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什么是干细胞

奥运赛事火热,来聊聊运动员与干细胞之间的那些事儿

来源:博雅

日期: 2021.08.06

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最近,东京奥运会是人们十分关注的一件大事,全世界的运动健儿同台竞技,吸引着全球的目光。而说到运动员,不可避免要谈及的就是经常发生在他们身上的职业病,包括肌腱炎、肌肉拉伤、关节炎甚至骨折等,甚至不少运动员因此无奈选择退役。近年来,有不少的国内外媒体报道了运动员使用干细胞疗法来帮助康复的新闻,一时间引发了人们对干细胞治疗研究的关注。


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骨科疾病是运动员们常常遇到的疾病。在干细胞治疗研究领域,针对这一疾病取得了长足的进展,并且不断有研究成果报道。例如近日北京协和医院吴志宏团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究成果表示,经磁场或低剂量磁性纳米粒子进行预处理间充质干细胞而获得的外泌体,可在骨再生过程中促进成骨和促进血管生成。这项研究成果为治疗骨关节病变提供一种新的思路。


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其实,已经有许多研究证实了干细胞在治疗运动损伤的效果以及作用机制。也正是这些研究结果推动了临床发展,也帮助了一些运动员康复。


今天我们就从骨科的角度来看看,干细胞是如何帮助遭遇骨损伤的运动员康复的呢?



01

干细胞助力软骨损伤修复


长期高强度的运动会引起关节等部位软骨的磨损,而由于缺乏血管化和神经支配,关节等部位软骨损伤后再生能力有限。关节软骨损伤发病率高,社会影响大,不容小觑。在接受膝关节镜检查的大约60%的患者中可观察到软骨损伤[1]


目前,采用外科手术虽然可以使纤维软骨再生,但其机械性能要比透明软骨差。目前研究发现,干细胞治疗是一种有前景的关节软骨再生方法。尽管间充质干细胞(MSCs)在移植到软骨缺损部位时表现出向软骨细胞的分化,但越来越多的证据表明,MSCs分泌的众多生物活性因子和基质分子起到更为重要的作用,例如可调节受损的组织环境,从而发挥免疫调节功能,并指导随后的再生过程,包括细胞迁移、增殖和分化[2]


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图片来自文献[2]


美国进行的一项队列研究表明[3],自体间充质干细胞植入用于软骨修复与软骨细胞修复关节软骨一样有效。此外,它可减少了1次膝关节手术,降低了成本,并将供体部位的并发症发生率降至最低。

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图片来自文献[3]


此外,最近发现间充质干细胞来源的外泌体同样可以促进软骨再生,外泌体能促进内源性间充质干细胞和软骨细胞的增殖,同时对关节腔内的炎症反应具有抑制作用,还可促进软骨外基质的合成。


02

干细胞促进骨愈合


骨折不愈合是骨科面临的一大挑战。在美国每年发生的1300万个骨折中,约有10%未能愈合,这会严重影响患者的生活质量。为了修复较大的缺损,需要将患者或捐赠者骨骼组织植入间隙来填补缺损。


近年来,科学家们利用干细胞分化而形成的骨骼填充物来进行缺损部位的修补。这种新材料避免了自体或异体骨骼组织作为填充物的某些缺点,这些缺点包括增加病人的恢复时间,引起慢性疼痛,移植物缺乏促进骨修复的生物分子等。


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图片来自文献[4]


已经有研究[4]证明了人间充质干细胞的骨修复能力,其可显著缩小骨缺损部位范围。此外,该研究还发现人间充质干细胞来源的细胞外基质组成的支架与间充质干细胞联用时,促进骨愈合的效果比单用间充质干细胞更显著。


03

干细胞逆转骨关节炎


骨关节炎常被称为“致残性关节炎”,是常见的老年人退行性疾病,近年来,其在年轻人群中的发病率也逐渐上升。目前尚无有效治疗手段,临床主要以对症治疗,缓解症状为主。


研究发现干细胞可能是治疗骨关节炎的强有力武器。间充质干细胞治疗骨关节炎的可能机制如下:


  1. 分泌大量的介质以防止软骨退化并刺激其修复;

  2. 减少软骨细胞产生促炎细胞因子,从而阻止其炎症活动;将M1表型(炎性)的巨噬细胞转化为M2表型(非炎性),从而有助于减轻局部炎症。

  3. 显著降低了与骨关节炎相关的纤维化和肥大标记物,如I、III、VI胶原纤维等。

  4. 减慢软骨细胞的衰老。


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图片来自文献[5]


国外发表的一项I期临床试验[6]对13名膝关节骨性关节炎Ⅱ、Ⅲ期患者关节腔内间隔1个月注射两剂间充质干细胞,对每个患者进行至少24个月的随访。结果显示关节腔内注射间充质干细胞治疗膝关节骨关节病是安全的,显著改善了Koos评分和膝关节软骨厚度。


04

小结与展望

干细胞是目前再生医学领域的研究热点,其在骨关节疾病治疗中的优势正在被逐步证明,临床研究应用也不断扩展,除了上述的软骨损伤修复,骨愈合,逆转骨关节炎,也有研究报道了干细胞在骨肿瘤,股骨头坏死,骨质疏松中的显著疗效。未来仍然需要更大规模的临床试验来进一步的探索,干细胞有望在骨科疾病领域带来更大的临床治疗突破。


参考文献:

[1] Toh WS, Foldager CB, Pei M, Hui JH. Advances in mesenchymal stem cell-based strategies for cartilage repair and regeneration. Stem Cell Rev Rep. 2014 Oct;10(5):686-96.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24869958/

[2] Meirelles Lda S, Fontes AM, Covas DT, Caplan AI. Mechanisms involved in the therapeutic properties of mesenchymal stem cells. Cytokine Growth Factor Rev. 2009 Oct-Dec;20(5-6):419-27.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19926330/

[3] Nejadnik H, Hui JH, Feng Choong EP, Tai BC, Lee EH. Autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells versus autologous chondrocyte implantation: an observational cohort study. Am J Sports Med. 2010 Jun;38(6):1110-6.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20392971/

[4] Zeitouni S, Krause U, Clough BH, Halderman H, Falster A, Blalock DT, Chaput CD, Sampson HW, Gregory CA. Human mesenchymal stem cell-derived matrices for enhanced osteoregeneration. Sci Transl Med. 2012 May 2;4(132):132ra55.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22553253/

[5] Maumus M, Pers YM, Ruiz M, Jorgensen C, Noël D. Cellules souches mésenchymateuses et médecine régénératrice - Quel avenir pour l’arthrose ? [Mesenchymal stem cells and regenerative medicine: future perspectives in osteoarthritis]. Med Sci (Paris). 2018 Dec;34(12):1092-1099. French.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30623767/

[6] Al-Najar M, Khalil H, Al-Ajlouni J, Al-Antary E, Hamdan M, Rahmeh R, Alhattab D, Samara O, Yasin M, Abdullah AA, Al-Jabbari E, Hmaid D, Jafar H, Awidi A. Intra-articular injection of expanded autologous bone marrow mesenchymal cells in moderate and severe knee osteoarthritis is safe: a phase I/II study. J Orthop Surg Res. 2017 Dec 12;12(1):190.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29233163/


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