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脐带血多能干细胞对非造血组织和细胞再生的潜力

发布时间:2007年10月18日DOI://doi.org/10.1016/j.exphem.2007.08.017
      干细胞已从人类胚胎,胎儿组织,脐带血(UCB)以及“成人”来源中分离出来。成人干细胞存在于人体的许多组织中,能够维持,产生和替换终末分化的细胞。最近在UCB中发现了多能干细胞的来源,它也可以跨组织谱系边界分化为神经,心脏,上皮,肝细胞和皮肤组织。因此,UCB可能为组织修复和再生提供干细胞的未来来源。它的广泛可用性使UCB成为组织再生的诱人来源。源自UCB的干细胞具有超过成年干细胞的多项优势,包括它们的不成熟性,这可能在减少移植到错配宿主后的排斥反应以及产生大量同质组织或细胞的能力方面起着重要作用。尽管对胚胎干细胞的研究继续引起相当大的争议,但人类脐带干细胞提供了一种替代细胞来源,该来源在伦理上更为可接受,并且似乎得到了广泛的公众支持。这篇综述将总结体外和体内研究,检查UCB干细胞及其在非造血组织和细胞再生治疗中的潜在用途。
      自从我们上次回顾脐带血(UCB)库的科学状态以及冷冻保存的无关UCB作为异种造血干细胞在恶性和非恶性造血和免疫性疾病的清髓疗法后的替代来源的潜力以来,已经过去了十年[
      • 开罗M.S.
      • 瓦格纳J.E.
      胎盘和/或脐带血:用于移植的造血干细胞的替代来源。
      ]。我们的原始调查以及Kurtzberg等人的调查。证明了无清创性无关脐带血移植后成功的三系造血重建[
      • 库兹伯格J.
      • 拉夫林M.
      • 格雷厄姆
      • 等。
      胎盘血作为造血干细胞的来源,可移植到无关的受体中。
      ,
      • 开罗M.S.
      • 瓦格纳E.L.
      • 弗雷泽J.
      • 等。
      脐带血造血祖细胞和淋巴细胞亚群的特征及其与种族,出生体重,性别和分娩类型的关系:一项脐带血移植(COBLT)研究报告。
      ]。国家心肺血液研究所随后提供了资源,以建立三个公共脐带血库,以增加冷冻保存的脐带血的供应,制定孕产妇捐献者筛查和同意,脐带血收集,分离,冷冻保存以及早期和早期特征的标准操作程序成熟的脐血祖细胞[
      • 开罗M.S.
      • 瓦格纳E.L.
      • 弗雷泽J.
      • 等。
      脐带血造血祖细胞和淋巴细胞亚群的特征及其与种族,出生体重,性别和分娩类型的关系:一项脐带血移植(COBLT)研究报告。
      ,
      • 库兹伯格J.
      • 开罗M.S.
      • 弗雷泽·J·K。
      • 等。
      脐带血移植(COBLT)的结果研究了无关的捐助者银行计划。
      ]。最近,Escolar等人。在非造血性疾病(如婴儿克拉布氏病)中证明了清髓性无关脐带血移植的成功[
      • Escolar M.L.
      • 爱伦·坡
      • 普罗旺斯(Provenzale J.M.)
      • 等。
      婴幼儿克拉布氏病婴儿的脐带血移植。
      ]。然而,关于定向供体脐带血的收集和冷冻保存对于将来用于非造血组织和细胞再生的潜在价值,存在大量争论[
      • 鲁宾·B·H
      • 采煤机W.T.
      脐带血库可能用于将来的移植。
      ]。

      多能干细胞

      未分化且能够增殖,自我更新,分化和组织再生的细胞被认为是多能干细胞。人多能干细胞被描述为具有克隆能力和自我更新能力,可以分化为三个主要细菌层的多个细胞谱系和组织[
      • 魏斯曼
      干细胞:发育单位,再生单位和进化单位。
      ]。 Embryonic stem (ES) cells contained in the blastocyst were once considered the sole reserve of pluripotent stem cells, while 成人 stem cells were considered lineage/tissue-restricted. However, current studies have suggested that 成人 stem cells may have the potential to contribute to the homeostasis and repair of a host of tissues, including muscle, brain, liver, heart, and the vascular endothelium. Quesenberry et al. [
      • Quesenberry P.J.
      • 科尔文
      • 兰伯特·J·F。
      Chiaroscuro干细胞:统一的干细胞理论。
      ]最近提出了统一的干细胞理论,表明细胞周期转运与不断变化的干细胞表型有关。因此,在更原始的干细胞/祖细胞水平上,可能存在波动的连续体而不是层次结构,其结果是由变化的表面表型和变化的干细胞环境决定的。

      干细胞来源

      已从人类胚胎,胎儿组织,羊水,UCB和“成人”来源分离出干细胞(Fig. 1)[
      • De Coppi P.
      • 小Bartsch,G.
      • 西迪基(Siddiqui)
      • 等。
      分离具有治疗潜力的羊水干细胞系。
      ,
      • 不是Anker P.S.
      • Scherjon S.A.
      • Kleijburg-van der Keur C.
      • 等。
      羊水作为用于治疗性移植的间充质干细胞的新来源。
      ]。成人干细胞存在于人体的许多组织中,包括眼睛,大脑,骨骼肌,脂肪组织,牙髓,肝脏,胰腺,皮肤,骨髓和胃肠道(表格1),并能够维护,生成和替换最终分化的细胞[
      • 科尔布林M.
      • Estrov Z.
      成人干细胞用于组织修复-一种新的治疗概念?
      ]。
      图缩略图gr1
      图1人多能干细胞发育造血的个体发育。
      表格1成人干细胞及其分化的主要方向
      电池类型组织特定的位置产生的细胞或组织
      造血干细胞骨髓,外周血骨髓和血液淋巴造血细胞
      间充质干细胞骨髓,外周血骨,软骨,肌腱,脂肪组织,肌肉,骨髓造口,神经细胞
      神经干细胞中枢神经系统的上皮细胞,星形胶质细胞(脑室下区)神经元,星形胶质细胞,少突胶质细胞
      肝干细胞在终末胆管中或附近卵圆形细胞,随后产生肝细胞和导管细胞
      胰腺干细胞岛内巢蛋白阳性细胞,卵圆形细胞,导管细胞 β细胞
      骨骼肌干细胞或卫星细胞肌纤维骨骼肌纤维
      皮肤干细胞(角质形成细胞)表皮基底层,毛囊隆起区表皮,毛囊
      肺上皮干细胞气管基底和粘液分泌细胞,细支气管克拉拉细胞,肺泡II型肺细胞粘液和纤毛细胞,I型和II型肺细胞
      肠上皮干细胞位于每个隐窝底部周围的上皮细胞Paneth细胞,刷状肠上皮细胞,粘液杯状细胞,绒毛肠内分泌细胞
      经科布林M,Estrov Z许可转载。用于组织修复的成体干细胞-一种新的治疗概念? N Engl J Med。 2003; 349:570–582。版权所有©2003马萨诸塞州医学会。版权所有。
      UCB中最近发现了多能干细胞的来源。据报道,UCB是造血干细胞(HSC),内皮细胞前体,间充质(MSC)祖细胞和多能/多能谱系干细胞(MLSC)的来源[
      • 埃里塞斯(Erices)A.
      • 压倒P.
      • Minguell J.J.
      人脐带血中的间充质祖细胞。
      ,
      • 伯杰·M·J。
      • 亚当斯S.D.
      • 蒂格斯B.M.
      • 等。
      脐带血来源的多谱系祖细胞分化为呼吸道上皮细胞。
      ,
      • 金J
      • 金S
      • 朴善英
      • 等。
      人脐带中的间充质祖细胞。
      ]。有趣的是,据报道,MSC以30%至60%的小容量UCB单位发生,其频率高达2.3个MSC克隆/ 108 单核细胞[
      • 瓦特S.M.
      • Contreras M.
      干细胞医学:脐带血及其干细胞潜力。
      ]。此外,研究人员已经证明UCB干细胞可以跨组织谱系边界分化为神经,心脏,上皮,肝细胞和真皮组织。

       UCB作为多能干细胞用于组织修复或再生的来源

      除了MSC,UCB还包含MLSC和内皮细胞前体[
      • Kogler G.
      • 森肯S.
      • 艾莉·J·A。
      • 等。
      来自胎盘脐带血的新人类体干细胞,具有固有的多能分化潜能。
      ,
      • 杨超
      • 张志华
      • 李志坚
      • 杨RC
      • 钱国庆
      • 韩志成
      用脐血CD133 +细胞来源的内皮祖细胞移植增强新血管形成。
      ,
      • 英格拉姆D.A.
      • 米德·李
      • 田中H.
      • 等。
      使用人外周血和脐带血鉴定内皮祖细胞的新层次。
      ]。 UCB的多谱系分化能力表明,它们可能具有转分化能力,成为各种组织谱系的非造血细胞。刚分离的幼稚UCB单核细胞,以及经过HSC阴性分选后获得的群体,都表达大量基因,这些基因表示干细胞多能性的分子标记,包括Oct-3 / 4,Sox2和Rex-1。最近的研究表明,这些前体能够改善受缺血性疾病影响的器官和组织的血运重建,并产生骨骼,软骨,肌肉,肝脏和神经细胞[
      • 周杰伦
      • Rouleau A.
      • Underhill T.M.
      • 巴蒂亚M.
      鉴定具有造血和软骨潜力的新型人类脐带血细胞群。
      ,
      • 纽曼
      • 戴维斯
      • Borlongan C.V.
      • Emerich D.
      • Sanberg P.R.
      人脐带血细胞移植修复中枢神经系统疾病。
      ,
      • Gang E.J.
      • 郑J
      • 洪淑华
      • 等。
      从人脐带血分离的间充质干细胞的骨骼肌发生分化。
      ,
      • 彼得森(Peterson D.A.)
      脐带血细胞和脑中风损伤:引入新鲜血液以解决老问题。
      ]。
      UCB以每年超过1亿的全球年出生率,是一种未被充分利用的大型干细胞来源,具有许多先天优势。 UCB干细胞的一个最重要的优势是它们拥有原始的个体发育并且没有受到免疫学挑战[
      • 哦我
      • 刘阿
      • 屋檐C.J.
      During ontogeny primitive (CD34(+)CD38(-)) hematopoietic cells show altered expression of a subset of genes associated with early cytokine and differentiation responses of their 成人 counterparts.
      ]。 In contrast to 成人 bone marrow (BM) –derived HSCs, UCB progenitors have higher proliferative potential, reportedly up to eightfold greater than similar cells in BM, and four times as many CD34+ 细胞 [
      • 布罗克斯迈耶
      关于脐带血造血干细胞和祖细胞及其在移植中的用途的问题。
      ,
      • 卡多佐A.A.
      • 李美玲
      • 巴达德P.
      • 等。
      Release from quiescence of CD34+ CD38- human umbilical cord blood cells reveals their potentiality to engraft 成人s.
      ,
      • Rosler E.S.
      • 布兰特(Brandt J.E.)
      • 溜槽J.
      • 霍夫曼河
      对人类造血干细胞的各种来源进行的体内竞争性种群再测定。
      ]。此外,UCB包含更高频率的可移植HSC,更高的祖细胞输出,更多的菌落形成,更高的细胞周期速率和相对较长的端粒长度。我们的实验室发现,激活的UCB单核细胞基因的几个功能组的基因表达存在显着差异,包括编码细胞因子,免疫调节和信号转导以及细胞结构的那些[
      • 姜红
      • 范德文C.
      • 萨特瓦尼(Satwani P.)
      • 八喜
      • 开罗M.S.
      Differential gene expression patterns by oligonucleotide microarray of basal versus lipopolysaccharide-activated monocytes from cord blood versus 成人 peripheral blood.
      ,
      • 萨特瓦尼(Satwani P.)
      • Ayello J.
      • Ven C.
      • 等。
      脐血(CB)与外周血(PB)单核细胞中IL-18基因表达的不成熟和对自然杀伤(NK)细胞发育和功能的不同影响。
      ]。由于UCB的免疫学不成熟,无关的UCB移植耐受UCB供体和受体之间更大的人类白细胞抗原(HLA)差异,并可能导致严重的急性移植物抗宿主病(GVHD)减少[
      • 开罗M.S.
      • 瓦格纳J.E.
      胎盘和/或脐带血:用于移植的造血干细胞的替代来源。
      ,
      • 布拉德利(Bradley)
      • 开罗M.S.
      脐带血免疫学和干细胞移植。
      ,
      • Eapen M.
      • 鲁宾斯坦P.
      • 张明杰
      • 等。
      急性白血病儿童无关供体脐带血和骨髓的移植结果:一项比较研究。
      ]。 Rocha等人。 [
      • 罗查五世
      • 小瓦格纳(J.E. Wagner)
      • Sobocinski K.A.
      • 等。
      从相同的HLA兄弟姐妹接受脐带血或骨髓移植的儿童的移植物抗宿主病。 Eurocord和国际骨髓移植注册机构替代供体和干细胞来源工作委员会。
      ]比较了来自HLA匹配兄弟姐妹的UCB接受者和HLA匹配骨髓的接受者的记录,发现在脐血移植患者中发生急性GVHD和慢性GVHD的风险较低[
      • 罗查五世
      • 小瓦格纳(J.E. Wagner)
      • Sobocinski K.A.
      • 等。
      从相同的HLA兄弟姐妹接受脐带血或骨髓移植的儿童的移植物抗宿主病。 Eurocord和国际骨髓移植注册机构替代供体和干细胞来源工作委员会。
      ]。
      UCB细胞可以安全地冷冻保存多年,而不会丧失活力。与BM相比,UCB具有很多优势,包括更快的库存的低温保存UCB单位,对1或2个HLA-A,-B和-DR错配的更大耐受性,以及更低的潜伏病毒传播感染的风险。此外,UCB的公共银行业务已在全球范围内建立起来,可以轻松地从全球注册中心访问UCB单位。此外,脐带血移植研究报告了大量CD34+/CD90+ 在脐带血单位中收集多能祖细胞[
      • 开罗M.S.
      • 瓦格纳E.L.
      • 弗雷泽J.
      • 等。
      脐带血造血祖细胞和淋巴细胞亚群的特征及其与种族,出生体重,性别和分娩类型的关系:一项脐带血移植(COBLT)研究报告。
      ]。 UCB-derived stem cells offer multiple advantages over 成人 stem cells and ES cells, including their immaturity, which may play a significant role in the rejection of generated tissue when transplanted into a mismatched host and their ability to produce larger quantities of homogenous tissue or cells for transplantation. While research with ES cells continues to generate considerable controversy, human umbilical stem cells provide an alternative cell source that has been 更多 ethically acceptable and appears to have widespread public support. This review will summarize in vitro and in vivo studies examining UCB stem cells and their potential use for therapeutic application for nonhematopoietic tissues and cell regeneration.

      细胞和组织再生

       造血和免疫重建

      UCB transplantation has made allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) available to patients who would otherwise have no suitable donor. The clinical use of UCB HSCT has been well-documented by our group and others, with 更多 than 9000 unrelated cord blood transplantations performed in children and 成人s [
      • 库兹伯格J.
      • 拉夫林M.
      • 格雷厄姆
      • 等。
      胎盘血作为造血干细胞的来源,可移植到无关的受体中。
      ,
      • 布拉德利(Bradley)
      • 开罗M.S.
      脐带血免疫学和干细胞移植。
      ,
      • 巴伦·K·K
      • 海莉·N.R。
      • 库兹伯格J.
      • 等。
      结果s of 122 diverse 成人 and pediatric cord blood transplant recipients from a large cord blood bank.
      ,
      • 格鲁克曼E.
      • 罗查五世
      • 博耶·查玛德A.
      • 等。
      相关和不相关供体的脐血移植结果。 Eurocord移植小组和欧洲血液和骨髓移植小组。
      ,
      • 拉夫林M.J.
      • 巴克·J。
      • 班巴赫B.
      • 等。
      Hematopoietic engraftment and survival in 成人 recipients of umbilical-cord blood from unrelated donors.
      ,
      • 洛卡特利F.
      • 罗查五世
      • Chastang C.
      • 等。
      急性白血病患儿脐血移植后结局的相关因素。 Eurocord-Cord血液移植小组。
      ,
      • 鲁宾斯坦P.
      • 承运人C.
      • Scaradavou A.
      • 等。
      来自无关供体的562名胎盘血液移植受者的结果。
      ,
      • Styczynski J.
      • 张玉K
      • 加文·J。
      • 等。
      小儿接受者无关脐带血移植的结果。
      ,
      • 瓦格纳J.E.
      • 巴克·J·N。
      • DeFor T.E.
      • 等。
      102名恶性和非恶性疾病患者的无关供体脐带血的移植:CD34细胞剂量和HLA差异对与治疗相关的死亡率和存活率的影响。
      ,
      • 瓦格纳J.E.
      • 罗森塔尔J.
      • 甜心河
      • 等。
      来自无关供者的HLA匹配和HLA不匹配的脐带血的成功移植:移植和急性移植物抗宿主病的分析。
      ]。影响UCB植入率的最重要因素是与患者体重有关的总成核剂量。我们和其他人报告说,患者移植的UCB单位为1.7至2.3×105 CD34+ 细胞/ kg存活较差[
      • Styczynski J.
      • 张玉K
      • 加文·J。
      • 等。
      小儿接受者无关脐带血移植的结果。
      ]。此外,我们和其他人已证明,在进行清髓和降低强度的调理以及UCB移植后,长期的全供体嵌合症,严重的急性GVHD降低以及与其他干细胞来源相当的总体存活率[
      • 库兹伯格J.
      • 拉夫林M.
      • 格雷厄姆
      • 等。
      胎盘血作为造血干细胞的来源,可移植到无关的受体中。
      ,
      • 拉夫林M.J.
      • 巴克·J。
      • 班巴赫B.
      • 等。
      Hematopoietic engraftment and survival in 成人 recipients of umbilical-cord blood from unrelated donors.
      ,
      • Styczynski J.
      • 张玉K
      • 加文·J。
      • 等。
      小儿接受者无关脐带血移植的结果。
      ,
      • 瓦格纳J.E.
      • 罗森塔尔J.
      • 甜心河
      • 等。
      来自无关供者的HLA匹配和HLA不匹配的脐带血的成功移植:移植和急性移植物抗宿主病的分析。
      ,
      • 德尔托罗G.
      • 萨特瓦尼(Satwani P.)
      • 哈里森·L。
      • 等。
      在儿童和青少年接受者中进行的强度降低的条件研究和从无关的脐带血和相配的家庭供体中进行同种异体干细胞移植的初步研究。
      ]。
      为了满足在较大患者中增加用于UCB移植的HSC数量的需求,一些机构已经评估了多个UCB单元的输注。巴克等人。 [
      • 巴克·J·N。
      • 韦斯多夫D.J.
      • DeFor T.E.
      • 等。
      Transplantation of 2 partially HLA-matched umbilical cord blood units to enhance engraftment in 成人s with hematologic malignancy.
      ]报告了较高的植入率,与较低的移植相关死亡率相关,并且在23名接受两个部分HLA匹配的UCB单元移植的高危患者中,严重GVHD没有增加。为UCB移植增加HSC的其他方法包括离体扩增UCB造血或辅助细胞,这可能会增强植入和移植物抗肿瘤活性[
      • 索伦蒂诺B.P.
      扩大造血干细胞的临床策略。
      ,
      • Sauvageau G.
      • 伊斯科夫N.N.
      • 汉弗莱斯
      造血干细胞的体外和体内扩增。
      ]。我们的实验室最近报道了冷冻保存的UCB的淋巴细胞亚群的离体扩增,天然杀伤(NK)细胞亚群的富集以及NK和淋巴因子激活的杀伤细胞的细胞毒性的增强[
      • Ayello J.
      • 范德文C.
      • Fortino W.
      • 等。
      体外细胞工程后对脐带血自然杀手和淋巴因子激活的杀手淋巴细胞的表征。
      ]。其他研究人员已经证明,与UCB一起共移植MSC可以改善植入率[
      • 金德华
      • 钟永杰
      • 金德庚
      • 金玉兰
      • 哦我
      第三方间充质基质细胞的共移植可以减轻单供体的优势并增加双脐带移植的植入率。
      ,
      • 勒布朗克
      • 拉斯穆森一世。
      • 桑德伯格湾
      • 等。
      用第三方单倍体间充质干细胞治疗严重的急性移植物抗宿主病。
      ,
      • 罗曼诺夫(Romanov Y.A.)
      • Svintsitskaya V.A.
      • 斯米尔诺夫(Smirnov V.N.)
      寻找产后人间充质干细胞的替代来源:来自脐带的候选MSC样细胞。
      ]。
      尽管UCB移植在临床上最常用于治疗恶性疾病,但UCB已成功用于治疗非恶性疾病,包括溶酶体疾病(例如,克拉布氏病,Hurler综合征),血红蛋白病,再生障碍性贫血和Fanconi贫血[
      • 布拉德利(Bradley)
      • 开罗M.S.
      脐带血免疫学和干细胞移植。
      ,
      • 德尔托罗G.
      • 萨特瓦尼(Satwani P.)
      • 哈里森·L。
      • 等。
      在儿童和青少年接受者中进行的强度降低的条件研究和从无关的脐带血和相配的家庭供体中进行同种异体干细胞移植的初步研究。
      ,
      • Krivit W.
      • 夏皮罗(Shapiro)
      • 彼得斯C.
      • 等。
      造血干细胞移植在球状细胞白细胞营养不良中。
      ,
      • 格鲁克曼E.
      • Broxmeyer H.A.
      • 奥尔巴赫
      • 等。
      患有Fanconi贫血的患者通过来自与HLA相同的同胞的脐带血进行造血重建。
      ,
      • Staba S.L.
      • Escolar M.L.
      • 坡M.
      • 等。
      Hurler综合征患者的无关供体的脐血移植。
      ]。

       多系祖细胞

      最近在UCB中鉴定出一种潜在的代表干细胞新亚型的多能细胞(多谱系祖细胞[MLPC])为CD45+/CD34+/CD9+/内斯汀+ 塑胶依附人口[
      • 柯林斯D.P.
      祖细胞(MLPC)是脐带血来源的多能干细胞,起源于粘附的CD45 + / CD34 + / CD9 +子集。
      ]。这些细胞已显示出广泛的扩增能力,同时保持正常的遗传稳定性[
      • Forraz N.
      • 布拉德斯(Bradez)
      • 麦格金会计师事务所
      脐带血多谱系祖细胞系的多参数基因表达谱分析。
      ], as well as the ability to be differentiated into cells representing all three germinal layers. These cells are thought to bridge the span between pluripotent ES cells and 成人-source stem cells by demonstrating extensive plasticity without teratoma potential.
      MLPC可以通过商业上以PrepaCyte出售的基于非颗粒的阴性细胞选择方法从足月UCB中分离出来,然后进行塑料粘合。 MLPC可通过单细胞克隆与MSC分离(也可通过这种方法分离)[
      • 伯杰·M·J。
      • 亚当斯S.D.
      • 蒂格斯B.M.
      • 等。
      脐带血来源的多谱系祖细胞分化为呼吸道上皮细胞。
      ,
      • 柯林斯D.P.
      细胞因子和细胞因子受体的表达作为免疫激活的生物学指标:在体外模型系统开发中的重要考虑因素。
      ,
      • 柯林斯D.P.
      脐带血来源的多能干细胞的分离和鉴定,该干细胞源自粘附的CD45 + / CD34 +细胞亚群。
      ]。通过这种方法从五个不同的脐带血样本以及八个CB衍生的MSC细胞系中建立了MLPC的四十五个克隆细胞系。 MLPC具有更广泛的扩展和区分能力,从而使其与MSC脱颖而出。 MLPC的倍增时间为35到50小时,具体取决于培养条件,并且是专一性的贴壁细胞,可以进行扩增和分化[
      • 柯林斯D.P.
      多谱系祖细胞(MLPC)(人脐带血来源的干细胞)作为设计用于组织工程的ecm的模型的实用程序。
      ]。通过基因组DNA杂交进行的分子核型分析表明,核型正常的二倍体细胞能够在80加倍后保持基因组的完整性[
      • Forraz N.
      • 布拉德斯(Bradez)
      • 麦格金会计师事务所
      脐带血多谱系祖细胞系的多参数基因表达谱分析。
      ]。这些结果与MSC在20倍加倍后表现出遗传不稳定的结果形成对比[
      • Forraz N.
      • 布拉德斯(Bradez)
      • 麦格金会计师事务所
      脐带血多谱系祖细胞系的多参数基因表达谱分析。
      ]。在非分化培养基中进行标准体外培养不会导致自发分化,而且最初的体内实验也未导致畸胎瘤形成[
      • 柯林斯D.P.
      祖细胞(MLPC)是脐带血来源的多能干细胞,起源于粘附的CD45 + / CD34 + / CD9 +子集。
      ]。
      MLPC表现出两种不同的形态和细胞表面表型,即与新鲜分离的细胞(CD45,CD34,CD133,CD13,CD29,CD44,CD73,CD90,CD105,CD9,SSEA-3,SSEA-4)相关的白细胞样形态。建立培养后与细胞相关的成纤维细胞形态(CD45, CD34,CD133, CD13+, CD29+, CD44+, CD73+,CD90双峰+,CD105+, CD9+,SSEA-3,SSEA-4坏死因子+,巢蛋白+,β-微管蛋白+ (Fig. 2)[
      • 柯林斯D.P.
      多谱系祖细胞(MLPC)(人脐带血来源的干细胞)作为设计用于组织工程的ecm的模型的实用程序。
      ]。在培养的前7天中白细胞形态占优势。最初建立培养后不久,MLPC将紧密附着在塑料或玻璃基材上,并具有更成纤维的外观。 图2E和 3H证明CD45的丢失与向成纤维细胞形态的转变相吻合[
      • 柯林斯D.P.
      多谱系祖细胞(MLPC)(人脐带血来源的干细胞)作为设计用于组织工程的ecm的模型的实用程序。
      ]。
      图缩略图gr2
      图2多谱系祖细胞(MLPC)的主要分离株。 (A)MLPC的最初分离株。新鲜分离的MLPC和培养少于3天的细胞表现出白细胞样形态以及与这些细胞相关的一组关键特征蛋白标记。 (B)形态转化为成纤维细胞期后(通常是第3天到第7天),MLPC达到了最终的培养物特异性形态和关键特征蛋白表型。 (C)和(F)MLPC在培养第3天的相衬。D)和 (G),在(C)和(F)CD34(D)和CD45(G)免疫荧光。 (E)和(H)相衬(E)和CD45免疫荧光(H)的第5天MLPC。每个显微照片中的箭头指向的细胞已从形态上的白细胞相转变为成纤维细胞相,并失去了CD45抗原的表达。保留白细胞形态并对CD45呈阳性的细胞围绕成纤维细胞阶段细胞。 箭头指向已成纤维细胞形态已失去CD45表达的MLPC,而周围白细胞形态中的MLPC仍保留CD45的表达。
      图缩略图gr3
      图3将多谱系祖细胞(MLPC)与脐血来源的间充质干细胞(MSC)和骨髓来源的MSC进行比较。 MLPC和MSC细胞系在MSCGM培养基(Cambrex)中生长至60%融合。将MLPC克隆E8与BM-MSC(Cambrex)和脐带血克隆A3(BioE)进行了比较。尽管所有细胞类型通常对CD105,CD29,CD73和CD44呈阳性,但可以通过检查CD9,CD90和CD106清楚地区分单个细胞类型。 MLPC克隆对CD9和CD106呈阳性,而对CD90表达明亮而沉闷的种群。 MSC谱系明显对CD106阴性,对CD90表达单个亮群,并且为阴性(BM-MSC)或暗淡(CB-MSC)。
      已将MLPC的克隆来源细胞系与从BM和UCB获得的MSC进行了比较,并观察到许多相似之处和不同之处。观察到两种细胞类型对CD13,CD29,CD44,CD73和CD105均为阳性。 CD9(MLPC明亮,UCB-MSC暗淡,BM-MSC阴性),CD90(MLPC双峰,CD90亮群体与CD90暗淡群体;单峰MSC,单峰MSC)表达差异(UCB和BM-MSC的明亮人群)和CD106(MLPC的阳性而UCB-和BM-MSC的阴性)(Fig. 3)。此外,通过微阵列竞争杂交mRNA分析,已将MLPC与MSC进行了比较(Fig. 4)。在有限的微阵列分析中,将942个与干性和谱系承诺相关的基因限制在有限范围内,观察到942个基因中有360个表达差异显着。分析表明,与MSC相比,MLPC是一种更安静,更原始的细胞,对血统(特别是结缔组织)的依赖性更小,并且MLPC比MSC表达更多的HSC特征基因[
      • Forraz N.
      • 布拉德斯(Bradez)
      • 麦格金会计师事务所
      脐带血多谱系祖细胞系的多参数基因表达谱分析。
      ]。
      图缩略图gr4
      图4通过微阵列比较多系祖细胞(MLPC)与间充质干细胞(MSC)mRNA的表达。 mRNA从对数生长的MLPC和骨髓来源的MSC中获得,并经过Miltenyi设计的942基因阵列进行竞争性杂交微阵列,重点研究干细胞相关基因和谱系承诺基因。零轴左侧的条由MSC过表达,零轴右侧的条是MLPC过表达的基因。通过该阵列分析的942个基因中,有360个基因表达差异显着。发现MLPC是相对静止的原始细胞,具有较宽的可塑性,但不参与谱系。发现MSC更致力于基质和结缔组织谱系,其过度表达与细胞外基质,生长因子以及与骨和软骨相关的蛋白质相关的基因。
      MLPC在体外分化实验中已证明具有广泛的可塑性(Fig. 5)。严格控制底物和生长因子的要求,就可以将MLPC分化为代表三种不同胚生层的细胞:内胚层(肝胰腺前体细胞,成熟肝细胞,II型肺泡肺细胞),中胚层(脂肪细胞,软骨细胞,成骨细胞,肌细胞,内皮细胞) )和外胚层(神经元,星形胶质细胞,少突胶质细胞)[
      • 柯林斯D.P.
      多谱系祖细胞(MLPC)(人脐带血来源的干细胞)作为设计用于组织工程的ecm的模型的实用程序。
      ]。 Interactions with three-dimensional biomatrices enhanced the differentiation of MLPC and could provide a working platform for tissue engineering. Distinct from ES cells, the MLPC have not demonstrated spontaneous differentiation in vitro or differentiation to mixed tissue types. The ability to carefully control the differentiation of these cells may provide an added safety feature not easily achieved with ES cells, while their extensive expansion; ability to develop pure clonal cell lines by limited dilution cloning; and expansive differentiating capacity could provide greater utility than currently described 成人-sourced stem cells.
      图缩略图gr5
      图5多谱系祖细胞(MLPC)的多能分化能力。中胚层分化:(AD),内胚层分化:E皮肤外胚层分化:FH)。 (A)脂肪细胞分化。 MLPC在成脂诱导培养基(Cambrex)存在下生长10天。用尼罗红染色观察含甘油三酸酯的脂质体。 (B)骨细胞分化。 MLPC在成骨诱导培养基(Cambrex)存在下生长21天。通过用茜素红染色可见成骨细胞和矿化作用。 (C)肌源性分化。 MLPC在添加了碱性成纤维细胞生长因子(FGF)(100 ng / mL),5'-氮杂胞苷(10μM,Sigma)和心原醇C的骨骼肌生长培养基(Cambrex)的存在下,在纤连蛋白包被的室载玻片上生长(10μM,Sigma)30天。对细胞进行肌细胞特异性α-肌动蛋白染色。 (D)内皮分化。 MLPC在内皮生长中微血管系统(Cambrex)存在下生长21天。对细胞进行内皮特异性蛋白CD102染色。 (E)肝胰腺前体细胞的分化。在补充了FGF基础(20 ng / mL),FGF-4(20 ng / mL)和干细胞因子(SCF; 40 ng / mL)的肝细胞完全培养基(Cambrex)存在下,将MLPC培养30天。对人体的胰岛素原染色三维体。 (F,G,H)。神经源性分化。 MLPC在层粘连蛋白和聚d在添加了FGF-4(20 ng / mL)的神经祖细胞维持培养基(Cambrex)存在下,用赖氨酸包被的腔室玻片进行30天的神经元,星形胶质细胞和少突胶质细胞混合培养。

       神经元谱系

      UCB移植已被证明是一种用于神经退行性疾病,中风,脑外伤,脊髓损伤以及在神经退行性疾病,创伤和遗传疾病中神经元替代或基因传递的潜力的新疗法。许多体外研究表明,UCB祖细胞可产生神经元细胞(表2)。
      表2脐带血干细胞在组织修复或再生中的潜在应用
      再生组织谱系模型结果
      造血/免疫
      • 库兹伯格J.
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      胎盘血作为造血干细胞的来源,可移植到无关的受体中。
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      脐带血免疫学和干细胞移植。
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      结果s of 122 diverse 成人 and pediatric cord blood transplant recipients from a large cord blood bank.
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      • 格鲁克曼E.
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      相关和不相关供体的脐血移植结果。 Eurocord移植小组和欧洲血液和骨髓移植小组。
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      Hematopoietic engraftment and survival in 成人 recipients of umbilical-cord blood from unrelated donors.
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      急性白血病患儿脐血移植后结局的相关因素。 Eurocord-Cord血液移植小组。
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      来自无关供体的562名胎盘血液移植受者的结果。
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      小儿接受者无关脐带血移植的结果。
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      102名恶性和非恶性疾病患者的无关供体脐带血的移植:CD34细胞剂量和HLA差异对与治疗相关的死亡率和存活率的影响。
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      • 瓦格纳J.E.
      • 罗森塔尔J.
      • 甜心河
      • 等。
      来自无关供者的HLA匹配和HLA不匹配的脐带血的成功移植:移植和急性移植物抗宿主病的分析。
      体内临床(人类)红细胞,淋巴细胞,自然杀伤细胞,树突状细胞,髓样细胞,血小板的植入
      • 柯林斯D.P.
      祖细胞(MLPC)是脐带血来源的多能干细胞,起源于粘附的CD45 + / CD34 + / CD9 +子集。
      体外形成3种不同的生发层:内胚层,中胚层,外胚层(MLPC)
      神经元
      • 陈娜
      • 哈德逊
      • Walczak P.
      • 等。
      人脐带血祖细胞:这些造血细胞成为神经的潜力。
      ,
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 阿洛德Q.
      • 彼得滕格尔河
      脐带血干细胞可以在体外扩增造血和神经胶质祖细胞。
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      • 阿里安·扎凯·H。
      • 加尔斯基H.
      • 拉扎罗维奇体育
      • 纳格勒A.
      人脐带血祖细胞的神经元分化。
      ,
      • Buzanska L.
      • 于尔加M.
      • Domanska-Janik K.
      人脐带血神经干样细胞系的神经元分化。
      ,
      • 哈比奇A.
      • 于尔加M.
      • Markiewicz一世
      • 卢科姆斯卡B.
      • Bany-Laszewicz U.
      • Domanska-Janik K.
      体外培养的人脐带血单核部分中具有神经样特征的干/祖细胞的早期出现。
      体外神经胶质细胞形态表达脑组织标志物波形蛋白,巢蛋白,A2B5;中性营养受体,trk-A,trk-B trk-C;神经基因和蛋白质,包括巢蛋白,GFAP,NF200,β-微管蛋白III,双皮质
      神经元
      • 陈士华
      • 张FM
      • 蔡Y
      • 黄景发
      • 林茂德
      通过移植人脐带血细胞从实验中暑复苏。
      ,
      • 陈士华
      • 张FM
      • 蔡Y
      • 黄景发
      • 林长乐
      • 林茂德
      输注人脐带血细胞可预防脑缺血和大鼠中暑。
      ,
      • 田口A.
      • 索玛T.
      • 田中H.
      • 等。
      中风后给予CD34 +细胞可通过小鼠模型中的血管生成增强神经生成。
      ,
      • 魏斯M.L.
      • Medicetty S.
      • 布莱索A.R.
      • 等。
      人脐带基质干细胞:帕金森氏病啮齿动物模型的初步表征和移植效果。
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      • 南志
      • 格兰德A.
      • Sanberg C.D.
      • Sanberg P.R.
      • 低水准
      输注人脐带血可改善出血性脑损伤大鼠的神经功能缺损。
      ,
      • Saporta S.
      • 金俊杰
      • 愿意
      • 傅恩
      • 戴维斯
      • Sanberg P.R.
      脊髓损伤中人脐带血干细胞的输注:植入和对行为的有益影响。
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      • 西尾Y.
      • 柯达M.
      • Kamada T.
      • 等。
      The use of hemopoietic stem cells derived from human umbilical cord blood to promote restoration of spinal cord tissue and recovery of hindlimb function in 成人 rats.
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      • 加布佐娃-戴维斯S.
      • 愿意
      • Zigova T.
      • 等。
      在肌萎缩性侧索硬化的小鼠模型中静脉注射人脐带血细胞:分布,迁移和分化。
      临床前体内(小鼠)减轻小鼠中暑后的动脉低血压,脑灌注不足,脑缺血和缺氧
      加速新血管形成,诱导皮层扩张;增强小鼠中风后神经元祖细胞向受损区域的迁移
      改善小鼠脑出血后的神经系统测试
      阿朴吗啡诱导的半帕金森病大鼠旋转的改善
      UCB延缓疾病进展改善了小鼠ALS模型的存活率
      UCB定位于受伤部位;诱发脊髓损伤后改善功能评分,增加白质和轴突再生
      神经元
      • Escolar M.L.
      • 爱伦·坡
      • 普罗旺斯(Provenzale J.M.)
      • 等。
      婴幼儿克拉布氏病婴儿的脐带血移植。
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      • 温格D.A.
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      • 鲁子
      • 达托J.
      • Costantino-Ceccarini E.
      克拉伯病:遗传学方面和治疗进展。
      体内临床(人类)改善克拉布氏病患儿的生存
      心脏的
      • 川本A.
      • 权H
      • 岩g H.
      • 等。
      离体扩增的内皮祖细胞对心肌缺血的治疗潜力。
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      • 平田Y.
      • 萨塔M.
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      • 等。
      人脐带血细胞改善心肌梗塞后的心脏功能。
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      • Leor J.
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      人脐带血来源的CD133 +细胞增强了梗塞心肌的功能并修复了心肌。
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      脐血细胞移植用于心肌再生。
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      • Prasongsukarn K.
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      细胞移植改善心肌梗塞后的心室功能:在猪模型中人类无限制体干细胞的临床前研究。
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      • 陈厚K
      • 洪福发
      • 舒九刚
      • 等。
      急性心肌梗死后,脐带血干细胞与基因治疗相结合可增强血管生成并改善小鼠的心脏性能。
      临床前体内(小鼠)诱发急性心肌梗死动物的心脏功能改善,梗死面积减少
      内皮细胞
      • 室原T.
      • 池田H.
      • 段健
      • 等。
      移植脐带血来源的内皮前体细胞可促进出生后新血管形成。
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      人脐带血干细胞在缺血肢体组织中的内皮分化。
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      • 赵Y
      • 王宏
      • Mazzone T.
      鉴定具有胚胎和造血特性的人脐带血干细胞。
      临床前体内(小鼠)改善动物诱发缺血后肌纤维的血管生成和再生
      消除糖尿病小鼠移植后的高血糖
      内皮细胞
      • 金S
      • 韩慧
      • 蔡国泰
      • 等。
      使用脐带血多能干细胞成功进行干细胞疗法,用于治疗Buerger病和缺血性肢体疾病动物模型。
      体内临床(人类)改善了布尔格氏病患者的外周循环;缓解疼痛和皮肤损伤的愈合
      肝的
      • 洪淑华
      • Gang E.J.
      • 郑J
      • 等。
      人脐带血间充质干细胞的体外分化为类肝细胞。
      ,
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 巴拉德兹
      • 等。
      从人脐带血生产具有胚胎特征的干细胞。
      ,
      • 彼得斯
      • Moch M.
      • Meier P.
      • 伦纳C.
      • 努斯·A
      • 施泰格B.
      非粘附性造血干细胞从脐带血细胞分化为粘附性肝细胞谱系。
      体外培养中分化的肝细胞的发育
      肝的
      • 唐小平
      • 张敏
      • 杨X.
      • 陈立民
      • 曾Y
      在体内和体外将人脐带血干细胞分化为肝细胞。
      临床前体内(大鼠)人类法新社+ 诱导性肝损伤后大鼠肝脏中发现的肝细胞
      上皮的
      • Kamolz L.P.
      • 科尔布斯A.
      • 威克·N
      • 等。
      培养的人上皮:在体外条件下,人脐带血干细胞分化为角质形成细胞。
      体外培养中角质形成细胞的发育
      AFP =α-甲胎蛋白; ALS =肌萎缩性侧索硬化; GFAP =胶质纤维酸性蛋白; MI =心肌梗塞; MLPC =多谱系祖细胞; RBC =红细胞; UCB =脐带血。
      几位研究者报告说,在体外细胞培养过程中,UCB的MLSC可以被诱导分化并产生胶质细胞和神经元样细胞。用视黄酸和神经生长因子处理的UCB细胞表现出表型变化,并表达Musashi-1和β-tubulinIII(早期神经元发育中发现的蛋白质)[
      • Sanchez-Ramos J.R.
      • 宋S
      • 卡马特S.G.
      • 等。
      神经标志物在人脐带血中的表达。
      ]。陈等人[
      • 陈娜
      • 哈德逊
      • Walczak P.
      • 等。
      人脐带血祖细胞:这些造血细胞成为神经的潜力。
      ]最近表征了表达波形蛋白,巢蛋白和A2B5(通常在脑组织中发现的抗原)以及神经营养受体trk-A,trk-B和trk-C受体的UCB培养物中粘附细胞的亚群,这表明可以诱导该细胞变成神经细胞。麦基金(McGuckin)等人。 [
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 阿洛德Q.
      • 彼得滕格尔河
      脐带血干细胞可以在体外扩增造血和神经胶质祖细胞。
      ]用血小板生成素,flt-3和c-kit配体扩增了造血谱系标记阴性的原始干细胞。缓慢分裂的贴壁细胞群导致神经胶质祖细胞形态,原始神经胶质细胞标志物上调和神经胶质原纤维酸性蛋白的表达,提示转分化为神经胶质祖细胞[
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 阿洛德Q.
      • 彼得滕格尔河
      脐带血干细胞可以在体外扩增造血和神经胶质祖细胞。
      ]。当将UCB培养在添加了神经生长因子的条件培养基中的胶原蛋白涂层平板上培养时,描述了类似的谱系转换。这些14天的培养可产生具有神经元形态的祖细胞存活,α1/2整联蛋白受体表达,神经元存活特有的mRNA和蛋白质标记以及与神经分化有关的基因表达增加[
      • 阿里安·扎凯·H。
      • 加尔斯基H.
      • 拉扎罗维奇体育
      • 纳格勒A.
      人脐带血祖细胞的神经元分化。
      ]。
      Buzanska等。提示UCB来源的祖细胞可以有效地分化为功能性神经元样细胞。使用CD34- 如果将UCB单元细分,可将细胞诱导为具有神经元,星形细胞和少突胶质细胞功能的神经元样细胞。他们建立了克隆形成的永生化UCB神经干细胞系,可以在营养祖先发育的不同阶段通过营养因子,促有丝分裂原和神经形态发生素来维持培养[
      • Buzanska L.
      • 于尔加M.
      • Domanska-Janik K.
      人脐带血神经干样细胞系的神经元分化。
      ]。此外,Habich及其同事提供了UCB CD34的证据- 单核级分可能包含未分化的ES样细胞亚群。他们报道了培养Oct-3 / 4后自发向神经谱系分化+,Sox-2+雷克斯-1+ 在DMEM / 12培养基中高细胞密度的UCB MLSC。细胞获得了神经样表型,并表达了已知为神经干/祖细胞特征的基因和蛋白质,包括巢蛋白,神经胶质原纤维酸性蛋白,NF200,β-微管蛋白III,双重Cortin,MAP2,s100β,O4和GalC [
      • 哈比奇A.
      • 于尔加M.
      • Markiewicz一世
      • 卢科姆斯卡B.
      • Bany-Laszewicz U.
      • Domanska-Janik K.
      体外培养的人脐带血单核部分中具有神经样特征的干/祖细胞的早期出现。
      ]。
      据报道,体内动物研究使用UCB治疗,通过减少循环休克,脑组织一氧化氮超负荷和缺血性损伤来促进中暑大鼠的复苏[
      • 陈士华
      • 张FM
      • 蔡Y
      • 黄景发
      • 林茂德
      通过移植人脐带血细胞从实验中暑复苏。
      ]。 Chen和他的同事比较了诱导中暑前后人UCB与外周血干细胞的关系。用静脉或脑室内剂量的UCB进行预处理可显着延长中暑大鼠的复苏,潜伏期和存活时间。接受UCB的动物的动脉低血压,脑灌注不足,脑缺血和缺氧显着降低[
      • 陈士华
      • 张FM
      • 蔡Y
      • 黄景发
      • 林长乐
      • 林茂德
      输注人脐带血细胞可预防脑缺血和大鼠中暑。
      ]。
      其他研究表明,UCB CD34+ 细胞可以直接或间接促进有益于缺血性脑新血管形成的环境,从而使神经元再生得以进行[
      • 田口A.
      • 索玛T.
      • 田中H.
      • 等。
      中风后给予CD34 +细胞可通过小鼠模型中的血管生成增强神经生成。
      ]。 UCB HSC还可以促进缺血性脑的新血管形成。 UCB衍生的CD34+ 在中风诱导后48小时将细胞给予免疫受损的小鼠。结果表明,由于神经元祖细胞向受损区域的迁移增强,继而成熟和功能恢复,导致缺血区新血管形成加速,皮层扩张诱导和内源性神经发生。
      几项体内研究已经研究了UCB移植治疗与损伤或疾病相关的神经功能缺损的情况。魏斯等。使用UCB基质干细胞(UCBMSC)并评估了帕金森氏病啮齿动物模型的行为影响。 UCBMSC对CD34呈阴性,并具有MSC的遗传和表面标志物(对CD10,CD13,CD 29,CD44,CD90呈阳性,而对造血祖细胞标志呈阴性)。将未分化的UCBMSC移植到半帕金森病大鼠的大脑中,用UCBMSC处理的动物显示出阿朴吗啡诱导的动物旋转得到改善,而没有诱导脑肿瘤的形成或宿主免疫排斥[
      • 魏斯M.L.
      • Medicetty S.
      • 布莱索A.R.
      • 等。
      人脐带基质干细胞:帕金森氏病啮齿动物模型的初步表征和移植效果。
      ]。在啮齿动物模型中还研究了UCB治疗因脑出血引起的神经功能缺损。诱导脑出血后二十四小时,大鼠接受UCB单核细胞输注,并在输血后1和2周进行评估。与对照组相比,接受UCB的动物在神经学测试中表现出显着改善。这些结果表明,UCB可能会减轻与脑出血相关的神经功能缺损[
      • 南志
      • 格兰德A.
      • Sanberg C.D.
      • Sanberg P.R.
      • 低水准
      输注人脐带血可改善出血性脑损伤大鼠的神经功能缺损。
      ]。在两项单独的研究中还评估了诱导脊髓损伤后输注UCB的情况。 Saporta等。在压迫脊髓损伤后第1天和第5天向大鼠注射UCB细胞。据报道,UCB细胞位于损伤部位附近,但不在健康的脊髓组织中,行为测试得分在接受UCB的组中有所改善[
      • Saporta S.
      • 金俊杰
      • 愿意
      • 傅恩
      • 戴维斯
      • Sanberg P.R.
      脊髓损伤中人脐带血干细胞的输注:植入和对行为的有益影响。
      ]。另一项研究使用了UCB CD34+ 脊髓损伤后一星期,这些细胞就会进入大鼠体内。 UCB处理的动物具有改善的功能恢复,减少了受伤部位的囊腔面积,增加了残留白质和受伤脊髓中轴突的再生[
      • 西尾Y.
      • 柯达M.
      • Kamada T.
      • 等。
      The use of hemopoietic stem cells derived from human umbilical cord blood to promote restoration of spinal cord tissue and recovery of hindlimb function in 成人 rats.
      ]。最后,Garbuzova-Davis等。研究了在肌萎缩性侧索硬化的小鼠模式下UCB对疾病进展的长期影响,并研究了UCB在中枢神经系统中的分布。他们报道了UCB延缓了疾病的进展,改善了患病小鼠的存活率,并且观察到在输注进入大脑和脊髓的运动神经元变性区域后,UCB可以存活10-12周。这些组织中植入的细胞表达神经标志物,巢蛋白,β-微管蛋白III和神经胶质纤维酸性蛋白[
      • 加布佐娃-戴维斯S.
      • 愿意
      • Zigova T.
      • 等。
      在肌萎缩性侧索硬化的小鼠模型中静脉注射人脐带血细胞:分布,迁移和分化。
      ]。
      临床研究已经评估了UCB治疗神经系统疾病的治疗方法。几家机构已经利用UCB治疗Krabbe病,这是一种由半乳糖脑苷脂酶缺乏症引起的酶促疾病,导致中枢神经系统和周围神经系统髓磷脂形成不足,并在儿童早期进行性神经系统恶化和死亡[
      • Escolar M.L.
      • 爱伦·坡
      • 普罗旺斯(Provenzale J.M.)
      • 等。
      婴幼儿克拉布氏病婴儿的脐带血移植。
      ,
      • 温格D.A.
      • 拉菲(Rafi M.A.)
      • 鲁子
      • 达托J.
      • Costantino-Ceccarini E.
      克拉伯病:遗传学方面和治疗进展。
      ]。

       心脏谱系

      The permanent loss of cardiomyocytes and fibrous scar formation following myocardial infarction (MI) result in irreversible damage to cardiac function because 成人 cardiac myocytes do not replicate and cannot be replaced. Recent studies have demonstrated the rapid progress of stem cell therapy after MI using autologous BM stem cells for cardiac regeneration [
      • Strauer B.E.
      • 布雷姆M.
      • 宙斯T.
      • 等。
      通过人类自体冠状动脉内单核骨髓细胞移植修复梗塞心肌。
      ,
      • Stamm C.
      • 威斯特法尔B.
      • 克莱恩·H·D。
      • 等。
      自体骨髓干细胞移植用于心肌再生。
      ,
      • 川本A.
      • 权H
      • 岩g H.
      • 等。
      离体扩增的内皮祖细胞对心肌缺血的治疗潜力。
      ]。由于UCB富含MSC和EPC祖细胞,因此它也可能是用于心肌再生和修复的有价值的移植干细胞替代来源(表2)。
      临床前体内动物研究报告了使用UCB干细胞使梗塞的心肌恢复活力,增强愈合和改善心室功能的令人鼓舞的结果。亨宁等。 [
      • 亨宁·R·J。
      • 阿布阿里·H。
      • Balis J.U.
      • 摩根MB
      • 愿意
      • Sanberg P.R.
      人脐带血单核细胞用于治疗急性心肌梗塞。
      ]研究了人类UCB单核祖细胞在治疗急性心肌梗死大鼠中的应用。他们的结果表明,在梗塞边界处施用UCB逐渐增加了动物的左心室(LV)功能并减小了梗塞面积[
      • 亨宁·R·J。
      • 阿布阿里·H。
      • Balis J.U.
      • 摩根MB
      • 愿意
      • Sanberg P.R.
      人脐带血单核细胞用于治疗急性心肌梗塞。
      ]。同样,UCB CD34+ 将细胞分离并诱导MI后给予条件化的雄性Wistar大鼠。他们报告说,心肌内移植的UCB细胞在局部缺血的心肌血管周围存活,并在受损的心肌中增强了新血管形成,并改善了LV功能[
      • 平田Y.
      • 萨塔M.
      • 本村N.
      • 等。
      人脐带血细胞改善心肌梗塞后的心脏功能。
      ]。 UCB CD133+ MI后也使用了祖细胞[
      • Leor J.
      • 圭塔E.
      • Feinberg M.S.
      • 等。
      人脐带血来源的CD133 +细胞增强了梗塞心肌的功能并修复了心肌。
      ]。 UCB CD133+ 将其注入已结扎冠状动脉的无胸腺裸鼠中。输注一个月后,发现UCB细胞已在梗塞的心肌中迁移,定植并存活,并且在血管壁附近和LV腔中发现了人类细胞。功能上,左室分数缩短得到改善,前壁厚度减小。 Ma等。最近报道了UCB单核细胞迁移到非肥胖糖尿病/重度合并免疫缺陷小鼠所致MI心脏的能力[
      • 人。
      • 拉迪洛夫Y.
      • 卡明斯基A.
      • 等。
      脐血细胞移植用于心肌再生。
      ]。在50%的小鼠中发现了UCB迁移的证据,以及较小的梗死面积和增加的毛细血管密度。 Kim等人进行的大型动物研究。证明了类似的结果[
      • 金伯
      • 田宏
      • Prasongsukarn K.
      • 等。
      细胞移植改善心肌梗塞后的心室功能:在猪模型中人类无限制体干细胞的临床前研究。
      ]。使用具有诱导的MI的猪模型,将UCB体干细胞直接注射到梗塞的组织中。 4周后,在组织中检测到移植细胞,梗塞区域的灌注和壁运动得到改善,射血分数增加,疤痕厚度减少。
      还已经研究了联合UCB干细胞和基因疗法联合治疗MI后的心脏修复,以提供可恢复生理功能的特定基因产物[
      • 陈厚K
      • 洪福发
      • 舒九刚
      • 等。
      急性心肌梗死后,脐带血干细胞与基因治疗相结合可增强血管生成并改善小鼠的心脏性能。
      ]。 UCB CD34+ 用编码人抗卵磷脂-1cDNA和/或血管内皮生长因子cDNA的载体转导细胞,并在培养中扩增。在SCID小鼠中诱导MI后,扩增/转导的CD34+ 被注入心脏的左前游离壁。治疗后,梗死面积明显减少,毛细血管密度增加,超声心动图显示更高的心脏性能。

       内皮细胞谱系

      也已经报道了使用UCB治疗缺血的新方法。 BM的血管生成和血管生成有助于血管组织的发育和修复。这两个过程都涉及起源于BM并迁移至新血管形成部位的EPC,因此,EPC可能潜在地用于血管生成治疗。外周血中EPC的数量非常少,但是,在创伤或局部缺血后,其EPC的水平会升高。与外周血相比,UCB包含更多的EPC,并且显示出更快的分化和更大的增殖活性[
      • 卡尔卡C.
      • 增田H.
      • 高桥T.
      • 等。
      离体扩增的内皮祖细胞的移植,用于治疗性新血管形成。
      ]。英格拉姆等在人UCB中鉴定出独特的高增殖潜能内皮细胞集落形成细胞群,该细胞至少可以实现100倍的倍增,重铺到次生和三次菌落中并保留高水平的端粒酶[
      • 英格拉姆D.A.
      • 米德·李
      • 田中H.
      • 等。
      使用人外周血和脐带血鉴定内皮祖细胞的新层次。
      ](表2)。
      一项早期研究描述了具有从UCB CD34产生的内皮表型的细胞+ 体外内皮细胞培养系统中的细胞[
      • 室原T.
      • 池田H.
      • 段健
      • 等。
      移植脐带血来源的内皮前体细胞可促进出生后新血管形成。
      ]。当将培养的EPC移植到具有诱发后肢缺血的裸鼠模型中时,发现这些细胞整合到缺血肢体骨骼肌细胞之间的内皮毛细管中。此外,在治疗的动物中观察到缺血/正常后肢血流比率明显改善[
      • 室原T.
      • 池田H.
      • 段健
      • 等。
      移植脐带血来源的内皮前体细胞可促进出生后新血管形成。
      ]。随后的研究证明了所选UCB CD34的分化+ 细胞在体外扩增和分化后进入EPC [
      • 佩斯M.
      • 奥兰迪A.
      • Iachininoto M.G.
      • 等。
      人脐带血干细胞在缺血肢体组织中的内皮分化。
      ]。将培养的细胞注射到免疫抑制小鼠的缺血性肢体中,证实了受影响的内收肌的存活和定植组织,并增强了所治疗肢体的小动脉长度密度和再生肌纤维密度。
      最近报道了由UCB和BM的单核级分产生的EPC的比较。对EPCs进行免疫表型分析,并将其移植到缺血性非肥胖糖尿病/严重合并免疫缺陷小鼠模型中。 UCB的表面CXCR4表达和基质标志物高于BM的EPC,但在体内实验中未见差异,注射两种EPC来源导致股动脉结扎后灌注明显改善,肌肉组织样品的毛细血管密度增加[
      • Finney M.R.
      • 格雷科·新泽西
      • Haynesworth S.E.
      • 等。
      脐带血与骨髓源性内皮前体细胞在介导新生血管反应中的血管缺血反应中的直接比较。
      ]。
      最近的一项研究报道了在动物模型中UCB移植治疗缺血性肢体疾病的结果,以及使用UCB治疗Buerger病的临床试验结果[
      • 金S
      • 韩慧
      • 蔡国泰
      • 等。
      使用脐带血多能干细胞成功进行干细胞疗法,用于治疗Buerger病和缺血性肢体疾病动物模型。
      ]。培养UCB单核细胞并扩增4周,用于分化间充质干细胞谱系。在裸鼠的后肢中诱发缺血,并将UCB培养的MSCs注入缺血区域。在用UCB-MSC处理的动物中挽救了多达60%的后肢,并且在缺血性后肢的动脉壁中检测到MSC。此外,在临床试验中测试了源自UCB的MSC改善外周循环和疼痛的功效。 HLA匹配的UCB来源的MSC被移植到Buerger病的男性患者中,这些患者先前的治疗和手术治疗均无效。 UCB移植后,缺血性静息疼痛得到缓解,坏死的皮肤病变得到了治愈,指状毛细血管的数量和大小均增加了,外周循环得到了改善[
      • 金S
      • 韩慧
      • 蔡国泰
      • 等。
      使用脐带血多能干细胞成功进行干细胞疗法,用于治疗Buerger病和缺血性肢体疾病动物模型。
      ]。

       肝,胰和上皮谱系

      UCB干细胞疗法为其他目标器官(包括肝脏,胰腺,肺和皮肤)的疾病提供了令人兴奋的希望(表2)。几位研究者证明,UCB衍生的干细胞能够沿肝谱系分化。洪等人[
      • 洪淑华
      • Gang E.J.
      • 郑J
      • 等。
      人脐带血间充质干细胞的体外分化为类肝细胞。
      ]报道了从UCB分离的MSC可在体外刺激以表达多种肝谱系标记物,Thy-1,c-kit,Flt-3,α-甲胎蛋白,细胞角蛋白-18,白蛋白,并在功能上掺入DiI-乙酰化低密度脂蛋白是分化的肝细胞的标志[
      • 洪淑华
      • Gang E.J.
      • 郑J
      • 等。
      人脐带血间充质干细胞的体外分化为类肝细胞。
      ]。麦基金(McGuckin)等人。 [
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 巴拉德兹
      • 等。
      从人脐带血生产具有胚胎特征的干细胞。
      ]报告了在免疫磁去除单核细胞,红细胞和造血祖细胞并培养后,从UCB产生表达ES细胞标记(SSEA-4 / -3,TRA-1-60,TRA-1-81和10月4日)的细胞的过程与血小板生成素,Flt-3配体和c-kit配体结合。原始细胞可能会进一步分化并表达特征性肝标志物[
      • 麦格金会计师事务所
      • Forraz N.
      • 巴拉德兹
      • 等。
      从人脐带血生产具有胚胎特征的干细胞。
      ]。一项类似的研究表明,人UCB在体外和体内均可分化为肝细胞[
      • 唐小平
      • 张敏
      • 杨X.
      • 陈立民
      • 曾Y
      在体内和体外将人脐带血干细胞分化为肝细胞。
      ]。 After UCB mononuclear cells were cultured with fibroblast and hepatocyte growth factors, adherent cells stained positive for α-fetoprotein and albumin hepatic markers. Further, hepatic injury was induced in 成人 Sprague-Dawley rats and treated with UCB mononuclear cells. After 1 month, cells positive for human α-fetoprotein and albumin were found in the sinus hepaticus, central veins of hepatic lobules, and portal area [
      • 唐小平
      • 张敏
      • 杨X.
      • 陈立民
      • 曾Y
      在体内和体外将人脐带血干细胞分化为肝细胞。
      ]。最近,彼得斯等人。 [
      • 彼得斯
      • Moch M.
      • Meier P.
      • 伦纳C.
      • 努斯·A
      • 施泰格B.
      非粘附性造血干细胞从脐带血细胞分化为粘附性肝细胞谱系。
      ]报道了非粘附性HSCs从UCB单位分化为粘附性肝细胞谱系。从UCB单元扩增MSC,并将细胞分化为表达白蛋白mRNA和肝细胞特异性转运蛋白的肝细胞。
      UCB干细胞疗法还可以为慢性疾病的再生修复提供合理的治疗方法。赵和同事[
      • 赵Y
      • 王宏
      • Mazzone T.
      鉴定具有胚胎和造血特性的人脐带血干细胞。
      ]从UCB中鉴定出具有胚胎细胞特征的干细胞,包括胚胎干细胞特异性分子标记和转录因子Oct-4,Nanog,SSEA-3和SSEA-4的表达。这些细胞显示出低的免疫原性,并且当被血管内皮生长因子刺激时可以产生具有内皮样特征的细胞,而当被神经元生长因子刺激时可以产生具有神经样特征的细胞。有趣的是,UCB干细胞可以被刺激分化为功能性胰岛素产生细胞,这些细胞可以在移植到糖尿病小鼠后消除高血糖[
      • 赵Y
      • 王宏
      • Mazzone T.
      鉴定具有胚胎和造血特性的人脐带血干细胞。
      ]。
      使用UCB干细胞的另一种新颖应用涉及将它们分化为皮肤的上皮细胞,角质形成细胞。 Kamolz等。 [
      • Kamolz L.P.
      • 科尔布斯A.
      • 威克·N
      • 等。
      培养的人上皮:在体外条件下,人脐带血干细胞分化为角质形成细胞。
      ] isolated and cultured human keratinocytes from 成人 female skin donors on fibrin glue/fibroblast gels and male UCB cells were added for coculture. After 2 weeks, sheets of culture cells formed three to four layers of cells and using PCR and fluorescence in situ hybridization, the UCB cultures contained cells with Y-chromosome–specific sequences, thus indicating that UCB cells differentiated into epithelial cells that could serve as material for the isolation and expansion of cells for skin transplantation [
      • Kamolz L.P.
      • 科尔布斯A.
      • 威克·N
      • 等。
      培养的人上皮:在体外条件下,人脐带血干细胞分化为角质形成细胞。
      ]。

      总结与未来展望

      来自各种来源的干细胞(胚胎,BM,外周血或UCB)具有分化并促进多种组织的稳态和修复的潜力。 ES细胞的利用提出了严重的实践和道德/伦理问题,这阻碍了它们的使用。但是,其他干细胞来源可能会提供可比较的广阔的发展潜力而没有这些障碍。 UCB作为干细胞来源具有许多先天优势。它几乎可以无限供应,具有原始的个体发育,没有受到免疫学挑战,并且具有大量具有固有高增殖潜能的祖细胞。此外,这些最新研究提供了令人信服的证据,表明UCB不仅包含造血祖细胞,而且还包含其他几种类型的干细胞,从非常原始的ES细胞到分化程度更高的MLPC,MLSC,EPC和MSC。 UCB干细胞的高度可塑性已通过UCB MLPC,HSC,EPC和MSC向心脏,神经元,肝和上皮谱系的分化而得到证明。 表2。因此,UCB可能是ES细胞用于组织置换和修复的合适替代物。
      虽然尚未完全了解UCB干细胞分化的基本机制,并且必须建立扩展特定数量以供移植的特定人群的方法,但使用UCB干细胞显示出有望治疗造血和非造血性疾病。此外,UCB干细胞在移植后仍需要穿越HLA匹配障碍,因此使用同种异体UCB干细胞进行组织植入和修复可能需要短暂(1-6个月)的免疫抑制治疗。上述研究和以前的研究为将来确定UCB多潜能干细胞的内在潜力及其在非造血组织和细胞再生中的应用奠定了坚实的基础。

      致谢

      这项工作得到了国家关节炎与肌肉骨骼和皮肤病研究所(R21AR49330)(MSC)和国家心脏,肺与血液研究所NO1-HB-67136,儿科癌症研究基金会,Bevanmar基金会,玛丽莎基金会的部分支持。 ,Sonia Scaramella基金和Brittany Barron基金。
      作者要感谢莱斯利·迪斯拉(Leslie Disla)在编写此手稿方面提供的编辑帮助。

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