国家发文!干细胞及器官衰老的干预再成热点

2022
05/12

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博雅生命
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细胞治疗无疑是当今的热点之一,利用干细胞,能够帮助机体恢复器官的功能与活力。

撰文:福建医科大学 YANG

专家审核:江苏大学附属医院 李晶 教授

4月29日,国家科技部发布了国家重点研发计划“干细胞研究与器官修复”重点专项2022年度项目申报指南。

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根据此前发布的申报指南(征求意见稿),2022年度指南围绕干细胞命运调控及机理、干细胞与器官的发生和衰老、器官的原位再生及其机理,复杂器官制造与功能重塑、基于干细胞的疾病模型等5个重点任务进行部署。其中干细胞及器官衰老的干预技术研究是重点方向之一

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今天我们就一起来看看,对于干预衰老及器官修复,干细胞技术都取得了哪些进展?

干预衰老的新手段迫在眉睫

人固有一死,衰老是生命过程的一个阶段,所有生物都遵守这一自然规律。据WHO数据统计[1],2019年全世界60岁及以上老年人口为10亿。到2030年,这一数字将增加到14亿,到2050年,这一数字将增加到21亿。老龄化速度如此之快,人们越来越渴望延缓衰老以及健康地衰老。因此,寻找干预衰老的新手段迫在眉睫!

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衰老表现为结构变化和功能减退。其中,再生修复能力降低是老化的主要特征。随着年龄的增长,人体组织中各种细胞的老化是机体再生修复能力下降的主要原因。

在研究中,通常利用干细胞的分化能力、旁分泌效应等机制来发挥抗衰老的作用。另外,衰老常常意味着成体干细胞的减少,干细胞功能的失衡,如果通过干细胞移植的手段重新恢复成体干细胞的活力,这或是抵抗衰老研究常用的手段。

近年来,间充质干细胞在衰老相关性疾病的治疗研究中取得了许多研究成果,这些疾病包括肿瘤、2型糖尿病、心血管疾病和神经退化性疾病等。

干细胞通过多种途径来干预衰老

研究发现,干细胞通过多种机制帮助机体抵抗衰老:

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图片来自文献[2]

1.再生修复功能,干细胞增殖并分化成不同的功能细胞,以取代老化和受损的细胞,维持组织和器官的完整结构和正常功能。

 2.微环境调节剂,干细胞可以分泌各种生物活性蛋白,包括生长因子、细胞因子等,并通过细胞间信号转导系统在组织和器官中给不同细胞提供生物学信息。例如,间充质干细胞(MSCs)可以分泌内皮生长因子,启动微血管内皮祖细胞增殖和微血管再生;MSCs还可以分泌调节免疫功能的细胞因子等。

干细胞技术在肌肤抗衰老领域的研究应用

人体器官的外观随着年龄的增长而变化,其中最明显的是面部衰老。如今,不仅是女性,许多男性也十分关注自己的外貌改变,人人爱美的时代已经到来。面部老化是一个复杂的过程,既会影响面部的形状,也会影响面部纹理,如干燥、粗糙、失去光泽和皱纹。

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图片来自文献[3]

近年来,科学家们利用干细胞及其衍生物在对抗肌肤衰老的研究中取得了一定的突破。基础研究表明[3],MSCs在紫外线诱导的皮肤老化中可发挥激活真皮成纤维细胞(HDF)增殖、合成胶原蛋白、减少基质金属蛋白酶(MMPs)、抗氧化应激等作用。

一项临床试验[4]将脂肪干细胞条件培养基(ASC-CM)以及胎盘干细胞条件培养基(PSC-CM)注射到面部皮肤,结果显示其极大地改善了面部状况,如红斑和黑色素等。在对条件培养基成分进行检测后发现其中含有转化生长因子-β、血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子和血管生成血管内皮生长因子等,在皮肤重塑和再生中具有重要的功能意义。

干细胞正慢慢突破器官再造的难题

人体各组织器官对于疾病都有一定的耐受能力,但是当疾病打击超过人体所能承受能力时,就会对组织器官造成不可逆的损害,最终甚至导致死亡。对其器官组织衰竭治疗的必杀技就是器官移植,但是器官移植面临供体短缺,费用昂贵以及终身需要免疫排斥等问题。目前,组织工程学是一门结合细胞生物学和材料科学用于体外或体内构建组织或器官的新兴学科,有望解决器官再造中的诸多问题。

目前,干细胞因其在体外增殖和分化的能力而成为组织工程的最佳种子细胞。如干细胞体外诱导分化为神经细胞,可作为组织工程中神经纤维的组成细胞。干细胞分化出的肝细胞可以成为“迷你肝”的种子细胞。此外,随着生物材料、干细胞和组织微阵列技术的发展,人类将在体外创造人体的“真实器官”,并为患者提供组织工程器官进行替代,如组织工程皮肤和血管等[2]。

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图片来自文献[5]

 目前,利用以干细胞为基础的组织工程学已经在体外再造出仿生耳,胰岛以及骨和软骨等,并进行了初步的动物及临床试验。我国学者进行的一项研究[5]将3D打印技术和细胞培育技术结合,在体外重建了“新耳朵”,而后将其移植到5名先天性小耳畸形儿童身上,并进行耳朵重建。“新耳朵”在外形与性能方面与另一只耳朵高度相似,极大程度改善了这些儿童的外貌。

展望:

细胞治疗无疑是当今的热点之一,利用干细胞,能够帮助机体恢复器官的功能与活力。经过一段时间的发展,干细胞抗衰老不再是一个笼统的概念,已经发展到干细胞对衰老相关疾病的干预阶段,如干细胞对阿尔兹海默症的疗效,干细胞对白内障的治疗效果等。尽管实现“长生不老”还有待进一步的探讨,但干细胞与衰老相关疾病的一系列研究透露出来的积极信号表明,在不久的将来,我们可以实现“健康”的衰老,不受疾病折磨!

参考文献:

[1]https://www.who.int/health-topics/ageing#tab=tab_1

[2]Yu Y. Application of Stem Cell Technology in Antiaging and Aging-Related Diseases. Adv Exp Med Biol. 2018;1086:255-265.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30232764/

[3]Gentile P, Garcovich S. Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells (AD-MSCs) against Ultraviolet (UV) Radiation Effects and the Skin Photoaging. Biomedicines. 2021;9(5):532. Published 2021 May 11.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34064624/

[4]Gaur M, Dobke M, Lunyak VV. Mesenchymal Stem Cells from Adipose Tissue in Clinical Applications for Dermatological Indications and Skin Aging. Int J Mol Sci. 2017;18(1):208. Published 2017 Jan 20.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28117680/

[5]Zhou G, Jiang H, Yin Z, et al. In Vitro Regeneration of Patient-specific Ear-shaped Cartilage and Its First Clinical Application for Auricular Reconstruction. EBioMedicine. 2018;28:287-302.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29396297/

[6]Shaim H, Shanley M, Basar R, et al. Targeting the αv integrin/TGF-β axis improves natural killer cell function against glioblastoma stem cells. J Clin Invest. 2021;131(14):e142116.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34138753/

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关键词:
器官,干细胞,组织,研究,衰老

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