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神经干细胞移植技术都应用于哪些脑部疾病治疗

发表时间:2022-05-23 17:15

随着神经干细胞移植技术的迅猛发展,干细胞治疗脑部疾病取得了一系列的突破性成果。


目前,许多神经系统疾病难以治愈,病患常常遭受瘫痪、丧失社交功能、生活困难等折磨,给社会和家庭带来沉重的负担。促进神经功能恢复和延缓疾病进展是难治性神经疾病的主要治疗目标。


近年来,干细胞作为一种医学新趋势,在脑部疾病的治疗研究中已经取得了成效。今天就让我们来科普一下干细胞是如何助力脑部疾病的治疗,帮助更多的人了解脑部疾病治疗的最新前沿进展。

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基本概念——干细胞





1、什么是干细胞?存在于人体哪些地方?

干细胞具有自我复制、多向分化和归巢潜能,是形成人体各种组织、器官的始祖细胞。研究表明,干细胞不仅存在于胚胎,而且存在于成人体内,现如今科学家已成功从许多器官或组织中分离出了干细胞,如骨髓、脂肪、血液等组织。

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2、干细胞从何而来?

细胞分化过程,每个子细胞都不可逆地分化为功能专一的分化细胞,直至完全失去再分裂能力,最终衰老死亡。机体为了弥补这一不足,保留部分未分化的原始细胞,称为干细胞,一旦需要,这些干细胞可按照发育途径分裂产生分化细胞。


3、干细胞的特性?

①无限增殖分裂;

②可连续分裂几代,也可长时间处于静息状态;

③受体内信号调控。


4、干细胞的任务?

①Replace替代补充;

②Repair修补修复;

③Regenerate组织及器官再生;

④Restore生命功能恢复或复原;

⑤Regress癌细胞退化。


5、干细胞的分类

①全能干细胞

全能干细胞,即胚胎干细胞,具备最大的分化潜能,能分化为完整人体。


②多能干细胞

即间充质干细胞,来源广泛,可分化为多个系统的功能细胞,对糖尿病、神经损伤等都有治疗作用,可以直接用于人体,没有排异反应,也无形成畸胎瘤的风险,是应用前景最广泛的干细胞类型。


③单能干细胞

单能干细胞也称专能、偏能干细胞,是发育等级最低的干细胞,只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。



基本概念——脑科学




脑科学(brain science)也被称为神经科学(neuroscience),是研究大脑结构与功能的学科。


神经科学相关学科

现代神经科学不过百年历史,相比于传统理科,神经科学是一门异常交叉的学科。


①研究对象:与多个学科有重叠,需要研究生物学范畴的大脑分子和细胞;心理学范畴的动物认知过程;哲学范畴的意识研究……


②研究工具与方法:由于大脑结构和功能复杂,脑科学需要借助多学科的工具和方法:如生物学的示踪/基因编辑等分子细胞技术、心理学的心理物理实验与理论、数学物理的概率统计/动力系统等量化工具。


③研究结果与现实意义:对大脑的理解能帮助人类认识自我和社会,从而反哺其他人文学科,如经济学中对决策行为的认识;同时,关于大脑的研究成果可以被转化为实用性产品或服务,如医学中的精神类药物开发、计算机科学中的人工智能等。

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神经科学研究层次

脑科学试图通过对分子和细胞的研究理解神经环路和神经系统的工作原理,进而理解个体的行为和认知过程,同时通过演化的研究和物种的比较理解大脑认知功能的目的性和优缺点,最终把一切囊括到一套理论框架中,达到对大脑的统一理解。

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其中,分子与细胞神经科学层次就是研究神经系统中的分子(离子通道、神经递质等)和细胞(各种类型的神经元、胶质细胞等),神经疾病和神经系统的发育主要是在这个层面进行研究。也是我们今天讨论的重点。


中枢神经系统

人脑作为神经系统的中枢,就像一个高级总指挥官,将指令下达给身体各部位,指挥人体进行阅读、吃饭、跑步等各种行动。

上世纪九十年代,科学界普遍认为只有胚胎期和新生儿的神经具备再生能力,而成年人大脑和脊髓中的神经元损伤后几乎无法自我修复,脑神经细胞的损伤死亡不可再生。

基于这种观点,长期以来人们对于中枢神经系统疾病采取传统药物和手术治疗,却一直没有取得飞跃性进展。

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1、神经干细胞概念

1992年,病理学家Reynolds等人从成年小鼠脑中分离出能在体外分裂增殖且具有多种分化潜能的细胞群,打破了神经细胞不可再生的传统理论,提出了“神经干细胞”的概念。

1997年《Science》杂志将其概念总结为:具有分化为神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力,能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。

老年人的福音!干细胞疗法在老年性疾病治疗上不断取得新突破,有望帮助人类“老而不衰”!


2、神经干细胞来源

神经干细胞来源及移植治疗神经系统疾病临床应用


3、研究“争议”及技术“难点”

科学家前期对神经干细胞的研究主要把目光集中在胚胎干细胞,因为神经干细胞来源于胚胎干细胞,且胚胎干细胞具有分化全能性。


但胚胎干细胞在临床试验中的展开,不仅引起了一系列医学伦理学的讨论问题,在技术实施上也遇到了难题。

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①从社会学的角度,胚胎干细胞来自胚胎,部分学者认为胚胎具有人的地位,而临床实验的培养使用无异于变相的“谋杀”,存在伦理问题争议。


②在技术实施上,能发育成完整个体的胚胎干细胞过于强大,具有无限增殖的潜能,类似于肿瘤细胞,如今的科研技术水平还无法完全控制胚胎干细胞的分化方向,部分胚胎干细胞移入机体后在生长繁殖过程中,可能具有向肿瘤细胞分化的风险。


因此,目前在脑部病变的治疗前景上来说,属于成体干细胞行列的神经元细胞似乎在实际应用方面看起来更光明,而对于胚胎干细胞的应用还待更进一步的研究观察。



4、神经干细胞的应用价值

神经干细胞的研究虽然在应用上存在风险和争议,但不可忽视的是它在临床应用上具有无比的价值,如何将其更好地投入实际应用是整个神经科学界最为关心的问题。迄今为止,大量动物试验证明,替代和部分重建神经回路是可能的。


神经干细胞移植技术与脑部疾病




脑部疾病是指因遗传、先天性脑发育不全、脑外伤、脑肿瘤、脑出血、脑梗阻、感染、化学药物中毒等引起大脑神经组织损伤,进而导致患者智力低下、肢体瘫痪甚至大小便失禁等症状体征的一大类疾病。


常见的脑部疾病可分为三大类:


①遗传、先天发育不良造成的小儿脑瘫,智力低下等;

②外伤造成的急性脑损伤后遗症、脑血管病造成的脑中风后遗症等;

③因中枢神经纤维损伤进而造成脑神经细胞衰老退化造成的慢性退行性疾病,包括老年痴呆症、脑萎缩、帕金森病等。


脑部疾病正在越来越严重地威胁着人类健康,据调查,脑梗塞、小儿脑瘫、癫痫、帕金森病等脑病和神经损伤性疾病占人类疾病总数的30%左右。而且脑梗塞、脑出血等还具有高发病率、高死亡率、高致残率、高复发率等四高的特征。


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目前,对于脑部疾病的治疗多以手术与药物治疗为主,但此类疗法无法彻底治愈脑部疾病,且留有后遗症。干细胞具有多向分化潜能、强大的自我复制能力、可移植性强等特性,近年来神经干细胞移植治疗脑部疾病也成为了医学和生物学研究的热点。


近几年来,神经干细胞移植在治疗脑梗塞、脑外伤、帕金森、脑出血、脑萎缩、阿尔兹海默病、运动性神经元病、脑瘫、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)、运动失调、舞动病、急性感染性多发性神经根炎、小儿麻痹、面瘫、末梢神经障碍等多种疾病上都取得了重大进展。



神经干细胞移植治疗脑部疾病的研究进展





①小儿脑瘫

小儿脑性瘫痪又称小儿大脑性瘫痪,是指从出生后一个月内脑发育尚未成熟阶段,由于非进行性脑损伤所致的以运动功能障碍为主的综合征。


神经干细胞移植技术是治疗脑瘫的研究热点,开拓了中枢神经系统疾病治疗的新视野。


据相关文献中国妇幼保健报道,人神经干细胞治疗小儿脑瘫的临床安全性研究。


目的:探讨人神经干细胞临床治疗小儿脑瘫的安全性。


神经干细胞治疗小儿脑瘫安全性研究

闫冬梅,汪洪流,周培杰,等. 人神经干细胞治疗小儿脑瘫的临床安全性研究. 中国妇幼保健,2014,29(22):3595-3597. DOI:10.7620/zgfybj.j.issn.1001-4411.2014.22.23.

方法:对28例脑瘫患儿采用立体定向移植的方法,将培养好的、符合需要的入神经干细胞移植入患儿额叶、内囊前肢或脑室旁等脑实质处.比较手术治疗前后患儿的血常规常用指标、肝肾功能、出凝血时间以及体温、血压、精神状态等一般情况有无差异。


结果:脑瘫患儿治疗前后红、白细胞总数、血红蛋白、血小板、总蛋白、尿素氮、肌酐以及出凝血时间、体温、血压等比较,差异均无统计学意义(P>0.05).


结论:神经干细胞治疗小儿脑瘫的临床应用是安全可行的。


②阿兹海默症

阿茨海默病是一种进行性认知障碍疾病。目前,对于阿兹海默症尚无有效的治疗方法。鉴于干细胞的再生潜能,应用干细胞治疗阿兹海默症的研究越来越多。


2017年3月,韩国Bio Star研发的自体干细胞产品Astro Stem宣布在美国开启一项I/II期临床试验,这个干细胞药物研发在过去10年里已经投入了超过2.61亿美元。Bio Star的负责人认为,Astro Stem这一干细胞治疗技术不但可以缓解阿茨海默病症状的发生,干细胞分化出年轻的细胞,还能促进受损脑细胞的更新换代,实现根本的功能逆转。


③帕金森病

帕金森病是一种常见的神经功能障碍疾病,多在60岁以后发病。症状为静止时手、头或嘴不自主地震颤,肌肉僵直、运动缓慢以及姿势平衡障碍等,导致生活不能自理。


目前国际上已开展使用间充质干细胞,神经干细胞和胚胎干细胞治疗帕金森病的各种项目。从ttps://clinicaltrials.gov/网站我们发现目前临床上有36项与帕金森病相关的干细胞治疗登记在案。


国内有如下已获得临床备案的项目:


国内神经干细胞移植治疗帕金森病备案项目


目前对帕金森病的临床主要治疗方式为药物和手术,但均只能短期缓解症状且后期副作用大,而干细胞的自我更新能力和多向分化潜能为帕金森病的治疗带来曙光。


目的:探讨神经干细胞移植治疗帕金森病的有效性以及安全性。


方法:取12周人胚胎脑组织体外培养扩增,计数5×106-2×107制作成混悬液4-6 mL,通过腰穿、颈动脉注射途径植入30例帕金森病患者体内,1次/周,共3次。移植前后进行统一帕金森病评定量表(UPDRS)、修正Hoehn-Yahr分级量表、帕金森病Schwab&England日常活动分级量表评分。移植前后检测和评估血尿常规、肝功、肾功、不良反应。


神经干细胞移植治疗帕金森病的有效性与安全性


张晓英. 神经干细胞移植治疗帕金森病的有效性与安全性[J]. 中国组织工程研究,2013(27):5033-5040. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.27.014.

结果与结论:12周龄胚胎培养的神经干细胞可在体外稳定扩增,并且具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力。


通过随访发现神经干细胞移植能有效控制帕金森病病理进程、恢复受损脑功能,改善患者的神经功能,无明显并发症。可见应用体外长期扩增的人类神经干细胞移植治疗帕金森病是可行和有效的。


国内郑州大学第一附属医院使用400万个胚胎干细胞来源的神经前体细胞移植到帕金森病患者体内。


这是全球首个使用受精胚胎的胎盘干细胞治疗帕金森病的临床试验,此项目是中国在2015年通过的第一批干细胞临床试验,旨在确保干细胞能够安全和符合伦理标准的前提下应用于临床。


④脑卒中

脑卒中是危害人类生命健康的重要疾病之一,随着医疗水平的发展,患者的存活率有所提高,但仍遗留许多身体健康问题。近年来,干细胞技术的出现为脑卒中提供了一种新的临床研究方法。


近年来研究发现神经干细胞( NSCs)及骨髓间充质干细胞(BMCs)等通过增殖分化和迁移、改善受损区细胞生存微环境、重建受损区域神经元网络、最大限度的恢复缺失的神经功能。


目的:探讨神经介入方式神经干细胞移植治疗脑卒中的方法,可行性及安全性。


方法:对15例脑卒中患者采用股动脉穿刺下神经介入方式,责任颅内动脉内神经干细胞移植,采用欧洲卒中量表评分标准(ESS),生活功能评分标准(BI)评价。


神经干细胞移植治疗脑卒中研究进展


孙正伟,赵均峰,金锋. 神经干细胞介入方式移植治疗脑卒中15例临床分析[J]. 中国实用医药,2011,6(25):97-98. DOI:10.3969/j.issn.1673-7555.2011.25.073.

结果:本实验15例脑卒中患者均行神经介入干细胞移植,结果显示14例均有效,有效率95%,移植后ESS(55.2+20.1)较移植前(50.4+20.0),移植后BI(42.1+32.1)较移植前(35.6+31.9),均有明显提高.不良反应少见。


结论:神经干细胞介入方式移植治疗脑卒中有效可行,临床待推广及更多病例支持。


2019年,我国解放军总医院在《干细胞转化医学》(Stem Cells Translational Medicine)杂志上公布,神经干细胞移植有助于脑卒中偏瘫患者运动功能的恢复。


9名年龄在30至65岁之间的偏瘫患者参与了这项临床研究,他们在中风后5-24个月接受人源神经干细胞NSI-566脑内移植,NSI-566被移植至脑内梗塞灶附近。


结果表明,人源神经干细胞NSI-566治疗偏瘫性脑卒中拥有一定的临床益处。



结语




随着神经干细胞移植技术的迅猛发展,神经干细胞治疗脑部疾病取得了一系列的突破性成果。相信随着科学研究与医疗技术的不断进步,神经干细胞疗法可以将脑部疾病的治疗窗口延长,为脑部疾病的治疗提供新型的解决方案。


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