脊髓损伤的间充质干细胞治疗

脊髓损伤的间充质干细胞治疗进展精选课件1间充质干细胞的治疗前景什么是间充质干细胞？来源于中胚层最早发现于骨髓贴壁生长能够形成CFU多向分化分化潜能表达多种干性标志间充质干细胞的特点？能够体外多向分化为成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞等能够跨胚层分化为内胚层和外胚层来源细胞（环境依赖性）具有免疫调控作用（依赖于炎症反应）具有造血支持作用（支持造血干细胞Niche稳态）具有促进组织再生作用（营养支持）具有促进肿瘤作用（抑制免疫反应）NatRevImmunol,2008.8(9):p.726-36.Science,1999.284(5411):p.143-7.精选课件2间充质干细胞的临床应用免疫调节作用：治疗自身免疫性疾病组织修复作用，器官再造（目前为体外研究阶段）治疗各种损伤及退行性疾病：包括肝硬化缺血性心肌病糖尿病血液系统性疾病肺纤维化进行性肌营养不良间充质干细胞临床使用意义精选课件3间充质干细胞的临床应用优势（1）安全：低毒性（或无毒性）；（2）在尚未完全了解疾病发病的确切机理前也能应用；（3）对某些症状，干细胞移植效果明显，一次性植入，作用持久；（4）移植材料来源充足；（5）是最好的免疫治疗和基因治疗载体；（6）治疗范围广阔，理论上能治疗大部分疾病；（7）给那些传统疗法下被认为是“不治之症”的疾病带去了新的疗法和新的希望。精选课件4间充质干细胞的来源丰富CellCommunSignal,2011.9:p.12精选课件来源骨髓脐带血脐带胎盘分离部位细胞种类造血干细胞和间充质干细胞造血干细胞和间充质干细胞间充质干细胞细胞数量较少间充质干细胞增殖分化能力逐年减弱较少（＜30kg患者使用）不可扩增较多可扩增丰富可扩增治疗范围血液、骨骼、神经系统疾病血液类疾病再生医学重要的种子细胞，治疗大多数损伤性疾病、自身免疫病等。免疫原性高高低血液组织5不同来源间充质的差异性精选课件精选课件7脊髓的重要性

运动和感觉传导通路马尾体表节段性支配三根定律感觉皮节三根支配示意图体表节段性感觉分布图脊髓的重要性

脊髓的节段性神经支配精选课件脊髓损伤

(SpinalCordInjury)

脊髓损伤(SCI)是脊柱骨折或脱位的严重并发症，是一种严重的致残性损伤．往往造成患者不同程度的截瘫。

不同损伤平面及不同程度脊髓损伤患者的预后不一。精选课件脊髓损伤原因

脊髓受到脊柱的良好保护，绝大多数脊髓损伤是由脊柱的损伤引起的（主要是交通事故伤、暴力损伤及和工作有关的损伤）。

脊髓损伤根据致病因素不同可分为外伤性脊髓损伤及非外伤性脊髓损伤。精选课件脊髓损伤的病理分类

脊髓损伤的分类（一）原发性脊髓损伤脊髓震荡(concussionofspinalcord)脊髓挫裂伤(contusionofspinalcord)（二）继发性脊髓损伤脊髓水肿脊髓受压椎管内出血精选课件脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期急性期：即伤后至最初几天内,为脊髓及周围组织包括血管内皮受到初始机械损伤,坏死及细胞死亡瞬间发生。受伤几分钟后,神经细胞会发生电解质紊乱(细胞内Na+浓度增加,细胞外K+浓度增加,细胞内Ca2+浓度增加至中毒水平),导致神经功能衰竭和脊髓休克,并持续约24h,决定脊髓损伤的程度。接着出血和局部水肿发生,由于血管痉挛、血栓形成和机械压迫导致微循环障碍,血管自我调节机制紊乱,进一步加重脊髓损伤。脊髓损伤的最佳处理时间是3h内,故临床上来不及给予有效的治疗策略。精选课件脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期继发反应期:伤后数分钟到数周内,其主要机制有细胞继续缺血性死亡、电解质紊乱和水肿,在受伤后最初15min内,机械损伤致细胞溶解和突触或非突触间的运输,出现细胞外谷氨酸盐及其他刺激性氨基酸浓度急剧升高,高于正常水平6～8倍,由于谷氨酸盐受体激活等原因导致脂质过氧化和氧自由基产生,一种不同于缺血坏死的继发性细胞程序性死亡发生,导致反应性神经胶质过多,包括神经胶质纤维酸性蛋白增加和星状胶质细胞增殖。24h内嗜中性粒细胞(分泌髓过氧化物酶)从外周循环侵袭脊髓实质,同时48h内淋巴细胞(分泌不同的细胞因子和生长因子)浓度达到顶峰。炎性细胞的侵入使局部细胞因子和趋化性细胞因子的浓度增加。接着损伤区神经再生的抑制因子和(或)阻断物质浓度也增加,导致更大范围的细胞死亡。精选课件脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期慢性期:发生在受伤后数天至数年,主要机制有细胞程序性死亡范围扩大,一些受体及离子通道浓度和活性改变,瘢痕出现(25%发生率),脱髓鞘导致传导功能受损,囊性变(约20%发生率),脊髓空洞区域扩大,受损区及附近轴突再生反应(不超过1mm),神经冲动传导通路改变,大多数脊髓损伤患者由于一些细胞兴奋性增高而出现慢性疼痛。病理生理分期决定了只有在继发反应期和慢性期可给予有效的治疗策略。精选课件脊髓损伤的临床表现脊髓休克(spinalshock)运动和感觉障碍体温控制障碍痉挛排便功能障碍马尾损伤的临床表现性功能障碍不同平面脊髓损伤临床表现精选课件脊髓损伤对人类健康的危害死亡率高损伤在C1～C3患者的病死率是截瘫患者的6.6倍,损伤在C4、C5和C6～C8患者的病死率分别是截瘫患者的2.5和1.5倍一般来说,急性脊髓损伤的患者40例中只有1例在主要的创伤中心接受治疗。现场和送住院途中的病死率分别是48.3%和79%。急性脊髓损伤住院后的病死率是4.4%～16.7%治疗费用高脊髓损伤患者一生的治疗康复费用高昂，据国外统计脊髓损伤患者一生的治疗康复费用平均达75万美元以上,美国每年对脊髓损伤患者的花费超过60亿美元发病率逐渐增高北京市：2002年SCI年发病率为60/106，20世纪80年代末调查的年发病率6.8/106相比，有了惊人的增长上海市浦东新区2005～2007年脊髓损伤的年发生率为25/10６，较之前报道的上海13.7/106的年发生率显著升高精选课件脊髓损伤的治疗目标脊髓损伤的病理生理改变理想的治疗目标Mothe,A.J.andC.H.Tator,.JClinInvest,2012.122(11):p.3824-34.精选课件脊髓损伤的诊疗现状虽然对脊髓损伤的分子机制的研究已经相对深入，其临床治疗依旧比较局限，主要是对症治疗，以激素甲泼尼龙MPS的冲击治疗为主。手术是最彻底的治疗手段，但是手术时机的选择一直是一个临床难题。

目前脊髓损伤治疗主要集中在以下几个方面:(1)控制继发性损伤,包括手术减压、激素冲击疗法、自由基清除等。(2)促进轴突再生,修复受损的髓鞘。包括细胞移植、神经生长因子的应用等。(3)解除抑制轴突再生的因素,包括应用抗轴突生长抑制因子及基因沉默等技术间接促进轴突的再生。总体来讲，缺乏有效的治疗手段精选课件脊髓损伤的理想（探索）治疗模式Silva,N.A.,etal.,.ProgNeurobiol,2013.细胞治疗精选课件脊髓损伤的细胞治疗前景干细胞移植治疗脊髓损伤是近年来的研究热点。由于脊髓损伤后自发性轴突再髓鞘化过程非常有限，细胞移植治疗被视为更新少突胶质细胞、促进轴突再髓鞘化的重要手段。理论上，移植的干细胞可在损伤部位存活并整合入宿主组织中，进一步分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，大多数可同宿主细胞之间可形成突触样结构，使中枢神经系统的功能得到一定程度的恢复。精选课件脊髓损伤导致上行和下行脊髓束的轴突中断、神经元和胶质细胞缺损、神经性炎症发生和脱髓鞘。干细胞治疗通过如下方式，可以实现脊髓损伤的个体化治疗。第一，移植干细胞来源的脊髓成神经细胞可以替换受损或死亡的运动神经元和其他神经元。第二，移植干细胞来源的少突胶质祖细胞可以促进髓鞘再生。第三，移植能够拮抗有害的炎症反应和分泌促生长因子的干细胞脊髓损伤的干细胞治疗模式Lindvall,O.andZ.JClinInvest,2010.120(1):p.29-40.精选课件目前可用于脊髓损伤治疗的干细胞胚胎干细胞（embryonicstemcells，ESs）神经干细胞（neuralstemcells，NSCc）嗅鞘细胞（olfactoryensheathingcells，OECs）间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSCs）雪旺细胞（Schwanncells，SCs）。

其中的胚胎干细胞存在伦理问题，神经干细胞、雪旺细胞和嗅鞘细胞主要局限于试验室水平。

精选课件间充质干细胞（MSCs），在治疗脊髓损伤方面有其独特的优点：

具有促再生能力；具有多向分化潜能，特别是环境依赖性分化为靶组织细胞的能力；来源途径丰富，而提取、分离纯化和体外扩增却相对简单；免疫原性弱，一般不存在免疫排斥反应；同时能够抑制炎症反应可进行基因修饰后移植。间充质干细胞治疗脊髓损伤的价值Rice,C.M.,etal.,Lancet,2013.382(9899):p.1204-13.MSCs为治疗脊髓损伤展示了一种全新和理想的方法，存在诱导分化为神经细胞的潜能并能够向神经干细胞一样在中枢神经组织（脑、脊髓）里迁移、存活和整合，国外动物实验及临床应用中曾有报道MSCs移植对脊髓损伤治疗的有效性及安全性是可靠的。精选课件SCI病理生理机制与MSCs的相关性SCI脊髓损伤的病理生理机制MSC的生物学效应水肿、出血、缺血等引起的血供障碍合成血管内皮生长因子、刺激内生性新血管的形成和生长

神经元和胶质细胞的死亡(坏死和凋亡）抗凋亡效应：抗凋亡基因和蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶等表达上调；分化为神经元表型神经性炎症：细胞性（活化的中性粒细胞、T细胞、小胶质细胞/巨噬细胞）和体液性（细胞因子、白介素、干扰素、前列腺素等）干扰DC细胞的成熟，调节细胞因子的生成和T细胞的反应，抑制炎症和细胞基质的产生谷氨酸引起兴奋性中毒，ATP再生能力耗损通过调控基因表达，降低神经元谷氨酸受体对其配体的敏感性产生活性氧簇，诱导型一氧化氮合酶，溶酶体，脂质过氧化作用等降低氧化应激：增加NAD(P)H醌氧化还原酶1和血红素加氧酶-1（HO-1）的活性，下调诱导型一氧化氮合酶的生成改变生长因子信号通路促进旁分泌和内源性生长因子的合成，包括BDNF,NGF,GDNF,IGF-1等脊髓空洞症：假性饱囊和空洞形成抑制细胞外基质的产生，减少空洞的形成，促进轴突的再生脱髓鞘，巨噬细胞和小胶质细胞活化促进髓鞘再生，刺激施旺细胞迁移（至损伤部位）Forostyak,S.,P..Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.精选课件Forostyak,S.,P.JendelovaandE.Sykova,Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.骨髓MSC治疗慢性阶段SCI，修复了空洞、重建了轴突，部分恢复了运动神经元的功能精选课件BM-MSC治疗SCI的临床前研究Himes等用高流量方法扩增BMSCs后提纯，并通过静脉注射方式将BMSCs植入脊髓损伤的小鼠体内，2周后小鼠的BBB评分明显提高，温度觉及行走功能明显恢复。董锋等应用大鼠MSCs静脉注射移植对脊髓损伤SCI后脑源性神经营养因子、神经生长因子表达的影响,结论显示脊髓损伤后损伤脊髓局部的脑源性神经营养因子、神经生长因子表达增加,这可能是促进大鼠神经结构及神经功能恢复的因素之一。Himes,B.T.,etal.NeurorehabilNeuralRepair,2006.20(2):p.278-96董锋,林建华与吴朝阳.中国康复医学杂志,2008(05).精选课件BM-MSC治疗SCI的临床研究Geffner等将骨髓间充质干细胞经椎管内移植、局部种植、静脉移植三种途径移植治疗52例脊髓损伤的患者，结果提示三种移植方式均可以促进神经功能的恢复，且均安全、可行。Sykova等将骨髓干细胞移植入7例急性脊髓损伤和13例慢性脊髓损伤患者体内，随访2年，认为骨髓干细胞是安全、有效的，且移植的最佳时间为伤后3～4周。Moviglia等进行一种自体骨髓间充质干细胞移植治疗，8位志愿者中5例患者出现了躯体运动功能恢复，治疗后可以站立及行走，2例患者出现感觉功能改善。Geffner,L.F.,etal..CellTransplant,2008.17(12):p.1277-93.Sykova,E.,etal..CellTransplant,2006.15(8-9):p.675-87.Park,H.C.,etal.,TissueEng,2005.11(5-6):p.913-22.精选课件MSC治疗SCI面临的挑战虽然近年来对间充质干细胞治疗脊髓损伤的研究取得了一定的进展，但由于间充质干细胞在移植中具体的细胞内分化机制以及致瘤性等问题均没有得到有效的解决，还需今后实验研究的进一步深入。此外，间充质干细胞移植的应用研究中还存在着许多尚未解决的问题，如体外扩增速度问题，分化神经元的比例控制、功能性神经元的定向分化问题，移植时机的选择问题，移植方法、途径、细胞状态、支架、佐剂、适应证等等问题，距离临床应用还有诸多困难，亟待深入研究和解决。精选课件MSC治疗ONFH的临床实验概况在ClinicalTrial登记在册的数目为28宗其中脐带来源3宗细胞类型损伤的类型接种方式