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羊水干细胞

评论2021-02-22来源:严选细胞网

什么是羊水干细胞

羊水干细胞是胎儿早期的细胞,染色体的端粒长度非常长,意味着细胞的增殖生长能力较出生后的细胞更佳,老化的速度较慢。

羊水干细胞具有介于胚胎干细胞和成体干细胞间的分化潜能,而且综合二者的优点,目前在国际间,羊水干细胞的研究应用范围,包括了脑中风、帕金森氏症、心肌梗塞、肺纤维化、急性肾衰竭、尿失禁、骨修复等。应用范围在干细胞中算是十分广泛的。

羊水干细胞

羊水干细胞的存在及起源

羊水中细胞成分众多,目前对于这些细胞的起源和性质了解有限。对于羊水中的混合细胞,认为是由不同来源的多种细胞组成,是一个来源于胎儿和羊膜的异质细胞群体。Tsangaris等构建了人类正常羊水细胞的二维蛋白数据库,对细胞进行蛋白分析显示,该

细胞群可能具有异质性和多能性。通过对羊水及羊膜上皮细胞的培养观察认为,这些能被分离出来且有不同分化能力的细胞,可能代表了新的干细胞来源10121。Torricelli等对孕7~12周的羊水细胞组成进行研究发现,其中含有可能来源于胚胎卵黄囊的造血祖细胞。Prusa等对人羊水细胞进行了神经分化形态学分析及神经分化标志表达分析,在未经培养的羊水细胞中未观察到神经细胞形态,经过标准培养基培养后神经细胞呈散发状,而在诱导神经分化的培养基中,神经细胞明显增多并伴神经分化标志基因的表达。他们的研究首次表明人羊水中含有表达神经干细胞和祖细胞标志的细胞,有分化为神经细胞的能力。

McLaughlin等研究显示,羊水经传代培养后可获得干细胞,主要由祖细胞群组成,表型与中脑多巴胺能神经元相似。Karlmark等的引入绿色荧光蛋白标记干细胞特有的调节Oct-4或Rex-1的基因启动子至AF细胞中,发现其中的细胞群能活化这些启动子;另外,还引入了在Oct-4启动子控制下的含有新霉素抗性基因的质粒,从人羊水样本中分离出了表达Oct-4蛋白的未分化干细胞,证实了羊水中干细胞的存在。De Coppi等在人和鼠的羊水中分离出表达胚胎干细胞和成体干细胞表面标志的成体干细胞,据估计羊水干细胞约占羊水样本细胞总数的1%。他们认为这种干细胞既不是胚胎干细胞,也不是成体干细胞,它界于两者之间。Barria等用人羊水替代血清进行造血干细胞培养时,发现造血干细胞分化和调亡被下调,并能维持多能造血干细胞。他们将鼠的骨髓细胞培养在含有25%羊水和干细胞因子的羊水/干细胞因子培养中,与有血清和多种生长因子的培养基比较,在羊水/干细胞因子培养基中培养4周后,细胞分化标志下调,而细胞表达Sca1(51.8%)和c-Kit(10.2%)则维持较高水平,采用羊水/干细胞因子培养的骨髓细胞可维持长期的再增殖,提示在AF中有适合干细胞生长的环境和条件。

以上研究均证实羊水干细胞的存在,并有适合干细胞生长的环境,但对其来源及性质还有待于进一步研究明确。

羊水干细胞的生物特点和分离及鉴定

羊水干细胞是较成体干细胞更原始的一类细胞,更接近胚胎干细胞的全能性。与成人骨髓或脂肪来源的干细胞比较,羊水干细胞具备更强的体外增殖分化能力。羊水干细胞多次倍增后,仍可保持长端粒(20000bp)和正常核型。体外诱导后,羊水干细胞可分化为3个全部胚层组织,包括成骨细胞、内皮细胞、肝细胞、脂肪细胞和平滑肌细胞等,符合全能干细胞的特点。目前,多采用贴壁细胞多次传代法纯化羊水干细胞。将羊水离心后,接种于适当的培养液,补加体积分数为15%~20%的胎牛血清及其他一些微量营养成分、抗氧化剂和抗生素等,添加碱性成纤维生长因子(4pg/L)或表皮生长因子效果更佳。也有研究者尝试使用机械分离法、流式细胞仪分选、荧光活化细胞分选、CD117免疫磁珠分选法等。Wu等研发的一种新颖的微流体系统,既可长时间培养AFSC,还可同时鉴别AFSC。目前尚未发现AFSC有特征性的表面标记,但AFSC表面标记中,引人注意的是,转录因子4(Oct24)、糖分化抗原4(SSEA24)、鼠同源域蛋白(Nanog)等胚胎特异性标记的表达,提示羊水中存在较间充质干细胞发育更原始、增殖和分化能力更强、更接近于胚胎干细胞的细胞。

羊水干细胞

羊水干细胞的应用前景

1、治疗患先天性缺陷

2015年,来自美国莱斯大学等处的研究人员,利用来自羊水的干细胞成功促进了治愈水凝胶中血管的功能性生长。实验室研究中,研究者Jeffrey Jacot将多用的羊水干细胞与可注射的水凝胶结合起来,以这作为支架来进行再生医学的研究,结果发现可以明显增强机体脉管的发育,从而为血液带来新的组织同时也会带走废物,相关研究刊登于国际杂志《the Journal of Biomedical Materials Research Part A》上。

文章中,研究者利用来自孕妇的羊水干细胞来帮助治疗患先天性心脏缺损的新生儿。羊水干细胞具有可以再生分化为许多类型细胞的潜力,包括形成血管组织的内皮细胞等;Jacot说,最重要的是我们找到了如何获得一种形成血管的设备,以使得实验室生长的组织完全来自羊水细胞,而且我们发现仅使用来自羊水的干细胞才可以形成新的细胞。

研究者利用聚乙二醇和纤维蛋白制造的水凝胶同羊水干细胞相结合,纤维蛋白是一种对于血凝、细胞基质相互作用、伤口愈合及血管发生非常关键的生物高聚物,其广泛用于生物支架,而且机械硬度较小,容易快速降解,将纤维蛋白和聚乙二醇结合起来可以制造出较为“坚固”的水凝胶。

实验室中研究者利用血管内皮生长因子就可以促进干细胞转化成为内皮细胞,同时纤维蛋白的存在又可以促进内皮组织从相邻组织中渗入原始的脉管系统;仅注射包含纤维蛋白的水凝胶的小鼠表现出了较薄的纤维结构的发育,如果融合入羊膜细胞/纤维蛋白水凝胶则会产生较为“强壮”的脉管系统。

在类似的实验中,研究者利用骨髓衍生的间质细胞在水凝胶中植种,结果发现血管组织也出现了生长的迹象,后期研究者将继续研究羊水干细胞的功能,他们希望可以开发出一种生物相容性的“补丁”来帮助治疗患先天性出生缺陷的婴儿。

2、治疗缺血性中风

近年来,相继有文献报道了羊水干细胞治疗脑卒中的临床研究结果。2018年澳大利亚等国家研究人员的研究发现,为中风患者注射人体羊膜细胞(胎盘羊膜干细胞的一种)可有效减少脑部损伤,同时有助于患者恢复。研究成果已发表在美国《中风》杂志上。

2019年发表在《Cell Transplant》上的动物研究也显示了羊水干细胞治疗对缺血大脑的益处。科研人员首先用大脑中动脉闭塞60 min后再灌注1 h、6 h、24 h的方法对大鼠脑缺血再灌注造成脑损伤,并对损伤大鼠进行尾静脉人羊水来源干细胞注射治疗。结果发现治疗后24小时、14天和28天,这些细胞似乎对缺血的大脑有有益的作用。这可能是基于它们增强内源性修复机制的能力。这些细胞具有与间充质干细胞相似的蛋白表达谱,具有抗炎的潜力,并且能够快速迁移到受损伤组织和炎症区域,维持细胞多能性和自我更新能力。

还有研究发现,羊水干细胞移植治疗可以减少梗塞面积,提高认知功能的恢复。2014年,《Front Cell Neurosci》杂志上发表的关于羊水源干细胞移植治疗实验性缺血性脑卒中的疗效观察表明,细胞移植的中风动物比灌液的中风动物显著减少了92%的梗塞体积,这可能促进了动物运动和认知功能的恢复。此外,细胞移植的脑卒中动物的神经源性腹下区细胞增殖明显高于没有移植的脑卒中动物;腹下区未成熟的神经元细胞也比没有移植的脑卒中动物增加。腹下区细胞增殖的增加和神经元损失的减少都是大脑组织修复重建过程的标志。

羊水干细胞

3、治疗肾衰竭

在2017年,美国相关研究人员就已经发现,羊水干细胞衍生的外泌体对肾脏有保护作用,这将是一种治疗肾病的新方法。

血管内皮生长因子具有促进血管通透性增加、细胞外基质变性、血管内皮细胞迁移、增殖和血管形成等作用。当肾脏病发生时,它的异常增加,会引起愈伤组织严重损害肾小球中血管表面的细胞,最终导致肾衰竭。

研究人员会从羊水干细胞中,分离出细胞外的外泌体,它表面含有能结合血管内皮生长因子、并降低其在肾细胞上的生物活性的受体,控制细胞内稳态,从而保护肾脏。研究人员表示,注射羊水干细胞还可以控制肾脏衰竭的进程,并且调整注射细胞外泌体的数量和类型。

4、再生骨骼肌组织

羊水是在发育期间环绕胎儿的体液。发表在《Gut》杂志上的早期动物实验表明,源自羊水的干细胞能够治疗受损的肌肉组织,并且产生令人满意的再生和肌肉活性。这种治疗能够让患上脊髓性肌肉萎缩症(spinal muscular atrophy, SMA)的小鼠存活更长的时间。这是第一次证实利用源自羊水的干细胞能够再生病变的肌肉组织。

这项研究是由伦敦大学学院儿童健康研究所研究员、大奥蒙德街医院外科医生Paolo de Coppi博士和来自意大利帕多瓦大学和法国巴黎第五大学的同事们共同完成的。它代表着快速发展的再生医学领域的一次令人印象深刻的进步。

当前,肌源性干细胞(muscle derived stem cell)被认为是用于肌肉再生的最好来源。然而,它们不能够被用来治疗肌营养不良症(muscular dystrophy),这是因为在患有这种疾病的人们体内,该干细胞本身也受到影响。因为这一挑战,人们也一直在探寻其他的细胞来源,但是迄今为止,人们还没有成功地彻底治疗这种疾病。

De Coppi研究团队证实羊水干细胞(amniotic fluid stem cells, AFSCs)的静脉移植能够增强患病动物的肌肉力量和改善它们的存活率。这是首次研究证实AFSCs能够功能性和稳定地整合进骨骼肌中,从而突出地表明它们适合作为一种治疗肌营养不良症的细胞来源。

总而言之,在产检时多抽一点羊水保存下来,其实不只是照顾孩子,更是照顾一家人,因为羊水干细胞的免疫抗原性很低,对于血缘相近的家人们,未来都有机会,能够提供不一样的医疗照护。




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