文摘
人体皮肤是一个不同寻常的器官,维持整个生命的侮辱和伤害。皮肤迅速修复伤口的能力生存是至关重要的。随着全球人口老龄化,加上上升的流行疾病如糖尿病、慢性伤口是一个重要的生物医学的负担。间充质干细胞(MSC),中胚层祖细胞群的血统,已被证明是在炎症环境中重要的介质。临床前研究MSC在各种动物的伤口愈合模型指向一个公认的治疗方法。本文探讨了证据表明MSC加速伤口愈合的临床和临床前研究并控制其疗效的可能机制。细胞疗法的群众带来了许多挑战从安全、伦理、和监管的观点。周围的一些问题MSC作为药用产品的引入也划定综述。
1。介绍
慢性伤口是一个重要的生物医学的负担。在美国,超过600万美国人遭受慢性伤口,年度成本估计为每年250亿美元(1]。在欧洲,几乎2%的卫生预算用于管理慢性伤口(2]。
伤口愈合是一个复杂的过程,发生在三个不同的,然而,重叠的阶段:炎症、细胞增殖和重构3]。成人皮肤伤口修复的特点是高度进化的fibroproliferative应对受伤,迅速恢复皮肤屏障,从而减少感染的风险,进一步损伤。多形核细胞炎症阶段的特征是大量单核细胞/巨噬细胞。巨噬细胞分泌的生长因子和细胞因子白细胞介素等伤口愈合所必需的TGF -β和肿瘤坏死因子。这些生长因子刺激,治疗继续增殖阶段,由纤维素增生、矩阵沉积,血管生成,reepithelialization。重构是一个动态的阶段中各种胶原蛋白不断沉积和降解4,5]。
慢性伤口时发生的失败受伤皮肤进行有序和及时的过程产生的解剖和功能的完整性。诱发因素包括营养不良和免疫抑制,慢性伤口通常被视为糖尿病及血管妥协的结果。目前技术管理慢性伤口通常关注修改控制诱发因素:抗生素治疗感染的伤口,减压的卧位区域,缺血性四肢的血管再生和压缩服装静脉功能不全(6,7]。外科清创术和负压伤口治疗通常采用技术但仍然是一个次优的治疗由于该方法所需的冗长的恢复时间。皮肤替代品的出现增加了我们的医疗设备治疗这个艰难的条件下,但迄今为止没有理想疗法治疗麻烦,慢性伤口。尽管巨大的进步医疗和营养导致值得称道的变化在慢性伤口的结果管理、新疗法在这个领域需要优化的结果对我们的病人。干细胞自我更新与他们独特的属性进行分化,正在成为一种很有前途的候选人为细胞治疗慢性伤口的治疗。
“干细胞”一词指的是各种不同的细胞类型有两个关键特征:自我更新和分化成不同类型的细胞的潜力。成体干细胞不限于相同程度由低可用性和伦理问题限制胚胎干细胞的使用,从而使他们的理想细胞类型组织再生的应用程序。的各种各样的成人干细胞被描述在文献中,两种类型的特殊的意义在慢性伤口的设置:组织工程从骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)和脂肪基质细胞(对asc)。骨髓来源是第一个被报道含有msc (8]。然而,这些细胞的隔离是充满了相当大的施主能级低发病率和细胞产生。对asc代表一个类似multilineage潜力的细胞类型。他们是独立于脂肪组织的间质血管分数后消化和离心步骤(9]。2001年,祖克等人证明,人体脂肪来自人类lipoaspirates包含multilineage干细胞,这已经被证明有可能进行脂肪形成,骨,软骨形成,肌细胞生成在体外和在活的有机体内(10- - - - - -14)(图1)。
干细胞提供巨大潜力提高损伤后组织修复和再生。干细胞生物学的迅速发展的领域和皮肤组织工程创造了平移小说的发展机会干细胞伤口愈合疗法显示有前景的结果在临床前和临床试验治疗慢性伤口。在本文中,我们评估当前的证据成人干细胞治疗慢性伤口愈合和他们的应用程序。
2。方法
2.1。数据源和搜索
主题“间充质干细胞”和“皮肤伤口愈合”是研究决定重大问题(概念映射)。,搜索策略是使用以下关键术语:设计(间充质干细胞或MSC或基质或脂肪派生)和(皮肤伤口愈合伤口修复或燃烧)。使用这些关键词,电子书目搜索是在MEDLINE和中部进行对照试验(Cochrane中央寄存器)从开始到11月31日,2012年。限制每个搜索排除非英语引用。所有相关出版物的引用列表是寻找额外的文件。手搜索关键的期刊进行和相关会议上也被检查。
2.2。研究选择
包含和排除标准选择表中列出1。分阶段回顾文章标题和摘要进行选择所有符合入选标准的研究。研究的摘要满足入选标准检索和全文进行了分析。论文,使用动物模型,选择全文检查表中列出2。
2.3。数据提取、合成和分析
数据提取和质量进行评估,用下面的变量被记录从每个研究:细胞来源,表征技术,收件人,损伤模型,细胞输送技术,伤口愈合的结果。我们最后的论文包括分析异构的方法和结果,因而阻碍一个正式的汇总分析(图2)。因此,叙事的结果进行总结。
3所示。结果与讨论
msc nonhematopoietic基质细胞有能力multilineage分化显示巨大的潜力为临床治疗慢性伤口的翻译。成人msc被孤立的从不同的网站,包括骨髓、脂肪组织、羊水。使用成人msc提供了一个方便的多功能前体细胞来源,可能会避免与其他类型的干细胞相关的伦理问题,特别是胚胎干细胞。另外,干细胞移植与产后绕过可能发生免疫排斥的可能性与其他细胞类型(65年]。
对asc和BM-MSCs分享许多共同特征,包括multilineage分化潜能(图1),形态学、端粒酶活性和基因表达(14]。此外,他们共享一个相似的表型细胞表面标志;然而,一个明确的配置文件,这样就可以让潜在隔离的msc尚未牢固确立。对asc在一般情况下,被认为是CD45−CD235a−CD31−CD34 +、CD106的积极性和CD36区分他们从BM-MSCs [66年,67年];然而,我们发现多种细胞表面标记用于定义这些细胞在报纸上我们检查。
3.1。皮肤伤口细胞模型和处理技术
啮齿动物模型中使用78%的论文评估,切口,切除,烧伤伤口用来评估治疗(图3)。大多数的研究基于总检查伤口面积测量愈合。啮齿动物通常用作伤口愈合的临床前动物模型研究。啮齿动物伤口愈合研究的有吸引力的候选人,因为他们的可用性、低成本、易于处理。然而,啮齿动物模型已经被批评因为伤口关闭的主要机制是收缩,而在人类reepithelialization和肉芽组织形成的主要机制是(68年]。小说的出现伤口用夹板固定模型,利用硅树脂夹板在啮齿动物,使得为一个精确的、可再生的模型伤口愈合的伤口愈合,促进了“人性化”通过造粒的过程和reepithelialization [68年]。
(一)
(b)
35的文章被确定收获BM-MSCs 22对asc使用。论文之间的直接比较的缺点之一是缺乏统一的电池隔离和交付方法用于研究。细胞隔离,研究采用各种技术使用新鲜分离细胞,有或没有潜在隔离使用流式细胞仪,亚群或时期在体外扩张。缺乏一个标准的细胞表型和标准电池隔离协议的一个主要的限制是阻碍翻译成人干细胞疗法。值得注意的是,成人干细胞代表异构的细胞群和有趣的亚种群在这些隔间缺席在某些条件下,如糖尿病,功能干细胞必须充分治疗条件(69年,70年]。此外,重要的是要注意,细胞表面表型可以接受明显的表型漂移后一段在体外文化扩张,从而改变的能力预期隔离multipotential亚种群,也许改变它们的分化潜能的细胞在活的有机体内(71年]。因此,重要的是,开发标准化的协议,以便临床翻译这些研究。
除了变化在细胞隔离技术,细胞交付方法的成体干细胞也列举了文学。局部和全身交付方法已被证明是有效的。对于本文的目的,我们认为是局部,皮内注射,和皮下交付“本地”和肌内parabiotic和静脉注射“系统性”(表2)。本地应用程序与syringe-spray系统是目前临床试验中被利用的方法72年,73年]。重要的是要知道仿生支架的选择在推动适当的组织再生中起着举足轻重的作用在活的有机体内。从细胞外基质(ECM)在指导各种生物过程中扮演着重要角色,创建一个支架,模仿正常ECM应加强组织再生。因此,生物工程的进步导致了无数的细胞传递机制和各种支架,再次使方法之间的比较困难55,74年,75年]。当地环境,包括邻近细胞,可溶性信号分子,ECM,机械力量,氧张力,和其他因素,是至关重要的,使干细胞维持他们的再生潜力(76年]。正在进行的研究将继续识别新技术将细胞疗法具体位置以提高细胞生存和功能,通常在一个充满敌意的伤口环境(77年,78年]。
3.2。伤口愈合的结果
所有的文章包含在本研究评估时间利用成人干细胞治疗在伤口愈合。所有的研究证明加速伤口关闭和增强组织学参数与MSC治疗伤口治疗,无论细胞隔离或交付方法。
尽管缺乏标准化组织规模评估皮肤的伤口愈合,胶原沉积,新血管形成,细胞渗透被认为是代表特性。所有研究报告确定组织学检查发现提高伤口愈合伤口的治疗与msc与控制[17,31日,47,55,57,79年,80年]。观察到的特定功能包括增加招募巨噬细胞(21),增加血管生成(55,62年),恢复皮脂腺和毛囊(55]。
许多研究试图评估msc移植后伤口环境中持久性和证明msc坚持伤口长达几周后移植(17,31日,33,44]。各种机制研究了提高细胞移植后生存和通常涉及改变仿生支架输送系统(55]。
3.3。临床前研究
大多数的研究评估msc在伤口愈合的作用进行临床前动物模型。外生msc在损伤修复中的应用已被证明是治疗在动物模型。几项研究考察当地注入小鼠msc切口完整的小鼠模型厚度伤口愈合一直显示时间加速伤口关闭(21,62年,81年reepithelialization)与血管生成增加,招聘的髓细胞到伤口。骨髓间充质克服遗传操纵敌意伤口环境正成为一种新的方法来提高细胞生存和增殖,最终加速伤口愈合动物模型(82年]。这是特别重要的设置糖尿病及血管的伤口,局部细胞因子的水平不足以实现正常的伤口愈合。
系统性的成体干细胞也被证明在皮肤伤口模型加速伤口愈合。每天换一次管理2×106受伤导致显著增加细胞/ 4天后伤口强度在天7和1449]。在一项研究中,MSC-treated伤口恢复了52%的正常皮肤抗拉强度而未经处理的控制恢复31%的拉伸强度比未受伤的皮肤移植后80天(17]。
而系统性的msc在受伤部位沉积的细胞,细胞移植和生存受到了一定程度的限制。这导致了大多数的小说研究机制,本地交付成体干细胞提高伤口愈合。最终,这产生了巨大的干细胞研究人员和工程师们之间的合作,并导致大量细胞输送系统的出现提高伤口愈合。理想情况下,确定最佳策略细胞传递,直接比较各种细胞输送系统是必需的。
3.4。临床研究
目前,有四个发表临床研究使用MSC在皮肤伤口愈合24,83年- - - - - -85年和少量的单案例研究86年]。临床前和早期人体试验确定综述表明,msc加速伤口闭合,抗拉强度增加,细胞因子,促进了生产和血管生成。2007年,Falanga等人证明了加速人类受试者(急性手术伤口愈合的)当BM-MSC交付处理纤维蛋白喷雾(24]。伤口检查和组织学显示,至少有一些msc迁移到伤口床的上层和分化成纤维母细胞表型。慢性静脉和糖尿病溃疡的伤口也检查()和显著减少大小16周后三个观察局部应用msc。
第一个随机研究人类是由冲等人在2009年,那些肌肉或皮下注射BM-MSCs相比标准伤口护理在慢性伤口无法愈合84年]。显著降低溃疡大小观察治疗组。Yoshikawa等人介绍了msc浸渍到胶原蛋白海绵局部20慢性伤口和记录完全关闭13例(87年]。另一个案例系列检查3慢性皮肤溃疡患者[83年]。在这项研究中,患者接受当地BM吸入除了3与培养BM-MSC额外的治疗。所有患者显示临床改善他们的伤口后几天内管理骨髓吸入或培养的骨髓细胞。伤口显示减少伤口大小,整体稳定和增加皮肤的血管分布和真皮厚度伤口床是组织学方法建议。没有不良事件相关的骨髓吸入或所培养细胞83年]。因这些早期临床研究,一些试验目前正在招聘,将检查BM-MSC疗法在糖尿病患者的长期疗效和静脉溃疡73年,88年,89年]。
3.5。的作用机制
真正的msc在加速伤口闭合的作用机制并不完全理解。目前的想法是,msc可以提高伤口愈合主要通过两种机制:通过提供必要的线索通过炎症介质的释放,为伤口愈合在一起关键细胞因子和生长因子,除了细胞自身参与伤口愈合的过程中,最终分化成所需的细胞类型(图关闭伤口4)。
研究进行了在体外和在活的有机体内研究表明,移植msc可以驻留的分化成细胞组织,修复受损组织,至少部分恢复其正常功能(90年]。马等人证明在体外msc分化成一个多层epidermis-like结构表达了表皮标记cytokeratin-10和栏目91年]。在临床研究中,盛等人证明了复苏的汗腺功能MSC移植后在啮齿动物皮肤切除伤口(57]。除了其分化能力,越来越多的证据表明msc分泌能力的旁分泌调节当地环境和促进伤口愈合的因素(92年]。具体来说,msc可以显著减少促炎细胞因子在急性期的生产高水平可以有害的组织和移植后再生阶段(93年]。蛋白质阵列显示条件媒体MSC文化包含各种细胞因子和趋化因子等引发,il - 6, TGF -βVEGF,所有这些都是至关重要的正常伤口愈合(94年]。
msc已被证明通过增加血管生成促进伤口愈合,reepithelialization和肉芽组织的形成(图4)。msc keratinocyte-specific标记和高水平的表达血管内皮生长因子,而这表明msc分化和释放促进伤口愈合的proangiogenic因素。然而,其他研究已经表明,静脉注射(IV)注入老鼠体内诱导MSC分化转化为角化细胞,内皮细胞,在皮肤伤口周围的周。当人类BM-MSCs被应用于小鼠的全厚皮肤缺损与IV MSC管理,所有伤口愈合没有疤痕或收缩95年]。
最近的一个假设是,msc的周,支持细胞血管(65年]。这一假设提出了一个有趣的这些细胞与血管生成之间的联系,伤口修复的关键组成部分(65年]。
3.6。安全与监管
尽管快速进展评估msc在伤口愈合的功效,许多问题仍然需要解决。缺乏标准化的隔离和交付机制msc的存在。不确定性依然存在,如何最好地确定一个理想的程序msc和新鲜孤立的细胞是否优于细胞,经过一段时间的文化扩张在体外。
所有这些动物移植研究的发现表明,msc可以促进伤口修复和再生疗法的可以提供细胞来源。然而,进一步的研究是必要的广泛研究不仅msc还构成了微环境的关键因素,支持这些细胞的存活和分化。这将使我们能够确定的程度msc在伤口环境作为多功能细胞或分泌因素的来源。本研究也将这种异质细胞类型划分为更多不同的和功能性的亚种。
细胞疗法的临床翻译的主要障碍是其使用的安全性和监管。安全问题是明显的在所有阶段从隔离到政府(图5细节隔离工作流)。从临床前研究的过渡在活的有机体内模型的临床领域代表了一大步。msc治疗模式的操作必须按照良好生产规范和食品及药物管理局的规定和/或欧洲药品局。必须解决的其他障碍包括需要开发合适的胎牛血清血清媒体的这些细胞是不建议用于临床治疗由于污染和感染的风险96年]。
3.7。未来的发展方向
其他方法都集中在交付MSC与质粒转染与基因或悬挂或生长因子如ectodysplasin,碱性纤维母细胞生长因子(bGFG),或人类肝细胞生长因子(97年- - - - - -One hundred.]。汗腺和热损失严重的热损伤后监管已经有问题的区域因涉及的多个胚芽层组织再生。移植MSC与ectodysplasin转染基因与汗腺结构的发展,到烫伤爪子的老鼠被证明是有益的在汗腺再生(97年]。每个老鼠收到完整的厚度燃烧在每个后爪,30分钟后收到1×10的皮下注射6人类BM-MSCs ectodysplasin转染。对待动物表达汗腺表型、cytokeratin-14和癌胚抗原(CEA)和阳性的汗水97年]。
随着知识在组织再生的扩张,研究人员正在探索的协同效应结合各种方法,如增加细胞疗法,与其他生长因子结合交付支架上,可以控制细胞和因子的释放率在伤口(48,50,101年]。
4所示。结论
干细胞拥有一个独特的自我更新和分化能力,使他们更有吸引力的细胞的细胞疗法。伦理问题限制了使用胚胎干细胞在再生医学,临床翻译和当前的焦点在于成体干细胞。成体干细胞是一个令人兴奋的来源对于伤口愈合应用程序,由于主要是相对轻松的收获和产生大量的细胞的能力。在这次审查中,我们发现成体干细胞在治疗慢性伤口展示巨大的承诺。研究评估对asc BM-MSCs的作用,在治疗慢性伤口展示通过多种机制加速伤口愈合。
每一次新的科学进步,科学家和医生有责任指导和教育公众任何拟议疗法的优点和缺点。夸大潜在益处基于不完整的证据只能削弱公众的信任在医学界,妥协更令人担心的是,病人的安全(102年]。目前,临床翻译成人干细胞治疗慢性伤口的阻碍了细胞特征,缺乏标准化的协议隔离和移植。
值得进一步关注的领域包括建立一个更全面的理解信号网络,可靠地导致健壮的新组织的形成,加上明确的细胞表面标记的识别形象。
广泛的临床使用,尽管目前局限性BM-MSCs对asc和非常有前途的治疗慢性伤口的细胞来源。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者想感谢Sanja Trincki平面设计。本研究支持PRTLI-5和爱尔兰输血服务。