CCI创新周讯 | 三维血管图揭示了干细胞的位置

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干细胞修复颅骨研究获重大突破：三维血管图揭示干细胞的位置

近日约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins)的科学家们利用分子标记和成像技术的结合，创建了小鼠头骨中血管的三维地图。并发表在《Nature Communications》上。他们的方法还揭示了潜伏的干细胞群，这可以帮助研究人员了解血管和细胞在各种疾病或损伤状态下的表现。研究人员对组织工程感兴趣，这可以取代失去的骨骼，他们的新方法可以让他们了解修复颅内骨骼缺陷的干预措施，如生物材料植入物，是如何发挥作用的。这张地图提供了血管和干细胞的精确位置，科学家们最终可以用它们来修复伤口，并在颅骨中生成新的骨头和组织。

了解特定细胞类型和血管在我们体内的分布并不是一件容易的事，详细的地图也很难得到。问题的一部分是我们的组织缺乏透明度，不容易进行详细的观察。解剖组织可以进行一些探索，但会破坏我们想要看到的微妙结构，使我们很难获得感兴趣的组织的整体图。

参与这项研究的研究员沃伦-格雷森（Warren Grayson）在霍普金斯大学的一份新闻稿中表示："我们需要看到颅内发生了什么，包括血管和细胞的相对位置，以及它们的组织在受伤期间和随着时间的推移如何变化。为了实现这一目标，他的团队已经开发了一系列的组织处理、染色和成像步骤，使他们能够创建令人印象深刻的颅内血管和细胞的三维地图。”

首先，该团队使用免疫荧光染色法给特定的细胞类型和血管贴上识别标签以标记各种血管和干细胞表面的荧光或发光化学物质的分子。然后，使用一种化学物进行光学组织清除，帮助光线穿透头骨而不散射以减少组织的不透明性，使光线能够穿透。研究人员将清除后的组织描述为类似重新组合的玻璃。最后，他们使用光片显微镜来获得头骨区域的高分辨率图像，而不会漂白免疫标记的荧光信号。"参与这项研究的另一位研究员Alexandra Rindone说：“这个工具帮助我们避免了组织长时间暴露在光源下时荧光染料的恶化。”之后使用计算机软件来识别和分割头骨的三维细胞结构，并重建其空间坐标和体积，最终得到干细胞和骨细胞的分布以及他们在颅骨中的位置。

研究人员利用该地图确定头骨内含有干细胞群落，结果相当令人印象深刻。他们可能能够针对这些区域，在修复颅骨缺陷时帮助愈合过程。这些干细胞群落以前是不为人知的，它们居住在头骨内的经皮管附近。

血管和骨骼祖细胞之间密切的空间互动对正常的骨骼生长、重塑和愈合至关重要，但目前仍不清楚这些关系在颅面骨中是如何表现的。在这项研究中，提供了一个基础框架，以了解不同的血管表型和骨骼祖细胞是如何在小腿部进行空间互动的。

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干细胞疗法治疗心衰初见进展

在今年美国心脏协会AHA2021年会上一项关于干细胞治疗心衰的研究数据也备受瞩目，该研究是由美国德克萨斯心脏研究所主任Emerson C. Perin博士发起的也是迄今为止心衰治疗中最大的干细胞治疗研究。该研究说明临床上规范的心衰治疗背后还隐藏一条通过调控炎症来控制病情的可能路径，干细胞不仅为慢性心衰的治疗提供了一个可靠的新的治疗策略，更为干细胞在抗炎性疾病的治疗奠定了基础。

心力衰竭是心脏无法充分泵血以满足身体对氧气和营养物质需求的一种情况。在射血分数降低的心力衰竭中，心肌会扩大和减弱，导致泵血能力下降和身体组织中的液体积聚。随着时间推移，炎症在心力衰竭的进展中起着非常重要的作用。而干细胞的注入，可以有效靶向炎症，通过免疫调节来实现“抗炎”。大量的研究证实，干细胞可以通过旁分泌效应和与免疫细胞相互作用的免疫调节效应，促使局部炎症反应下调，减轻组织的炎症损伤。

干细胞调控免疫系统示意图

凭借着干细胞的炎症调节能力，也让干细胞疗法可以应用于多种免疫失衡导致的炎症性疾病中，比如系统性红斑狼疮、炎症性肠病、过敏性鼻炎等。在如今肆虐的新冠肺炎中，干细胞也是凭借着良好的抗炎效果被应用于危重症新冠肺炎患者的救治中，并取得了良好效益。

当然，除了抗炎机制，干细胞的另一项“独门绝技”也起到了至关重要的作用，那就是干细胞的再生修复能力。尤其在促进血管再生和修复心肌改善血液循环上，避免了因心脏病发作和中风的死亡风险。

干细胞可以帮助重建受损心肌并恢复心脏功能。凭借干细胞的多向分化潜能，输注到体内的干细胞可以分化为心肌细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞，甚至有研究表明，干细胞还可以分化成新生血管，这有助于恢复缺血性心肌病患者的心脏功能。

干细胞可再生、修复受损心肌细胞

另外，输注到体内的干细胞可通过释放细胞因子、趋化因子、生长因子或微粒进入周围组织而诱导心肌的修复，改善心肌功能。这些物质能够促进再生过程，包括内源性干细胞的激活、新血管形成、抑制凋亡等，这些作用还可通过增加转化生长因子-1β(TGF-1β)，减少TNF-α和白细胞介素-1β(IL-1β)的表达等调控纤维化过程，减少瘢痕面积，以提高心室功能，促进心肌修复。

现在，随着全球范围内干细胞研究的不断涌现与更为深入的研究和临床转化应用的拓展，干细胞已经在多种疾病中有了更广泛的应用潜力，而干细胞带来的疗效，也不仅在心血管领域，还将在更多疑难性、难治性疾病中展现疗效，为更多患者带来福音。

译者简介

尹安远

蓝帆医疗

尹安远，复旦大学物理化学博士，蓝帆医疗上海创新研发中心研发总监，CCI宣传企划部执委。美国项目管理协会PMI认证项目管理专业人士，精益六西格玛黑带。 

CCI心血管医生创新俱乐部本期策划：沈雳

责任编辑：陈宝麟

本文作者：尹安远

后期制作：汪蕊 

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