干細胞在組織工程及再生醫學中的應用

許瑾 王曉冬 王勝潔

【摘 要】隨著干細胞技術的日趨成熟，國際上干細胞在組織工程、再生醫學等方面的應用取得諸多進展，國內近期也剛剛頒布干細胞臨床研究的管理辦法，邁出了干細胞臨床轉化的第一步。作者總結了國內以及國際上干細胞治療的最新指導原則及管理法規的要求，匯總全球最新的干細胞治療的研究進展及臨床申請情況，并對干細胞制劑的藥物毒理學評價方法及要求進行了介紹。

【關鍵詞】干細胞;組織工程;再生醫學

【中圖分類號】R318 【文獻標識碼】B【文章編號】1002-8714（2020）09-0188-01

1 牙周組織工程相關的干細胞

1.1牙周膜干細胞（periodontalligamentstemcells，PDLSCs）

2004年，Seo等刮首次分離出人PDLSCs，發現其在體內能形成包含牙骨質、牙周膜和牙槽骨的類天然牙周組織，而且增殖速度快、增殖能力強，這是其用于牙周組織工程的基礎。在體外誘導條件下，PDLSCs能夠分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞，不僅具有這些細胞的形態、結構特點，而且表達其表面特異性標記物。此外，PDLSCs表達間充質細胞特異性標記分子STRO-1、CD16、CDl05、CDl06及血管周細胞標志分子3G5和α-SMA，為PDLSCs的來源和組織學定位研究提供了證據。PDLSCs不同于骨髓間充質干細胞的特點是表達腱組織特異性標記Scleraxis。PDLSCs的發現為牙周再生機制研究和臨床牙周再生治療提供了新途徑，成為牙周病學研究的熱點和焦點。目前PDLSCs已開始用于前臨床研究，有人將豬PDLSCs與HA/TCP復合治療自體牙周炎所致的牙周缺損模型，結果新生牙周組織修復了牙周缺損。我們也分離了犬PDLSCs，將其與納米羥基磷灰石-膠原一多聚乳酸（nHAC/PLA）復合，體內移植發現移植體具有很強的成骨能力，并能有效增高犬牙槽嵴、再生牙周組織（結果待發表）。這些研究表明，PDLSCs作為牙周直接來源的干細胞，用于牙周組織工程化再生具有以下優點：①取材于因正畸治療需要或阻生拔除的牙齒，不增加患者痛苦且能用于自體治療，解決了組織工程器官應用中免疫排斥的難題，簡便可行;②在牙周局部環境可直接分化形成牙周3種支持組織，效果可靠;③增殖潛力大，再生效能高。但PDLSCs取材組織量少，干細胞含量低，體外擴增達到使用量時細胞多已分化或老化，因而尋找來源豐富可靠的種子細胞成為牙周再生的主要課題之一。

1.2骨髓間充質干細胞（bonemesenchymalstemcells。BMSCs）

BMSCs具有分化為幾乎所有細胞類型的潛能，是目前研究最成熟、應用最多的成體干細胞，已廣泛應用于多種組織或器官再生研究。日本學者Kawaguehi等采用可注射組織工程骨復合BMSCs用于犬種植體周圍骨缺損修復，取得了良好的修復效果。隨后他們將自體BMSCs與膠原復合治療犬牙周缺損，發現缺損部位形成了包含牙骨質、牙槽骨和牙周膜在內的類天然牙周組織，表明BMSC可能具有與PDLSCs一樣的牙周修復潛能。他們還將患者自體BMSC和通過外周血獲得的含血小板血漿（PRP）制成凝膠，移植到牙周病患者牙周缺損部位，結果恢復牙周附著達4mm，牙周炎癥狀消失。這些研究為牙周再生研究提供了又一重要而豐富的細胞來源。BMSCs最大優點是來源豐富，可直接從患者骨髓吸取，并能自體應用，具有分化為牙周所有組織的潛能，因而近年來BMSCs用于牙周組織工程已受到關注，被認為是很有前途的牙周組織工程種子細胞。BMSCs的缺點是干細胞含量少（1/10萬），增殖能力相對較弱，增殖速度較慢;另外，用于牙周再生臨床還需全麻患者吸取骨髓，增加患者新的創傷和痛苦，目前還不容易為患者所接受。

1.3 ASCs在生物材料上的生長及成骨分化機制

生物材料在骨組織工程中占據著非常重要的地位。良好的生物相容性、生物降解性以及良好的力學性能是骨組織工程支架材料的必備條件。現有的骨組織工程支架材料如羥基磷灰石、磷酸三鈣等雖然具有較好的細胞相容性與體內成骨能力，但缺乏對種子細胞的成骨誘導活性。因此，開發可促進種子細胞的成骨分化的生物支架材料一直是骨組織工程研究的重要方向之一。在體外培養過程中，鎂黃長石（Ca2MgSi2O7）生物陶瓷材料能夠在其表面形成磷灰石層，且能夠向培養液中釋放活性離子，可以很好地促進所接種的成骨細胞的分化。本實驗室研究表明鎂黃長石與β一TCP生物陶瓷材料相比，有良好的生物相容性;ASCs在其表面粘附和增殖良好，且無論是在成骨誘導條件下還是在未誘導條件下，體外培養至第10天時，鎂黃長石都能顯著增強ASCs的成骨表達。這些研究表明，在體外培養過程中，鎂黃長石析出至培養液中的Ca、Mg、Si等活性離子具有促進ASCs的體外成骨分化能力，且具有時間和濃度依賴性。隨著近來對其研究的增多，鎂黃長石材料被認為可以用來進行體內骨缺損的修復。筆者初步認為，鎂黃長石生物陶瓷材料具有較好的體外成骨誘導能力，可能是更為理想的、以ASCs為種子細胞的骨組織工程支架材料。

2 結語

綜上所述，尋找理想的種子細胞是當前牙周組織工程研究的一大熱點。BMSCs具有形成牙周再生潛能使該領域研究呈現多元化、高效化態勢。這些細胞各有優缺點，將多種細胞優勢集于一體是干細胞研究的難點，目前已通過體細胞核移植技術（somaticcellllucleartransfer，SCNT），也稱治療性克隆技術，找到了解決這些疑難的新思路，有望為解決組織或器官再生中種子細胞的來源問題帶來重大突破。

參考文獻

[1] 邵苗苗，劉鐘西，許諾，等.牙髓干細胞在組織工程研究中的進展和應用前景[J].中國組織工程研究，2018，022（013）：2126-2132.

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