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科学再次实现“返老还童”,再生医学与抗衰老你知多少?

来源:博雅

日期: 2020.12.10

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近期,《自然》杂志发表的最新研究结果显示,科学家成功将动物的视觉衰老时钟逆转,首次证明可以安全地将复杂的组织重编程为更加年轻的状态,即我们常说的“返老还童”。


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这些研究的关键是对细胞进行重编程,使细胞获得年轻细胞的基因功能。科学家们对小鼠视网膜细胞进行了重编程,让衰老导致的受损视力重获新生,还成功逆转了青光眼所导致的视神经损伤,同时受损的视力也得到了恢复。


这项研究给到的启示是:随着技术的发展,人类逆转衰老有了更多的可能性,解决年龄相关的疾病也有了更多的新途径。


衰老给全球公共卫生带来长期挑战


尽管全球预期寿命普遍增长,但全球人口老龄化给现代医学和公共卫生带来了长期挑战。随着预期寿命率的增加,与年龄相关的非传染性疾病,如心血管疾病、II型糖尿病、阿尔茨海默病和癌症等也会增加。因此,为了避免与年龄有关的健康下降,未来需要解决涉及细胞健康、系统性衰老和年龄相关疾病及其潜在的调节机制[2]。


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广义上,衰老是一种细胞逐渐恶化和组织损伤积累的过程,它导致器官功能下降,并对年龄相关疾病的敏感性增加。进入衰老阶段的细胞表现为不可逆的、抗凋亡的有丝分裂停滞状态,导致它们在基因表达、染色质结构和细胞行为上发生功能改变[3]。


衰老与干细胞外泌体


近年来,再生医学在抗衰老领域的渗透越来越广泛,基于干细胞科技的抗衰老成为了研究热点,干细胞来源外泌体也成为了抗衰老领域的新风口。


机体衰老包括器官功能的逐渐衰退和对年龄相关疾病的易感性增加。这与体内干细胞数量减少与老化有关,它降低了干细胞自我更新、分化和再生受损组织和器官的能力。



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图片来源:Nature


最近的证据表明,在衰老干细胞中,外泌体在衰老的各个过程中发挥作用,比如外泌体中的miRNAs可能在调节促进衰老的各种过程中发挥重要作用,比如对细胞衰老、干细胞衰竭、端粒长度和昼夜节律产生影响。


因此,进一步阐明干细胞来源外泌体在衰老中的分子机制,可能有助于更好地理解衰老生物学,阐明它们在干细胞功能中的作用,并确定未来再生疗法的重要靶点[1]。


干细胞通过替换衰老或受损细胞,在组织和器官的稳态、发育和修复中发挥重要作用[4]。干细胞外泌体包含mRNA, microRNA,蛋白质、脂质、转录因子、细胞因子、生长因子和表面分子,它们可以通过表面受体直接作用于目标细胞进行信号传递,也可以通过直接膜融合和内吞作用来介导信号传导。


外泌体介导的细胞通讯比旁分泌信号和内分泌信号等具有优势,因为每个外泌体可能传递不止一条信息,并在基因表达的不同阶段发挥调节作用。干细胞外泌体介导的细胞通讯参与了许多生理过程,包括免疫调节、肿瘤进展、组织再生、重编程、分化、端粒功能和衰老[5]。


临床研究证实外泌体在抗衰老中的作用


在皮肤中,老化的后果是组织再生潜力的下降,这可能反映了皮肤干细胞数量的减少或其功能的减少。


研究表明,间充质干细胞来源的外泌体在皮肤再生的不同阶段对控制成纤维细胞和内皮细胞的增殖均发挥作用,经过间充质干细胞外泌体治疗的皮肤组织,最终可在损伤部位更好地重新上皮化和胶原成熟,增加肌成纤维细胞形成,减少瘢痕,并改善烧伤愈合[6]。


除此之外,间充质干细胞外泌体还被应用到诸如心血管疾病、糖尿病、骨关节炎等多种与衰老相关的疾病治疗研究中。


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未来,干细胞外泌体从实验研究走向临床转化仍有许多挑战:例如,在采用干细胞外泌体来对抗与年龄相关的衰退时,需要标准化的过程来及时提取、净化和量化外泌体;未来不仅要考虑细胞类型,还要考虑以大规模、低成本和可重复的方式进行。


展望


最近的研究强调了外泌体在衰老过程中的新兴作用,未来随着外泌体内含物(脂质、mRNA、非编码RNA、蛋白质)在衰老的生物过程中发挥的协同作用逐渐为人们所知,再加上基于外泌体的抗衰老手段在临床试验中不断被验证,人类在抗衰老领域或将迎来更大的突破。


参考文献

1.Mujib Ullah , Nathan Norton Ng , Waldo Concepcion , Avnesh S Thakor. Emerging role of stem cell-derived extracellular microRNAs in age-associated human diseases and in different therapies of longevity. Ageing Res Rev. 2020 Jan;57:100979. doi: 10.1016/j.arr.2019.100979.

2. A.S. Ahmed, M.H. Sheng, S. Wasnik, D.J. Baylink, K.W. Lau Effect of aging on stem cells World J. Exp. Med., 7 (2017), pp. 1-10

3. R. Basu, E. Breda, A.L. Oberg, C.C. Powell, C. Dalla Man, A. Basu, J.L. Vittone, G.G. Klee, P. Arora, M.D. Jensen, G. Toffolo, C. Cobelli, R.A. Rizza Mechanisms of the age-associated deterioration in glucose tolerance: contribution of alterations in insulin secretion, action, and clearance Diabetes, 52 (2003), pp. 1738-1748

4. M.A. Baxter, R.F. Wynn, S.N. Jowitt, J.E. Wraith, L.J. Fairbairn, I. Bellantuono Study of telomere length reveals rapid aging of human marrow stromal cells following in vitro expansion Stem Cells, 22 (2004), pp. 675-682

5. J.V. Chakkalakal, K.M. Jones, M.A. Basson, A.S. Brack The aged niche disrupts muscle stem cell quiescence Nature, 490 (2012), pp. 355-360

6.T. Furuta, S. Miyaki, H. Ishitobi, T. Ogura, Y. Kato, N. Kamei, K. Miyado, Y. Higashi, M. Ochi Mesenchymal stem cell-derived exosomes promote fracture healing in a mouse model Stem Cells Transl. Med., 5 (2016), pp. 1620-1630


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