干細胞療法是指利用干細胞或其衍生的細胞，以特殊技術移植到體內，取代病人受損的細胞或通過招募內源性組織特異性干細胞進而產生新的組織，或發揮積極的免疫調節作用。

通過再生醫學，人體希望有一天能夠修復和恢復嚴重的組織損傷，甚至更換整個器官。科學家們正在努力開發新型治療方法，以期支持促進組織修復的過程。由于其強大的促進修復再生潛能，間充質干細胞（MSCs）被當做一個重要的突破口。

間充質干細胞研究概況

試著想象一下：在人體內，有著數以千萬計的微型維修工人，到受傷的地方去創造新的骨頭、軟骨、肌肉和神經。

在人體中，有一位技藝高超的修復大師，他掌握了修復人體幾乎所有類型受損組織的秘訣。

那么，間充質干細胞會是合格的修復大師嗎?

大約超過7000篇關于間充質干細胞的論文在2018年發表，788項已經完成或正在進行的間充質干細胞臨床研究（Ayala-Cuellar et al ., 2019）。

自從20世紀70年代Friedenstein等人發現間充質干細胞以來，間充質干細胞就一直是學術界和臨床轉化研究的焦點。

間充質干細胞具有自我更新和多向分化的潛能。由于其易于分離和便于體外擴增的特點，間充質干細胞也成為再生醫學中最常用的細胞。此外，因為具有免疫調節特性，間充質干細胞治療還為自身免疫病、炎癥和血液病以及移植手術提供了一個很有前景的治療手段（Weiss和Dhalke, 2019）。

間充質干細胞的制備工藝

從骨髓、臍帶華通氏膠、臍帶血、胎盤、真皮和脂肪組織，甚至牙髓中，細胞學家們獲取得到了間充質干細胞。

他們在臨床試驗中使用自體來源和異體來源的間充質干細胞。由于原代獲得的間充質干細胞數量有限，必須在體外擴增獲得足夠的細胞，才能滿足用于治療目的（Mizukami和Swiech, 2018）。

關于體外擴增間充質干細胞，研究人員通常依賴傳統的單層平皿培養，這提供了一個簡單、低成本、易于操作的平臺。為了規模化擴增間充質干細胞，多層平皿培養體系（也稱“細胞工廠”）開發出來。

然而，最新數據表明，2D培養體系可能會限制間充質干細胞的治療屬性。而使用3D培養體系可以提高間充質干細胞的活率、干性、抗炎性和血管生成特性（Petrenko等，2017）。

在生物反應器中，可以制備大量符合GMP管理要求，高質量標準間充質干細胞。生物反應器可持續監測和調節諸多培養因素（諸如pH值、溫度、氧氣和二氧化碳濃度等）。一旦進行規模化擴增，間充質干細胞必須在最佳條件下進行處理和收集，才能保證成為具有高活性和功能的細胞產品。

不同實驗室的質量控制標準可能有所不同，因為缺少干細胞關鍵質量屬性(Critical Quality Attributes, CQA)的共識。

不管怎樣，至少要滿足國際細胞治療協會（ISCT）給出的人源間充質干細胞三條最基本定義：

[1] 間充質干細胞在標準培養條件下，呈貼壁生長；

[2] 間充質干細胞表達CD105、CD73和CD90，不表達CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面標記；

[3] 間充質干細胞在體外可以分化為成骨細胞、脂肪細胞和成軟骨細胞

其他關鍵質量屬性，還應包括核型分析、高活性證明和效力測試等。

間充質干細胞與再生醫學

在臨床前和臨床試驗中，科學家一直努力探索間充質干細胞的治療潛力，以期證明其治療的安全性和有效性。

研究結果表明，間充質干細胞可以成功促進各種組織再生，包括骨、肌肉、神經、心肌、肝臟、角膜、氣管和皮膚（Han et al.， 2019）。

間充質干細胞與骨重建

當創傷、關節置換術或腫瘤切除手術后出現骨缺損時，醫生通常推薦采用自體或異體骨移植作為一種治療選擇。

然而，有限的供應、手術中感染和并發癥的風險限制了這些方案（Garcia-Gareta et al.2015；Lozano-Calderon et al.2016）。

因此，具有成骨潛能的間充質干細胞成為骨重建的最佳選擇。

間充質干細胞與軟骨損傷

在骨關節受損中，由于血液供應不足，軟骨不能很好地自我修復，也不能很快地自我修復。

目前的軟骨修復技術有兩種，骨髓刺激和軟骨移植，然而效果很有限。科學家們不得不尋找新的有效替代方法。

從20世紀90年代的臨床前試驗開始，間充質干細胞就已被用于軟骨再生，并且與生物材料緊密結合。

1）利用細胞外基質構建3D支架，可優化植入的間充質干細胞增殖和分化。

2）載有間充質干細胞和刺激因子（如BMP-2/-4、IGF-1、TGF等）的水凝膠，可促進軟骨損傷修復（Yang et al.， 2017）。

盡管進行了大量的臨床試驗，科學家們依然還沒有就最佳細胞來源達成一致。因此，在間充質干細胞臨床普及用于促進軟骨再生之前，我們還需要進行更多的研究。

除了促進骨重建和軟骨修復，間充質干細胞也是支持肌肉骨骼組織再生（如韌帶、肌腱和椎間盤）的良好候選者。

隨著社會老齡化嚴重，越來越多的人患有退行性脊柱病，遭受嚴重的背部疼痛，需要進行手術治療。而基于間充質干細胞的細胞治療是修復椎間盤、維持生物力學和減輕疼痛，可替代手術的有效方案（Orozco等人，2011)。

間充質干細胞與神經修復

間充質干細胞具有再生神經組織的潛能 。研究方向主要集中在兩個領域：

第一個方向是由嚴重創傷或缺血引起的神經損傷；第二個方向是神經系統疾病（如多發性硬化癥、漸凍人癥癥、缺血性卒中、帕金森病等）引起的功能障礙。

通過釋放細胞因子和活性分子（如TGF -?，調節損傷和修復過程），間充質干細胞可調節免疫反應和保護神經元結構（van Velthoven et al ., 2012）。

這意味著，間充質干細胞在腦損傷和修復周圍神經時，可能有著不錯的結果。臨床前研究證實，間充質干細胞可促進神經系統功能恢復。然而，臨床應用的報道卻很少（Papa et al.， 2018）。

間充質干細胞與器官修復

臨床試驗和動物模型均已證明，間充質干細胞不僅可再生組織，而且可修復器官，如心臟、肝臟、角膜和氣管。

在肝硬化患者中，間充質干細胞有助于改善肝功能。事實上，間充質干細胞可以分泌營養和免疫調節因子支持肝細胞功能，逆轉肝臟纖維化和促進血管生成（Wang et al.， 2017)。對于研究人員來說，開發治療肝衰竭的方法是緊迫的，因為需要肝移植的患者數量更多。

間充質干細胞在再生醫學方面的應用案例，包括治療腎損傷和肺部疾病，還有大面積皮膚損傷的修復再生（Han et al.， 2019）。

未來展望

干細胞具有廣闊的臨床應用前景，基于其獨特的生物學功能，以干細胞為中心的再生治療或替代治療將為患者帶來新的希望。

同時，干細胞的“干”性由于其來源及培養試劑和方法不同而不完全相同，我們可以根據不同組織來源的干細胞的一些功能差異，選擇性地將其應用于臨床進而更好地為臨床服務。