临床转化是基础研究的最终“出口”,如何将实验室技术转化为满足再生医学临床应用的重大需求,实现标准化、规范化、规模化分离、扩增、检测、存储、运输方案,还有一些关键性问题亟待解决。
视网膜变性类疾病主要包括视网膜色素变性(retinitispig-mentosa,RP)、老年性黄斑变性(agerelatedmaculardegenera-tion,AMD)。在东亚国家,还有一种发病率较高的特殊类型,即高度近视引起的视网膜变性。这类疾病的共同特点在于视网膜中的关键细胞(如感光细胞和视网膜色素上皮细胞)变性、死亡,导致临近的细胞功能改变,患者的视功能逐渐丧失至失明。由于变性和凋亡的感光细胞或视网膜色素上皮细胞不能再生,移植健康的视网膜组织或者细胞,成为目前最具前景的治疗策略。
近20年人们相继进行了视网膜色素上皮细胞、视网膜感光细胞、胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、视网膜干细胞、胚胎视网膜神经上皮层、胚胎全层视网膜(色素上皮+神经上皮)以及视网膜芯片、视网膜假体移植到动物的视网膜下间隙的研究。
在所有的移植探索中,干细胞移植极有可能率先从基础实验向临床转化。

2015年刊登在Stem Cell Reports杂志上的一项报告中,来自韩国的研究人员就在退行性眼病患者中开展了一项临床试验,科学家们首次对亚裔人胚胎干细胞治疗的安全性进行了检测。这项研究用胚胎干细胞来源的视网膜色素上皮细胞对四名黄斑变性患者进行治疗后,对他们进行了为期一年的跟踪随访,并没有观察到治疗相关的严重副作用(肿瘤生长或其他意想不到的效果)。
2014年,为期三年的研究结果被美国先进细胞技术公司发表在《Lancet》医学期刊上。与之合作的洛杉矶朱尔斯·斯坦眼科研究所的眼科专家,将实验室培养的细胞移植于9位黄斑变性患者和9位斯特格黄斑营养不良患者的眼睛里。

诱导多能干细胞(iPS cells)最初是日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)于2006年利用病毒载体将四个转录因子(Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc)的组合转入分化的体细胞中,使其重编程而得到的类似胚胎干细胞和胚胎APSC多能细胞的一种细胞类型。通过采用导入外源基因的方法使体细胞去分化为多能干细胞,对于这类干细胞我们称之为诱导多能干细胞(IPS,Induced Pluripotent Stem Cells)。

2014年9月,一名罹患退行性眼病的日本患者将成为全球使用诱导多能干细胞(iPS)进行治疗的第一人。
2017年2月1日,日本厚生劳动省的专业小组批准了实施将他人的诱导多能干细胞(iPS细胞)制作的视网膜细胞移植给严重眼疾患者的手术。
干细胞技术为眼内功能障碍细胞的修复再生带来了希望,对非新生血管性年龄相关性黄斑变性(AMD)、色素性视网膜炎(RP)及斯特格氏病(STGD)患者来说尤为重要。
1、干细胞移植治疗视网膜变性疾病的原理和特征
干细胞移植治疗视网膜变性疾病的机制
· 细胞替代,由健康的干细胞替代丢失的病变细胞;
· 营养支持,移植的健康干细胞促进周围细胞的存活;
· 移植区微环境的免疫调控作用,如促进移植区Müller细胞的逆分化。
理论上,建立有效的新的突触联系和在此基础上的视功能改善,是干细胞移植成功的标准。
2、各种来源的移植细胞
· 视网膜干细胞(retinalstemcell, RSC)
RSC来源于人或动物胚胎视网膜组织,又称视网膜前体细胞(retinalprogenitorcell,RPC),是体外操作最为简单的移植材料。体外诱导和体内移植证实,RSC能有效分化为视网膜神经组织中的各种细胞。但是,RSC理论上仍是一个多种前体细胞组成的细胞群,且增殖潜能有限,单纯的体外培养难以获得较高纯度的感光前体细胞。尽管普遍的观念认为,视网膜下腔具有“免疫豁免”特性,同种异体的视网膜移植物不会引发典型的免疫排斥反应。但是,该免疫豁免环境也是相对的,如果移植的细胞含有较多的容易引起排斥反应的胶质细胞,则免疫排斥反应仍不可避免。因此,进一步纯化RSC,是RSC应用的关键问题之一。
· 胚胎干细胞(embryonicstemcell, ESC)
ESC具有无限增殖和多向分化潜能,成为干细胞移植的理想材料。在技术上,通过生长因子诱导、视网膜组织共培养和基因修饰等手段,可以将鼠、猴和人的ESC诱导为RSC。
· 诱导多能性干细胞( iPSC)
· 间充质干细胞(MSC)
iPSC是由多能遗传基因导入成纤维细胞,使其重编程而得到类似ESC的一种细胞类型。
MSC来源于脐带、胎盘、脂肪、骨髓等,作为多能干细胞,具有可塑性。
iPSC与MSC的共同点:都可以由患者的体细胞诱导或者骨髓中获得,避免了免疫排斥反应。由于iPSC来源于患者本身,即使成功诱导为感光细胞,仍携带着致病基因,移植后依然会发生程序性凋亡,因此,需要对缺陷基因进行修补。
MSC可以多向分化为成骨细胞、心肌细胞和神经细胞,具有容易获得,体外扩增而不丢失多向分化潜能,外源基因易于植入等优点,在组织修复和基因治疗方面的临床应用潜能受到越来越多的关注。科学家将MSC通过bFGF诱导和视网膜组织共培养,发现MSC可以分化为视网膜神经前体样细胞。尽管MSC的移植效果弱于视网膜前体细胞,但作为自体移植来源的细胞,仍然具有一定的优越性。
越来越多的研究证明成体干细胞具有横向分化潜能,其自身的应用优势为难治性眼科疾病的治疗提供了新的途径.
3、干细胞移植治疗视网膜色素上皮细胞功能缺陷
由人胚胎干细胞诱导至RPE细胞(hESC-RPE),修复RPE细胞功能缺陷,是目前干细胞治疗视网膜变性进展最为迅速的一个分支,主要针对的疾病谱包括:干性AMD、Stargardt’s病和黄斑营养不良。目前,已有多家医疗机构进行hESC-RPE移植的临床多中心试验。尽管已有临床安全性试验的个案报道,但是,如何让移植细胞在视网膜下间隙呈单层排列,维持长期存活,仍然是探索的重点。
4、干细胞移植治疗视网膜变性疾病面临的问题
尽管近年来干细胞移植治疗视网膜变性疾病的基础研究取得了突飞猛进的进展,但仍然面临着许多障碍,如何提高移植细胞的存活和迁移能力是提高移植效果的关键。目前,将细胞悬液直接注入视网膜下腔的移植方法虽然简便易行。
近年的生物工程医学发展,为解决干细胞在移植区的存活和分化提供了可能。研究者尝试将各种可降解的生物材料联合干细胞移植到视网膜下间隙,为干细胞创造良好的三维微环境,可以有效提高干细胞的存活和分化。
新近发展的可注射式的生物胶样移植载体,可能为移植手术带来更大的便利,同时促进干细胞的存活和分化。
5、临床转化现状
目前,骨髓干细胞移植治疗各种血液性疾病已经成为常规治疗手段。随着干细胞移植的各个难点在实验室逐渐被攻破,我们可以欣喜地预见,近十年将是干细胞移植向临床转化的关键时期。
临床转化是基础研究的最终“出口”。2010年和2011年,美国ACT公司先后两次获得FDA批准,进行hESC治疗Star-gardt’s病和干性AMD的Ⅰ/Ⅱ期临床实验。该公司Schw-artz等报道了临床研究的初步结果,发现hESC体外可分化为纯度达99%以上的RPE,进行的1例Stargardt’s病和1例干性AMD患者为期4个月的临床观察中,发现植入hESC来源的RPE细胞能贴附于受体视网膜色素上皮层,未发现植入细胞的异常增殖。
在移植前后使用了免疫抑制剂情况下未见排斥反应,移植患者也未出现视功能的恶化,初步证实了干细胞治疗黄斑区变性疾病的短期安全性。
通过移植干细胞,使其整合入视网膜各层并诱导其增殖分化为目标细胞,补充缺失的视网膜神经元,重建视网膜功能,将给不可逆性致盲眼病患者复明带来希望。
总之,在干细胞治疗视网膜疾病研究的数十年历史中,研究证实可供进行移植实验的供体干细胞种类较多,而且随着研究的不断进步,还会有新的干细胞被发现。究竟这些干细胞中间哪一种更适合进行视网膜病的治疗,我们将拭目以待。
原创:独眼大牛 细胞王国




