骨骨髓来源间充质干细胞:膀胱的当前和未来的应用

文摘

间充质干细胞可以从几乎任何孤立的成人组织。在本文中,我们专注于骨骨髓来源间充质干细胞已引起了研究人员的兴趣,因为他们的介绍,因为有前途的组织再生和修复的潜力。他们最为人所知的自我更新能力和分化成不同的血统,同时保持较低的免疫原性。这些细胞如何工作背后的确切机制仍不清楚,有一个持续的转变模式,支持他们。在多个器官系统有广泛的研究;然而,genitorurinary系统已经大大弱势。本文讨论背后的背景骨骨髓来源间充质干细胞,他们目前正在应用于膀胱在组织工程领域。我们还假设他们的未来应用在其他器官系统基于当前文学。

1。介绍

骨髓间充质干细胞(msc)是首次发现在1960年代通过欧内斯特·麦克洛克和James e .直到作为一个克隆的细胞来源进一步使用(1]。进一步的实验在80年代和1970年代Friedenstein等人扩展的潜力msc通过展示他们的自我更新能力和multilineage分化2,3]。在随后的几十年广泛的研究已经进入解锁msc的治疗潜力。

干细胞是由他们的力量,能够分化成多种细胞和细胞谱系。胚胎干细胞,正如它们的名字所暗示的,是培养从囊胚的内细胞团在早期胚胎发育和收到了大量的关注由于其潜在的滥用和道德的考虑4]。这些细胞是未分化的时候收获,因此多能有发育成任何类型细胞的能力。msc是成人干细胞从骨髓中分离出不仅,而且从大多数成年组织包括脂肪、肝脏、羊水,肺癌、骨骼肌和肾脏。然而,骨髓的一个优点是这些细胞的培养。此外,其分化为骨细胞,脂肪细胞,软骨细胞,肝细胞,细胞被广泛的特点,进一步分化成心肌细胞和神经元的可能性5- - - - - -8]。更多最近的调查表明,msc可以分化为内胚层的血统(7,9]。

原因有很多研究人员被msc迷恋。虽然只有一小部分细胞在骨髓msc,它们很容易孤立的,因为他们的亲和力和坚持塑料(3,8]。即使少量的MSC可以乘到数以百万计的细胞在适当的培养条件。广泛的协议已经划定了培养干细胞在多种动物,包括人类。msc不表达MHC II nonimmunogenic呈现它们,因而阻碍了需要终身免疫抑制同种异体的移植(7]。同时,静脉注射允许安全、快速和简单的移植,F msc进入宿主(10]。

目前有119的临床试验或将涉及msc (http://www.clinicaltrials.gov/)。虽然取得了很大进步在板凳上的翻译研究进入临床实践,还有很少了解的确切性质的msc描述。目前没有通用的标记识别msc或描述他们的亚种群,因此一个标准化过程很困难11,12]。此外,似乎有一种差异的行为在体外扩大msc和新鲜,非操纵msc及其微环境相互作用[13]。

1.1。提出了修复和再生机制msc

因为msc分化成各种细胞系所指出的,它最初被认为msc行动的机制是通过移植和分化成受伤的组织。事实上道msc已确定在肺部受伤的网站(14),肝脏(15,心10)、肾(16),和大脑17)有一个关联的改善功能。有很多的报告系统注入msc导致功能改进基于这种模式的移植和分化;然而,被质疑为临床相关(14,18]。不仅很难证明广泛移植的细胞,而且许多细胞都被困在肺部系统性注射后(10,18]。此外,长时间反应疗效后被指出识别msc已经停了。因此,很明显,另一个机制即msc对赔偿的利益存在。

广泛的研究已经完成显示msc改造能力受损心肌梗死后心脏组织(10),改善肺纤维化反应的疾病(19),和促进修复脊髓(20.),骨和软骨损伤。上述伤害的品种在底层性质(缺血、纤维化、骨折等)是,msc在修复模型的基础是他们的能力来识别损伤的网站通过各种分泌趋化因子(21]。

因此,研究其他机制的msc可以开始发挥他们的作用,这是现在认为的旁分泌“营养活动”(22)提供了再生微环境的msc。msc分泌生物活性材料的反应损伤可以减轻炎症反应,并进而减少损伤和促进修复(22,23]。这种分泌作用不仅通过直接启动细胞内途径,而且通过间接煽动另一个细胞的分泌功能活性剂(24]。抑制细胞凋亡,疤痕形成,促进血管生成,以及刺激受伤组织分化成再生单元,是下游这种生物活性药物的结果。

1.2。免疫调节反应

最近,msc也有一个在活的有机体内免疫调节作用,特别是在移植物抗宿主病(11,25]。广泛的在体外研究表明,msc导致抑制TNF -α和正α生产与il - 10,从而限制Tcell扩张(22]。通过前列腺素E₂,msc可以抑制自然杀伤细胞增殖和细胞毒性在体外以及引导单核细胞和成熟的树突细胞未成熟树突状细胞状态,使他们更容易降解的自然杀伤细胞(25]。

另一组观察msc的促炎细胞因子的反应干扰素-γ或结合TNF、il - 1α,il - 1β,发现msc分泌化学引诱物为T细胞以及诱导一氧化氮合成酶。后续生产一氧化氮抑制T细胞激活(26]。然而,这种T细胞抑制机制不存在在所有物种中,虽然人类和猴子msc没有诱导一氧化氮合成酶,T细胞仍压制在一个不同的方式(26]。

很可能的组合的旁分泌活动msc和细胞直接接触的msc可以修复和免疫调节作用。他们对损伤的反应没有入侵生物产生负面反馈循环阻碍否则过度的炎症和免疫反应中产生许多疾病(18]。正是从这一知识,许多临床实验在体外和在活的有机体内进化和促成了msc被应用的广度和多样性。

2。间充质干细胞在膀胱

为研究利用msc,取得广泛的信息到msc可以应用的场所。msc的应用已经建立在多个器官系统,尤其是肌肉骨骼,血管,和网状内皮组织的,但是似乎更少在泌尿系统已经完成。在本文中,我们将重点研究和应用程序msc专门的膀胱。

组织工程在骨重塑,首次启动的概念应用msc脚手架和植入到骨修复网站(22]。在膀胱,最初的兴趣都集中在组织再生的希望让一个自体膀胱扩张与规避的多重障碍与enterocystoplasty相关联。然而,随着越来越多的信息分化潜力,成功的基因治疗和免疫调节的进展,骨髓间充质膀胱的潜在的应用研究也增加。

2.1。组织再生

膀胱组织再生的理想应用是开发功能性膀胱患者膀胱先天性或后天的缺陷。目前,这意味着增加一个不兼容的,纤维膀胱,膀胱部分切除重建或从肠真正创建一个水库。没有惊喜,msc发现进入该领域,目前正表现出极端的承诺作为移植细胞来源的发展。

组织再生的重要进步是决定msc可以感应到组织中特定的分化。msc在条件培养媒介获得平滑肌细胞表型,染色积极为alpha-smooth肌肉肌动蛋白、肌球蛋白,calponin [27,28]。培养的其他肌原性的生长因子也可以导致表型的平滑肌(27,29日]。尿道上皮也能导致间质为平滑肌分化,(30.]属性,将为未来的体内MSC研究是非常有用的。

以前被认为只msc分化成基质组织。然而,最近的报告令人鼓舞,在适当的环境中,msc的内胚层的分化能力(9,31日,32]。异种移植msc和胚胎膀胱间质肾被膜下孵化和6周后显示膀胱结构,包括MSC-derived尿道上皮和平滑肌lumenoid腔(31日]。田等人也能从msc诱导移行细胞分化在移行细胞cell-conditioned介质(9]。另一组惊奇地发现标志着移行细胞细胞获得理学硕士学位播种SIS(小肠黏膜下层)移植的猪膀胱扩张表明MSC transdifferentiated进入泌尿道上皮细胞(33]。

涉及膀胱组织再生研究主要集中在使用的基础矩阵与细胞或离开非种子的播种体内渗透(9,27,34,35]。首次尝试阻碍了可怜的支架材料和细胞不会导致创建平滑肌收缩和合规所需组件描述膀胱。msc,原因很多前面所讨论的那样,成为一个非常有前途的组织再生的细胞群。Kanematsu等人将GFP-labeled msc移植到致命辐照小鼠骨髓间充质一个非细胞矩阵,确定招聘嫁接的圆顶大鼠膀胱8周后。两周内填充的msc被贪污和12周后不仅重建了平滑肌细胞层,还诱导原生平滑肌细胞渗透贪污的(27]。最近的调查研究的生物可降解支架包括小肠黏膜下层(36](SIS),基于弹性聚(1,8 octanediol-co-citrate)薄膜(35),和3 d nanofibrous支架(34)播种与骨骨髓来源基质细胞与有利的结果。

后确定SIS作为细胞的合适的矩阵播种和膀胱扩张(37),张等人相比MSC-seeded SIS膀胱平滑肌梗塞部位SIS在体外和体内和表明,msc类似的细胞增殖,收缩表型和组织学外观平滑肌细胞(36]。移植显示良好的渗透的msc alpha-smooth肌动蛋白的阳性染色。然而,增加的只有两个没有显示收缩(MSC播种,平滑肌细胞播种)限制的体内功能解释这项研究。提高膀胱重建和前面提到的SIS膀胱增强在老鼠模型中(38]。

田等人能够msc分化成平滑肌细胞在nanofibrous 3 d poly-L-lactic酸支架。多孔结构允许一个有利的微环境对SMC分化和再生,甚至显示毛细血管形成皮下孵化(一个月后9,34]。自msc已经确定了潜在的种子细胞来源支架,支架的搜索仍在继续,是最的功能与膀胱。Sharma等人最近评估一种新颖的合成弹性支架与msc播种和增强大鼠膀胱(35]。10周后收获贪污显示一个健壮的、trilayered架构与保留柔软而不结果实的贪污(35]。移行细胞层由当地从本机鼠膀胱长在肉内;然而,格式良好的平滑肌束再生msc。此外,它是觉得MSC-pseeded支架允许重复收缩和扩张导致msc刺激平滑肌分化的成熟(34,35]。所有这些结果都有前途,还有特殊的热情在膀胱组织工程领域前沿与msc供者细胞。

2.2。修复和纤维化

像看起来那样令人兴奋的使用msc新创组织再生,更有前途的应用msc在组织重建和修复。几个模型肺纤维化的心,和肝脏利用msc调制纤维化反应。老鼠CCL四氯化碳(处理₄)或二甲基亚硝胺(静)诱导实验性肝纤维化相似人类系统管理的msc。控制相比,大鼠msc显示处理不仅和改善生存,而且改善胶原蛋白沉积,纤维化指数,改善肝功能15]。奥尔蒂斯等人的肺组织纤维化反应评估博来霉素msc的和没有治疗(19]。再次指出是一个改善炎症和纤维化在对博来霉素MSC-treated老鼠。老鼠用msc治疗也指出减少表达基质金属蛋白酶2、9。在两种模型,早些时候政府侮辱后的msc导致纤维化最伟大的进步。

很少有研究调查msc的招聘执行一个受伤的膀胱模型。膀胱纤维化是一个倔强的膀胱出口梗阻的效果,会影响儿童和成人。在部分膀胱出口阻塞模型中,田中等人显示招聘的骨骨髓来源的细胞在膀胱上皮和间质层(39]。GFP-labeled胎儿肝细胞被用来重新辐照小鼠的骨髓,和GFP-positive骨骨髓来源的细胞被隔离在12周后纤维膀胱部分阻塞。有一个增加表达的趋化因子CCL2梗阻性膀胱与其他器官纤维化有关。本研究建立了一个平台,进一步调查的角色msc在膀胱纤维化的条件和确定关键因素在msc的招聘受伤的膀胱。

意外的结果改进cryo-induced受伤后重建膀胱是一项研究中指出,寻找羊水msc和骨髓msc分化成平滑肌细胞(40]。集团msc移植到网站直接损伤的大鼠膀胱,但只发现少量的msc分化成平滑肌细胞导致修复过程。相反,他们发现减少肥大,一般结果这样一个受伤后的再生(40]。他们的研究结果进一步支持角色的转变的msc移植在修复和分化的支持和中介。

2.3。基因治疗

另一个应用程序的msc在基因治疗领域。msc已成为潜在的转基因产品的交付,因为车辆的特点组织特定的归航,长寿命,低免疫反应(潜力13]。在其他方法中,病毒载体用于转基因的引入。Lentivirus-transduced鼠msc得以维持在体外multipotency和msc随后被确认在活的有机体内在最低限度受伤移植小鼠(41]。基因改性的msc被利用在活的有机体内在各种遗传神经和血液疾病以及心血管疾病、肌肉骨骼疾病和肿瘤的生长(13,42,43]。

使用msc在急性肺损伤模型研究还表明,msc注射内毒素损伤后显示减少水肿,血管损伤,和肺动脉高压(44]。另一组继续用而感染msc (Ang-1)的一个重要中介发生在肺部的病理变化反应损伤(45]。老鼠接受MSC-Ang-1甚至都有了明显的改善在老鼠msc独自处理关于lipopolysaccharide-induced肺损伤。增加表达Ang-1发现与转染小鼠msc和持续14天,直到牺牲45]。

抄录这些模型膀胱纤维化、抗肿瘤治疗或间质性膀胱炎当然不是很难想象。进一步增加表达一种物质能够调节细胞外基质可能提高纤维化已经假定衰减由msc。潜在的靶向化疗预防复发的浅表膀胱癌可以替代膀胱内的治疗。基因疗法改善粘多糖(GAG)层膀胱上皮间质性膀胱炎患者的病因可以提供进一步的信息混杂的临床问题。

3所示。结论

msc继续吸引研究人员每天5 - 10篇论文关于msc被出版。生化途径的进一步说明,导致他们的特定的归航轨迹的各种受伤的网站将是至关重要的未来的研究工作。标准化的培养技术和识别注入msc将复制所必需的工作。泌尿生殖系统在特定领域的msc保持承诺的未来组织工程,纤维膀胱的治疗,基因治疗。

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