脊髓损伤的间充质干细胞治疗课件

脊髓脊髓损伤的的间充充质干干细胞治胞治疗进展展1.脊髓损伤的间充质干细胞治疗进展1.1 间充充质干干细胞的治胞的治疗前景前景什么是什么是间充充质干干细胞？胞？来源于中胚层最早发现于骨髓贴壁生长能够形成CFU多向分化分化潜能表达多种干性标志间充充质干干细胞的特点？胞的特点？能够体外多向分化为成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞等能够跨胚层分化为内胚层和外胚层来源细胞（环境依赖性）具有免疫调控作用（依赖于炎症反应）具有造血支持作用（支持造血干细胞Niche稳态）具有促进组织再生作用（营养支持）具有促进肿瘤作用（抑制免疫反应）Nat Rev Immunol,2008.8(9):p.726-36.Science,1999.284(5411):p.143-7.2.1 间充质干细胞的治疗前景什么是间充质干细胞？来源于中胚层2 间充充质干干细胞的胞的临床床应用用免疫调节作用：治疗自身免疫性疾病组织修复作用，器官再造（目前为体外研究阶段）治疗各种损伤及退行性疾病：包括n肝硬化n缺血性心肌病n糖尿病n血液系统性疾病n肺纤维化n进行性肌营养不良间充充质干干细胞胞临床使用意床使用意义3.2 间充质干细胞的临床应用免疫调节作用：治疗自身免疫性疾病3 间充充质干干细胞的胞的临床床应用用优势（1）安全：低毒性（或无毒性）；（2）在尚未完全了解疾病发病的确切机理前也能应用；（3）对某些症状，干细胞移植效果明显，一次性植入，作用持久；（4）移植材料来源充足；（5）是最好的免疫治疗和基因治疗载体；（6）治疗范围广阔，理论上能治疗大部分疾病；（7）给那些传统疗法下被认为是“不治之症”的疾病带去了新的疗法和新的希望。4.3 间充质干细胞的临床应用优势（1）安全：低毒性（或无毒性）4 间充充质干干细胞的来源丰富胞的来源丰富Cell Commun Signal,2011.9:p.125.4 间充质干细胞的来源丰富Cell Commun Sign来来 源源骨骨 髓髓脐带血血脐带胎胎 盘分离部位分离部位细胞种胞种类造血干细胞和间充质干细胞造血干细胞和间充质干细胞间充质干细胞细胞数量胞数量较少间充质干细胞增殖分化能力逐年减弱较少（30kg患者使用）不可扩增较多可扩增丰富可扩增治治疗范范围血液、骨骼、神经系统疾病血液类疾病再生医学重要的种子细胞，治疗大多数损伤性疾病、自身免疫病等。免疫原性免疫原性高高低血液组织5 不同来源不同来源间充充质的差异性的差异性6.来 源骨 髓脐带血脐带胎 盘分离部位细胞种.7脊髓的重要性脊髓的重要性运运动和感和感觉传导通路通路.7脊髓的重要性运动和感觉传导通路马尾体表节段性支配三根定律感觉皮节三根支配示意图体表节段性感觉分布图脊髓的重要性脊髓的重要性脊髓的脊髓的节段性神段性神经支配支配8.马尾体表节段性支配三根定律感觉皮节三根支配示意图体表节段性感脊髓脊髓损伤(Spinal Cord Injury)脊髓损伤(SCI)是脊柱骨折或脱位的严重并发症，是一种严重的致残性损伤往往造成患者不同程度的截瘫。不同损伤平面及不同程度脊髓损伤患者的预后不一。9.脊髓损伤(Spinal Cord Injury)脊髓脊髓损伤原因原因 脊髓受到脊柱的良好保护，绝大多数脊髓损伤是由脊柱的损伤引起的（主要是交通事故伤、暴力损伤及和工作有关的损伤）。脊髓损伤根据致病因素不同可分为外伤性脊髓损伤及非外伤性脊髓损伤。10.脊髓损伤原因 脊髓受到脊柱的良好保护，绝大多数脊髓损脊髓脊髓损伤的病理分的病理分类 脊髓损伤的分类（一）原（一）原发性脊髓性脊髓损伤脊髓震荡(concussion of spinal cord)脊髓挫裂伤(contusion of spinal cord)（二）（二）继发性脊髓性脊髓损伤脊髓水肿脊髓受压椎管内出血11.脊髓损伤的病理分类 脊髓损伤的分类11.脊髓脊髓损伤的病理的病理转归急性期激发反应期慢性期急性期：即伤后至最初几天内,为脊髓及周围组织包括血管内皮受到初始机械损伤,坏死及细胞死亡瞬间发生。受伤几分钟后,神经细胞会发生电解质紊乱(细胞内Na+浓度增加,细胞外K+浓度增加,细胞内Ca2+浓度增加至中毒水平),导致神经功能衰竭和脊髓休克,并持续约24 h,决定脊髓损伤的程度。接着出血和局部水肿发生,由于血管痉挛、血栓形成和机械压迫导致微循环障碍,血管自我调节机制紊乱,进一步加重脊髓损伤。脊脊髓髓损伤的最佳的最佳处理理时间是是3h 内内,故故临床上来床上来不及不及给予有效的治予有效的治疗策略。策略。12.脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期急性期：即伤后至最初脊髓脊髓损伤的病理的病理转归急性期激发反应期慢性期继发反应期:伤后数分钟到数周内,其主要机制有细胞继续缺血性死亡、电解质紊乱和水肿,在受伤后最初15min 内,机械损伤致细胞溶解和突触或非突触间的运输,出现细胞外谷氨酸盐及其他刺激性氨基酸浓度急剧升高,高于正常水平68 倍,由于谷氨酸由于谷氨酸盐受体激受体激活等原因活等原因导致脂致脂质过氧化和氧自由基氧化和氧自由基产生生,一种不同于缺血坏死的一种不同于缺血坏死的继发性性细胞程序性死胞程序性死亡亡发生生,导致反致反应性神性神经胶胶质过多多,包括神包括神经胶胶质纤维酸性蛋白增加和星状胶酸性蛋白增加和星状胶质细胞增殖胞增殖。24h内嗜中性粒细胞(分泌髓过氧化物酶)从外周循环侵袭脊髓实质,同时48h内淋巴细胞(分泌不同的细胞因子和生长因子)浓度达到顶峰。炎性炎性细胞的侵入使局部胞的侵入使局部细胞因子和胞因子和趋化性化性细胞因子的胞因子的浓度增加度增加。接着损伤区神经再生的抑制因子和(或)阻断物质浓度也增加,导致更大范围的细胞死亡。13.脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期继发反应期:伤后数脊髓脊髓损伤的病理的病理转归急性期激发反应期慢性期慢性期:发生在受伤后数天至数年,主要机制有细胞程序性死亡范围扩大,一些受体及离子通道浓度和活性改变,瘢痕出瘢痕出现(25%发生生率率),脱髓鞘脱髓鞘导致致传导功能受功能受损,囊性囊性变(约20%发生率生率),脊髓空洞区域脊髓空洞区域扩大大,受受损区及区及附近附近轴突再生反突再生反应(不超不超过1 mm),神神经冲冲动传导通路改通路改变,大多数脊髓损伤患者由于一些细胞兴奋性增高而出现慢性疼痛。病理生理分期决定了只有在病理生理分期决定了只有在继发反反应期和慢期和慢性期可性期可给予有效的治予有效的治疗策略。策略。14.脊髓损伤的病理转归急性期激发反应期慢性期慢性期:发生在受伤脊髓脊髓损伤的的临床表床表现脊髓休克(spinal shock)运动和感觉障碍体温控制障碍痉挛排便功能障碍 马尾损伤的临床表现 性功能障碍不同平面脊髓损伤临床表现15.脊髓损伤的临床表现脊髓休克(spinal shock)15.脊髓脊髓损伤对人人类健康的危害健康的危害损伤在C1C3患者的病死率是截瘫患者的6.6倍,损伤在C4、C5 和C6C8 患者的病死率分别是截瘫患者的2.5和1.5倍一般来说,急性脊髓损伤的患者40 例中只有1例在主要的创伤中心接受治疗。现场和送住院途中的病死率分别是48.3%和79%。急性脊髓损伤住院后的病死率是4.4%16.7%脊髓损伤患者一生的治疗康复费用高昂，据国外统计脊髓损伤患者一生的治疗康复费用平均达75万美元以上,美国每年对脊髓损伤患者的花费超过60亿美元死亡率高死亡率高北京市：2002年SCI 年发病率为60/106，20 世纪80年代末调查的年发病率6.8/106 相比，有了惊人的增长上海市浦东新区20052007年脊髓损伤的年发生率为25/10，较之前报道的上海13.7/106的年发生率显著升高治治疗费用高用高发病率逐病率逐渐增高增高16.脊髓损伤对人类健康的危害死亡率高损伤在C1C3患者的病死率脊髓脊髓损伤的治的治疗目目标脊髓脊髓损伤的病理生理改的病理生理改变理想的治理想的治疗目目标Mothe,A.J.and C.H.Tator,.J Clin Invest,2012.122(11):p.3824-34.17.脊髓损伤的治疗目标脊髓损伤的病理生理改变理想的治疗目标Mot脊髓脊髓损伤的的诊疗现状状 虽然对脊髓损伤的分子机制的研究已经相对深入，其临床治疗依旧比较局限，主要是对症治疗，以激素甲泼尼龙MPS的冲击治疗为主。手术是最彻底的治疗手段，但是手术时机的选择一直是一个临床难题。目前脊髓损伤治疗主要集中在以下几个方面:(1)控制继发性损伤,包括手术减压、激素冲击疗法、自由基清除等。(2)促进轴突再生,修复受损的髓鞘。包括细胞移植、神经生长因子的应用等。(3)解除抑制轴突再生的因素,包括应用抗轴突生长抑制因子及基因沉默等技术间接促进轴突的再生。总体来体来讲，缺乏有效的治，缺乏有效的治疗手段手段18.脊髓损伤的诊疗现状 虽然对脊髓损伤的分脊髓脊髓损伤的理想（探索）治的理想（探索）治疗模式模式Silva,N.A.,et al.,.Prog Neurobiol,2013.细胞治胞治疗19.脊髓损伤的理想（探索）治疗模式Silva,N.A.,et脊髓脊髓损伤的的细胞治胞治疗前景前景干细胞移植治疗脊髓损伤是近年来的研究热点。由于脊髓损伤后自发性轴突再髓鞘化过程非常有限，细胞移植治疗被视为更新少突胶质细胞、促进轴突再髓鞘化的重要手段。理论上，移植的干细胞可在损伤部位存活并整合入宿主组织中，进一步分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，大多数可同宿主细胞之间可形成突触样结构，使中枢神经系统的功能得到一定程度的恢复。20.脊髓损伤的细胞治疗前景干细胞移植治疗脊髓损伤是近年来的研究热脊髓损伤导致上行和下行脊髓束的轴突中断、神经元和胶质细胞缺损、神经性炎症发生和脱髓鞘。干细胞治疗通过如下方式，可以实现脊髓损伤的个体化治疗。第一，移植干细胞来源的脊髓成神经细胞可以替换受损或死亡的运动神经元和其他神经元。第二，移植干细胞来源的少突胶质祖细胞可以促进髓鞘再生。第三，移植能够拮抗有害的炎症反应和分泌促生长因子的干细胞脊髓脊髓损伤的干的干细胞治胞治疗模式模式Lindvall,O.and Z.J Clin Invest,2010.120(1):p.29-40.21.脊髓损伤导致上行和下行脊髓束的轴突中断、神经元和胶质细胞缺损目前可用于脊髓目前可用于脊髓损伤治治疗的干的干细胞胞胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESs）神经干细胞（neural stem cells，NSCc）嗅鞘细胞（olfactory ensheathing cells，OECs）间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）雪旺细胞（Schwann cells，SCs）。其中的胚胎干其中的胚胎干细胞存在胞存在伦理理问题，神，神经干干细胞、雪胞、雪旺旺细胞和嗅鞘胞和嗅鞘细胞主要局限于胞主要局限于试验室水平。室水平。22.目前可用于脊髓损伤治疗的干细胞胚胎干细胞（embryonic 间充质干细胞（MSCs），在治疗脊髓损伤方面有其独特的优点：1.具有促再生能力；2.具有多向分化潜能，特别是环境依赖性分化为靶组织细胞的能力；3.来源途径丰富，而提取、分离纯化和体外扩增却相对简单；4.免疫原性弱，一般不存在免疫排斥反应；同时能够抑制炎症反应5.可进行基因修饰后移植。间充充质干干细胞治胞治疗脊髓脊髓损伤的价的价值Rice,C.M.,et al.,Lancet,2013.382(9899):p.1204-13.MSCs 为治疗脊髓损伤展示了一种全新和理想的方法，存在诱导分化为神经细 胞的潜能并能够向神经干细胞一样在中枢神经组织（脑、脊髓）里迁移、存活和整合，国外动物实验及临床应用中曾有报道MSCs 移植对脊髓损伤治疗的有效性及安全性是可靠的。23.间充质干细胞（MSCs），在治疗脊髓损伤方面有SCI病理生理机制与病理生理机制与MSCs的相关性的相关性SCI脊髓脊髓损伤的病理生理机制的病理生理机制 MSC的生物学效的生物学效应水肿、出血、缺血等引起的血供障碍合成血管内皮生长因子、刺激内生性新血管的形成和生长神经元和胶质细胞的死亡(坏死和凋亡）抗凋亡效应：抗凋亡基因和蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶等表达上调；分化为神经元表型神经性炎症：细胞性（活化的中性粒细胞、T细胞、小胶质细胞/巨噬细胞）和体液性（细胞因子、白介素、干扰素、前列腺素等）干扰DC细胞的成熟，调节细胞因子的生成和T细胞的反应，抑制炎症和细胞基质的产生谷氨酸引起兴奋性中毒，ATP再生能力耗损通过调控基因表达，降低神经元谷氨酸受体对其配体的敏感性产生活性氧簇，诱导型一氧化氮合酶，溶酶体，脂质过氧化作用等降低氧化应激：增加NAD(P)H醌氧化还原酶1和血红素加氧酶-1（HO-1）的活性，下调诱导型一氧化氮合酶的生成改变生长因子信号通路促进旁分泌和内源性生长因子的合成，包括BDNF,NGF,GDNF,IGF-1等脊髓空洞症：假性饱囊和空洞形成抑制细胞外基质的产生，减少空洞的形成，促进轴突的再生脱髓鞘，巨噬细胞和小胶质细胞活化促进髓鞘再生，刺激施旺细胞迁移（至损伤部位）Forostyak,S.,P.Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.24.SCI病理生理机制与MSCs的相关性SCI脊髓损伤的病理生理Forostyak,S.,P.Jendelova and E.Sykova,Biochimie,2013.95(12):p.2257-70.骨髓骨髓MSC治治疗慢性慢性阶段段SCI，修复了，修复了空洞、重建了空洞、重建了轴突，部分恢复了运突，部分恢复了运动神神经元的功能元的功能25.Forostyak,S.,P.Jendelova anBM-MSC治治疗SCI的的临床前研究床前研究Himes 等用高流量方法扩增BMSCs 后提纯，并通过静脉注射方式将BMSCs 植入脊髓损伤的小鼠体内，2 周后小鼠的BBB 评分明显提高，温度觉及行走功能明显恢复。董锋等应用大鼠MSCs 静脉注射移植对脊髓损伤SCI 后脑源性神经营养因子、神经生长因子表达的影响,结论显示脊髓损伤后损伤脊髓局部的脑源性神经营养因子、神经生长因子表达增加,这可能是促进大鼠神经结构及神经功能恢复的因素之一。Himes,B.T.,et al.Neurorehabil Neural Repair,2006.20(2):p.278-96董锋,林建华与吴朝阳.中国康复医学杂志,2008(05).26.BM-MSC治疗SCI的临床前研究Himes 等用高流量方法BM-MSC治治疗SCI的的临床研究床研究Geffner 等将骨髓间充质干细胞经椎管内移植、局部种植、静脉移植三种途径移植治疗52 例脊髓损伤的患者，结果提示三种移植方式均可以促进神经功能的恢复，且均安全、可行。Sykova 等将骨髓干细胞移植入7例急性脊髓损伤和13例慢性脊髓损伤患者体内，随访2 年，认为骨髓干细胞是安全、有效的，且移植的最佳时间为伤后34周。Moviglia 等进行一种自体骨髓间充质干细胞移植治疗，8位志愿者中5例患者出现了躯体运动功能恢复，治疗后可以站立及行走，2例患者出现感觉功能改善。Geffner,L.F.,et al.Cell Transplant,2008.17(12):p.1277-93.Sykova,E.,et al.Cell Transplant,2006.15(8-9):p.675-87.Park,H.C.,et al.,Tissue Eng,2005.11(5-6):p.913-22.27.BM-MSC治疗SCI的临床研究Geffner 等将骨髓间充MSC治治疗SCI面面临的挑的挑战虽然近年来对间充质干细胞治疗脊髓损伤的研究取得了一定的进展，但由于间充质干细胞在移植中具体的细胞内分化机制以及致瘤性等问题均没有得到有效的解决，还需今后实验研究的进一步深入。此外，间充质干细胞移植的应用研究中还存在着许多尚未解决的问题，如体外扩增速度问题，分化神经元的比例控制、功能性神经元的定向分化问题，移植时机的选择问题，移植方法、途径、细胞状态、支架、佐剂、适应证等等问题，距离临床应用还有诸多困难，亟待深入研究和解决。28.MSC治疗SCI面临的挑战虽然近年来对间充质干细胞治疗脊髓损MSC治治疗ONFH的的临床床实验概况概况在Clinical Trial 登记在册的数目为28宗其中脐带来源3宗细胞胞类型型损伤的的类型型 接种方式接种方式评估的估的时间研究研究单位位试验阶段段例数例数结果果副作副作用用参参考考UC-MSC急性期(20例）;慢性期(20 cases)/na脊髓注射3,6,and 12月中国/武警总医院/NCT01393977II期/recruiting/201160nananaUCB-MSC急性期/A/C5/T11脊髓注射（4周内）2,6,14,24,48周中国/成都军区昆明总医院/NCT01471613Phase 1 and 2/active no recruiting/201360nananaUCB-MSCChronic/A/C5T11脊髓注射（12个月以上）0,2,6,14,24,48周中国/中国脊髓损伤协会/NCT01354483Phase 1 and 2/active not recruiting/201320nanana29.MSC治疗ONFH的临床实验概况在Clinical TriaUC-MSC治治疗SCI的前景的前景脐带间充质干细胞是来源于发育早期中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的多功能干细胞，广泛存在于全身多种组织中，可在体外培养扩增，并能在特定条件控制下分化为神经细胞、成骨细胞、肌肉细胞、脂肪细胞等。相比较其他干细胞，脐带来源间充质干细胞具有下列优势:(1)脐带间充质干细胞有分化为多种神经元和胶质细胞的潜能，并且能分泌大量的神经营养因子，促进损伤脊髓组织的修复及崩解轴突的连续性重建;(2)分裂、增殖能力强;(3)分离成功率高;(4)老化等因素的影响较小;(5)脐带为分娩时遗弃的组织，无道德伦理的约束。30.UC-MSC治疗SCI的前景脐带间充质干细胞是来源于发育早期