间充质干细胞治疗皮肤纤维化疾病

间充质干细胞、免疫细胞、外泌体源头实验室

间充质干细胞是具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞, 存在于脂肪、骨髓和脐带等多种组织中, 能通过直接分化或旁分泌的方式发挥修复组织缺损、促进血管生成、免疫调节、抗纤维化等多种作用。间充质干细胞在抗衰老、毛发/组织再生、创面愈合、抗纤维化等多个方面已有较为深入的研究, 效果与安全性良好。

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。存在于成体组织中的干细胞统称为成体干细胞,在维持稳态、组织修复和再生等过程中发挥关键作用。其中, 间充质干细胞(MSC)是一类能贴壁生长, 具有特定表面标志物, 并能够向骨、软骨和脂肪细胞分化的成体干细胞,最常见的来源是骨髓、脂肪、脐带等。间充质干细胞来源广泛, 获取容易, 因此得到了广泛研究与应用。

间充质干细胞治疗皮肤纤维化疾病

 

皮肤纤维化病变

皮肤纤维化是一种常见的皮肤病。皮肤纤维化通常是指皮肤出现损伤后而失去弹性以及出现活性病变的情况,也有可能是纤维结缔组织出现增多的情况,而导致细胞减少而引起皮肤纤维化的情况。皮肤纤维化目前病因尚不明确,但与紫外线、炎症等外界因素刺激有关。

1.抑制瘢痕形成

在皮肤纤维化病变(fibrotic lesion)中, 间充质干细胞可发挥抑制胶原合成与过度沉积的抗纤维化作用。在增生性瘢痕中, 使用间充质干细胞条件培养基冻干粉辅以多糖凝胶, 注射到兔耳增生性瘢痕模型中, 可降低平滑肌肌动蛋白α 水平,抑制瘢痕形成, 但高剂量可能导致伤口愈合延迟。

2021年福建医科大学附属协和医院整形外科的研究人员发表了题为Combination of lyophilized adipose-derived stem cell concentrated conditioned medium and polysaccharide hydrogel in the inhibition of hypertrophic scarring(冻干脂肪来源的干细胞浓缩条件培养基和多糖水凝胶在抑制肥大性瘢痕中的联合应用)的研究文章。

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该报告指出,基于间质干细胞的无细胞疗法已被广泛用于管理肥厚性疤痕。然而,在局部用药期间,低维持剂量和短暂的治疗效果仍然是一个棘手的问题。在此,该研究旨在优化脂肪来源的间充质干细胞培养基(ADSC-CM)在预防肥厚性疤痕方面的治疗效果。

间充质干细胞治疗皮肤纤维化疾病

图,16周时疤痕组织的病理切片。a, b 选择H&E染色来评估全厚皮肤切片。原始图像的比例尺为200μm,放大图像的比例尺为100μm。c 马氏染色显示胶原纤维的排列。比例尺为100μm

总的来说,ADSCC-CM由于其抗纤维化的作用,可以下调α-SMA的表达,并促进胶原纤维的重新排列,这对预防疤痕的产生是不可或缺的。ADSCC-CM和多糖水凝胶的原位交叉结合可以明显提高抑制疤痕增生的治疗效果。因此,ADSCC-CM和水凝胶的结合可能成为预防肥大性疤痕的潜在选择。

2.治疗人类瘢痕疙瘩的新方法

在瘢痕疙瘩成纤维细胞和小鼠移植瘤瘢痕疙瘩模型中, 注射间充质干细胞条件培养基可抑制细胞增殖, 增加细胞凋亡, 缩小移植瘤体积 。

新加坡国立大学的科研团队2020年在Stem Cell Res Ther.发表了题为Inhibition of growth of Asian keloid cells with human umbilical cord Wharton’s jelly stem cell-conditioned medium(用人脐带沃顿胶间充质干细胞条件培养基抑制瘢痕疙瘩细胞的生长)的研究报告。

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该报告指出,瘢痕疙瘩的形成发生在高加索人、非洲人和亚洲人中,对患者来说是一个严重的社会心理负担。由于对其发病机理没有正确的认识,所以对这个问题没有永久性的治疗方法。

此外,不同种族群体之间的瘢痕疙瘩行为差异也不清楚。有人假设,瘢痕疙瘩的行为像良性肿瘤,因为它们的生长不受控制。该研究评估了人沃顿胶间充质干细胞条件培养基(hWJSC-CM)对新鲜亚洲瘢痕疙瘩细胞(AKCs)的杀伤力。

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图:瘢痕疙瘩异种移植SCID小鼠的单独方案(首先在SCID小鼠中建立直径约0.3-6厘米大小的瘢痕疙瘩,并通过瘤内给药进行相应的治疗)。a(a) 将AKCs + HA注射到皮下部位以诱发瘢痕疙瘩肿瘤。a(b, c) 在第7天对来自AKCs + HA的瘢痕疙瘩肿瘤进行人类核抗原(HNA)染色。b(a-c) 对每只动物(n = 9)进行瘤内注射PBS、HSF-CM和hWJSC-CM处理。c 评估瘢痕疙瘩肿瘤体积和d肿瘤重量。所有数值均为至少三个独立实验的平均值±SEM。P

研究结果发现,qRT-PCR分析显示,FN1、MMP1和VCAN基因在AKCs中明显上调,ANXA1、ASPN、IGFBP7、LGALS1和PTN则下调。与对照组相比,体外暴露于hWJSC-CM的AKCs显示细胞活力和增殖明显下降,附件V-FITC+细胞数量增加,细胞周期在亚G1和G2/M期中断,CD标志物表达改变,抗凋亡相关基因下调,而促凋亡和自噬相关基因上调。当AKCs与hWJSC-CM一起施用于免疫缺陷小鼠时,与未经处理的对照小鼠相比,7只小鼠(n = 10)没有形成瘢痕疙瘩。当hWJSC-CM直接注射到小鼠的瘢痕疙瘩中时,30天后瘢痕疙瘩的体积和重量都有明显的减少。

hWJSC-CM在体外和异种移植小鼠中抑制AKCs的生长,它可能是一种潜在的治疗人类瘢痕疙瘩的新方法。

3.改善放射治疗引起的皮肤纤维化

放射性纤维化是肿瘤治疗可能导致的皮肤损伤, 间充质干细胞可通过分泌肝细胞生长因子(HGF)降低皮肤放射损伤模型中成纤维细胞分泌TGF--β、结缔组织生长因子、IL-1、NK-kB、TNF-α 及胶原1-6的水平 。

美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学医学中心整形外科部的研究人员2019年发表了题为Adipose-Derived Stem Cell Therapy Ameliorates Ionizing Irradiation Fibrosis via Hepatocyte Growth Factor-Mediated Transforming Growth Factor-β Downregulation and Recruitment of Bone Marrow Cells(脂肪源间充质干细胞疗法通过肝细胞生长因子介导的转化生长因子-β改善电离辐射纤维化)的论文。

 

间充质干细胞治疗皮肤纤维化疾病

该论文指出,对头颈部、胸壁和四肢等解剖区域的放射治疗可产生放射诱导纤维化(RIF)。为了阐明参与RIF的细胞和分子机制,使用6Mv电子对雌性C57BL/6J小鼠的右腹进行了35Gy的单次照射。辐射纤维化在第14天被检测到,在第28天增加,并通过Masson三色组织学染色确认胶原蛋白。第14天的活检组织显示纤维化相关基因的表达增加,包括转化生长因子-β(TGF-β)和胶原蛋白1-6。在第28天,在受辐照部位注射一次脂肪源性间充质干细胞(ASC),到第40天时,上皮厚度、胶原蛋白沉积减少,与受辐照对照组相比,肢体偏移明显改善。

研究结果显示,间充质干细胞在辐照的人包皮成纤维细胞单层之上的非接触性跨孔培养,使纤维化相关基因TGF-β、结缔组织生长因子、白细胞介素-1、NF-kB、肿瘤坏死因子和胶原蛋白1-6下调。间充质干细胞分泌的肝细胞生长因子(HGF)被确定为一种新的机制,间充质干细胞通过下调辐照细胞的纤维化基因表达和招募骨髓细胞到辐照部位而发挥抗纤维化作用。总之,这些数据表明,间充质干细胞分泌的HGF在减少辐照导致皮肤纤维化方面具有重要作用。

4.硬皮病

硬皮病导致的皮肤纤维化、皮下组织萎缩与肢体功能受限是临床治疗的难点。目前, 系统性硬化症的治疗主要使用免疫抑制剂延缓疾病进展, 却不能改善已经出现的萎缩、硬化与功能受限

自体血管基质组分(SVF)皮下注射可用于缓解系统性硬化症手部皮肤纤维化, 患者的Cochin功能量表评分、改良的Rodnan 皮肤评分、雷诺现象、疼痛症状均有改善, 仅个别患者出现疼痛、淤青等轻微不良反应且能够自行缓解

法国马赛市艾克斯马赛大学的科研团队发表了题为Safety, tolerability and potential efficacy of injection of autologous adipose-derived stromal vascular fraction in the fingers of patients with systemic sclerosis: an open-label phase I trial(在系统性硬化症患者的手指上注射自体脂肪基质血管组分的安全性、耐受性和潜在疗效:一项开放标签的I期试验)的试验报告。

间充质干细胞治疗皮肤纤维化疾病

该报告指出,在系统性硬化症(硬皮病,SSc)患者中,手部功能受损是导致残疾和生活质量下降的重要原因,而且目前可用的治疗方法不能充分缓解。脂肪组织衍生的基质血管部分(SVF)越来越被认为是一种容易获得的再生细胞来源,对缺血性或自身免疫性疾病具有治疗潜力。该研究旨在首次测量自体SVF细胞在手部残疾的SSc患者中局部注射的安全性、耐受性和潜在疗效。

这项研究概述了自体SVF细胞注射在SSc患者手中的安全性。6个月的初步评估表明,潜在的疗效需要在更大的人群中进行随机安慰剂对照试验来确认。

总之,除单独应用外, 组织衍生的基质血管部分(SVF)或间充质干细胞还可用于辅助脂肪移植, 以增加脂肪存活率。系统性硬化症口周皮肤纤维化患者进行间充质干细胞辅助脂肪移植后, 张口度和外观得到了显著改善, 间充质干细胞或SVF 辅助脂肪移植比单纯脂肪移植的存活率显著提高, 且间充质干细胞的效果优于SVF 。在创面愈合与纤维化疾病中,间充质干细胞的相反作用提示疾病微环境可能对间充质干细胞的功能有重要影响,间充质干细胞可能具有双向调节功能。

说明:本文案例均摘录于文献,仅用于科普干细胞相关知识,不作为医疗建议。

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