived工程组织。然而,这提出了一个重大的挑战在所需的细胞类型的情况下无法获得足够多数量是临床上有用的。这可能发生在需要工程师特别大的情况下更换组织,作为文化msc扩张能力有限,部分原因是由于他们的低不表达端粒酶( 127年, 128年]。不足,这可能发生在当病人有足够的质量由于年龄或疾病的msc。关于老化,CFU-F骨髓内频率通常会随着年龄的增长而减少,和其余msc抵抗氧化应激的能力似乎也下降以及它们的功能和治疗效果 129年- - - - - - 131年]。这种功能的变化可能会逐步缩短端粒的结果,积累分子破坏,随着时间的推移和随机遗传和表观遗传变化( 132年- - - - - - 136年]。这种与年龄有关的表观遗传失调也可能有助于改变msc分化潜力和异质性的( 137年, 138年]。除了age-induced功能下降,2型糖尿病和代谢综合征可能同样限制使用自体msc的治疗潜力,因为氧化应激增加,线粒体功能障碍,并增加衰老( 139年]。

一个潜在的解决方案来解决这个问题是iPSC(诱导多能干细胞)技术从患者体细胞第一次重组多能状态,通常超表达的转录因子( 如。原癌基因,KLF4 OCT4、SOX2) ( 140年, 141年]。有利,这些细胞可以扩大 在体外广泛分化之前,一定程度上是由于端粒酶的表达。也有利,尤其是对于细胞是从岁患者,一旦收获细胞分化成所需的细胞类型后在一个短暂的多能性状态导致更长的端粒与供体细胞连同“回春”开始表观遗传景观与减少aging-associated表观遗传标记和超强的抗氧化能力 142年, 143年]。

多个研究探索的方法区分MSC-like由万能干细胞细胞( 143年- - - - - - 149年]。这些报告描述了iPSC-MSCs作为主要与成熟的msc trilineage潜力而言,免疫调节,营养支持。然而,一些细微的差别也指出,如脂肪分化的差异,t细胞调节,对NK细胞的敏感性,他们的某些基因表达水平( 如。,interleukin-1 TGF β受体)[ 143年, 150年- - - - - - 153年]。有趣的是,最近的一项研究由下巴等人报道,人类多能干细胞分化成msc结果在两个不同的亚种群具有不同营养表型( 149年]。一个族群CD146的表达和CD73可以保持较高的肝星状细胞(造血干细胞) 体外并表示HSC niche-related基因,而第二个分组人口CD146的表达和CD73显示较低的可怜的肝星状细胞的维护。这样的 在体外发现使用则是有趣的是让人想起 在活的有机体内MSC异质性,不仅可以帮助提供临床使用MSC的来源,但也可能有助于阐明不同的发育起源MSC的亚种。

时则是一个有前途的msc的来源,他们的风险进行恶性转变在文化和畸胎瘤形成移植后由于残余多能细胞( 154年]。替代方法返回年龄或骨髓间充质更有效治疗病变状态不依赖一个瞬态多能阶段也可能存在。使用多能性的一种选择可能由基因用于创建万能但是为了引出部分较重编程和扭转与年龄有关的表观遗传标记而不是细胞身份丢失。这种方法取得了令人印象深刻的成果在老鼠的提高代谢性疾病的康复和增加肌肉再生后瞬态 在活的有机体内超表达( 155年]。还有待观察,但是,如果这种方法对msc有有益的影响。未来的工作将需要关注确定最佳给药方案对人类细胞和检查如果这个方法是有用的 体外振兴人msc。

替代振兴细胞不依赖多能性基因也存在,这可能是更可取的进一步减轻肿瘤发生的风险。一个选择可能是改变水平的有益或有害的microrna在移植前培养的msc。例如,冈田克也等人公布了mir - 195中扮演着重要角色在诱导衰老小鼠骨骨髓来源msc通过抑制端粒酶的表达( 156年]。当作者抑制mir - 195,端粒长度与细胞增殖增加相比,控制细胞。最重要的是,使用鼠标的急性心肌梗塞模型,作者表明,当新生细胞移植导致减少梗塞大小和改善左心室功能。

相反,upregulation某些分子,如mir - 543和mir - 590 - 3 - p也可能是有用的在预防衰老的抑制作用在衰老出现在msc ( 157年]。SIRT1的Upregulation河畔⁺端依赖脱乙酰酶,也已被证明能够防止MSC衰老可能通过增加端粒酶活性,减少DNA损伤( 158年]。引人注目的是,超表达端粒酶和myocardin年龄小鼠msc导致改善治疗效果在后肢缺血模型,使用时的刺激arteriogenesis和增加血流量( 159年]。无论特定因素调节或表达下调,应该强调,任何方法,改变监管机构的衰老,端粒长度和/或多能性需要广泛的调查,以确保复兴msc并不增加肿瘤发生的成本。

截至2018年5月,目前有82个活动和招聘试验涉及“间充质干细胞”上市ClinicalTrials.gov仅在美国,除了44已经完成的研究;此外,也有27个主动/招聘试验涉及与9间充质基质细胞已经完成。这些正在进行的研究,大多数目前在第一阶段第二阶段试验。鉴于这些可观数量的试验和他们的早期阶段,它将是至关重要的辨别,如果任何模式的负面影响可以发现MSC临床试验中为了开发有效的解决这些问题。这些试验所涉及的风险在一定程度上依赖于msc(图的给药途径 1)。

的风险包括系统性注入MSC、涵碧楼等人进行了一项临床试验的荟萃分析自体和同种异体MSC和总结出这条路线的政府似乎普遍安全分析没有发现任何重大关联MSC注入和急性毒性,感染、器官系统并发症,恶性肿瘤,或死亡 160年]。然而,一个重要的协会与瞬态热在一些病人。其他研究也发现了寒意,感染,和肝损伤的潜在不利影响的系统性管理( 161年, 162年]。涵碧楼等人也评论经常缺乏长期不良事件报告随访时间研究他们检查并指出至关重要,未来的研究调查短期和长期不良事件鉴于实验细胞疗法可能带来严重的长期后果( 如。,免疫并发症,导致/增强肿瘤增长)。有利风险缓解,然而,有证据表明,msc,注入系统通常不存在长期( 163年]。也有利,13个研究调查的涵碧楼等人,无与伦比的同种异体msc、没有报道急性infusional毒性。这些调查结果预示着系统管理治疗需要大量的细胞无法获得从一个病人和患者自身的msc的情况可能是功能不足和/或无法访问由于潜在疾病。

不管,而msc自己出现一般安全的系统性输液,生物和化学相关的组件 体外文化和存储的msc,如胎牛血清(的边后卫)和二甲亚砜(DMSO)可能引入风险在临床使用msc。这样的组件需要谨慎由于传染病污染的可能性,免疫原性和/或infusional毒性( 164年, 165年]。关于人畜共患担心的边后卫,这种风险可以通过使用人类血小板溶解产物的边后卫的支持 体外增长的msc ( 164年, 166年]。

风险及其相关挑战关于实验干预涉及当地注入msc和植入工程组织目前没有那么明确相比更常用的系统性管理通道。目前,挑战与这些方法往往与第一个建立临床显著的功效,以证明这些更侵入性程序。对局部注射一些关键挑战包括维持细胞生存能力,增加MSC永久注入后,交付到一个特定的位置和优化( 161年, 167年, 168年]。在这方面,迅速在胶凝可注射水凝胶针对msc在维持生存到特定的解剖位置和注射延长治疗作用[ 169年]。目前,调查生成工程组织主要是集中在确保类似的功能,本地组织(或者至少,类似足以治疗有用)。关键的挑战包括优化分化过程,开发有效的支架材料,并确保足够的成熟新生的组织通过化学和机械信号( 73年, 170年, 171年]。,根据组织类型及其维度,血管化的问题前或postimplantation还必须解决为了保护功能,避免ischemia-induced炎症。作为本文前面讨论的,使用msc自己可以在这方面给他们proangiogenic信号和本地血管周的表现型。表面上,一些工程组织可能组成的最佳MSC-derived终末分化细胞以及血管生成未分化的msc,为了充分利用他们的分化和血管生成的能力。

努力去理解和利用msc治疗使用引起了多方面的视图到这些细胞的功能,尽管有时非线性甚至偶然的方式。与许多其他药物和细胞疗法临床成功一样,在全面了解治疗机制(s)首先是建立在临床工作,msc有非凡的成功,尽管他们有限的理解 在活的有机体内在正常生理条件下功能。进一步改善和建立在这些早期的成功,未来的工作将需要针对这些细胞的理解更微妙的方面。正如前面提到的,这将在一定程度上涉及发展的一种改进的理解差异msc在不同解剖位置和存在的异质性在这些亚种群中,除了执行严格的调查功能细胞分化从msc和本地终端细胞之间的差异。通过构建身体的MSC研究已经得出了到目前为止,在下游可以减轻临床应用和潜在风险的治疗潜力MSC可以进一步扩大受益患者在广泛的临床设置。