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最早发现的干细胞
——间充质干细胞

科学家最早发现的干细胞是间充质干细胞,家族成员庞大。它的发现和命名经历了曲折的过程,是迄今在临床应用中最被寄予厚望的干细胞类型。

从骨髓中发现

在普通大众眼里,干细胞似乎是一个新名词,是现代高科技的象征。其实,干细胞的发现,最早要追溯到1867年。德国病理学家尤利乌斯·科恩海姆(Julius Cohnheim),在研究伤口炎症时,偶然发现了干细胞。

科恩海姆出生于北普鲁士小镇德明(Demmin),17岁开始在柏林大学读书,博士研究生期间师从细胞病理学创始人鲁道夫·魏尔啸(Rudolf Virchow)。曾在北普鲁士军队担任外科军医,解决了困扰医学界13个世纪的难题——脓液的来源,提出脓液是发生炎症时从血管中渗出的无色血球,也就是大家熟知的白细胞。在炎症实验过程中,科恩海姆给动物静脉注射一种不溶性染料——苯胺,在动物损伤远端的部位,发现一些含有染料的细胞,包括炎症细胞和与纤维合成有关的成纤维细胞。由此推断,骨髓中存在一种非造血功能的干细胞。科恩海姆是世界上第一个提出骨髓干细胞概念的科学家。

骨髓干细胞发现一个世纪后,1974年俄罗斯青年科学家亚历山大·弗里登施泰因(Alexander Friedenstein)和同事亚历山大·马克西莫(Alexander Maximow)第一次从骨髓中分离出了这种干细胞。研究后发现,骨髓干细胞与大多数骨髓来源的造血细胞不一样,能够快速贴附到体外培养器皿上,呈旋涡状生长,产生成纤维细胞样克隆,且具有自我复制更新能力。弗里登施泰因及其同事还证实,接种骨髓细胞悬浮液后,每个干细胞可形成不同的克隆,且干细胞增殖数与集落数之间具有线性关系。每个干细胞就是一个成纤维细胞样集落形成单位(colony-forming unit fibroblast,CFU-F)。弗里登施泰因对骨髓干细胞进行了详细研究,还鼓励进行临床应用,治疗一些重大疾病。

间充质干细胞命名

1991年,美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)骨骼研究中心主任阿诺德·凯普兰(Arnold Caplan)教授,首次将骨髓来源的干细胞正式命名为“间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)”。认为,这种骨髓来源的间充质干细胞具有分化为骨、软骨、肌肉、骨髓基质、肌腱、韧带、脂肪和其他结缔组织的潜能,有时也称为“骨髓基质细胞(bone marrow stromal cell,BMSC)”。

2005年,国际细胞治疗协会宣布,首字母缩写词“MSC”为多潜能间充质基质细胞(mesenchymal stromal cell),与间充质干细胞的英文缩写词相同。由于来源于不同组织的细胞群,在基因表达和细胞分化能力上具有明显差异,却都被命名为间充质干细胞,以及不同实验室采用不同的细胞表面标志物来表征MSC,为避免概念模糊和歧义,2006年国际细胞治疗协会建议启用“多潜能间充质基质细胞”这个学术术语,不再使用“间充质干细胞”这个概念。

然而,间充质干细胞已经成了干细胞界的明星,红得发紫,建议基本没有被科学界采纳。2017年,“间充质干细胞”术语的命名人凯普兰又向科学界提出建议,将“间充质干细胞”改为“药用信号细胞(medicinal signal cell)”,又没有被科学界广泛采纳。凯普兰很无奈,即使是自己亲手创造的名词,从科学界也撤不回了,一直沿用至今。

自1991年以来,间充质干细胞研究炙手可热。截至2020年7月,利用美国国家医学图书馆开发的生物医学论文数据库(PubMed)进行检索,已发表的间充质干细胞论文超过了6.5万篇。进入21世纪后,论文数量呈爆发式增长,2000年100多篇、2010年3 000多篇、2019年7 000多篇……

间充质干细胞鉴定

间充质干细胞来源于胚胎发育中胚层,是一个庞大的干细胞家族,广泛分布于人体的脐带、胎盘、脂肪、骨髓、血液、羊水、乳汁、汗液、唾液、尿液、经血等组织中。间充质干细胞的分离纯化方法,包括组织块贴壁培养、胶原酶消化、密度梯度离心、免疫磁珠分选等,需要根据不同的组织材料,从中选用合适的一种或几种方法。

怎样判断制备的细胞是间充质干细胞呢?

主要根据以下几个方面进行鉴定。

生物学鉴定

主要包括:①贴壁生长。在体外塑料培养皿中培养时,具有贴壁生长特性。细胞呈旋涡状生长,形态类似成纤维细胞。②增殖活性高。具有较强的自我更新能力,在含血清的培养液里培养时,高度增殖。理论上可以无限制传代,原代培养细胞,一般可传10代以上。由于体外培养条件限制和分化因素影响,随着培养代数增加,会发生细胞形态扁平、细胞内颗粒增多等老化现象。③分化潜能。可分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。加入成骨诱导培养液2~3天后,细胞开始从长梭形缩短为多角形,胞体积增大,诱导14天后碱性磷酸酶阳性细胞大幅增加,茜素红S染色阳性,表现出成骨细胞特性。成软骨诱导21天后,细胞增殖减慢,形态扁平、宽大、多角、多分支,阿尔新蓝染色阳性,呈现蓝色。成脂诱导后,细胞质内开始出现细小脂滴,细胞排列无序,显微镜下可观察到高折光性脂滴,油红O染色显示脂肪细胞内有很多大颗粒状脂滴。

表面标志物鉴定

表面标志物或称“表面标记”。不同实验室可能会选择不同表面标志物组合,借助于流式细胞仪或免疫细胞化学等方法进行鉴定。如流式细胞仪的鉴定步骤:①收集细胞。取培养细胞(通常为细胞纯度较高、活力较好的第3代至第5代细胞),去掉培养液,胰酶消化,离心收集细胞,磷酸盐缓冲液洗涤3次。②抗体孵育。分别加入荧光标记的表面标记抗体,4℃孵育30分钟。③流式细胞仪分析。磷酸盐缓冲液洗去未标记抗体,1%多聚甲醛固定15分钟,流式细胞仪检测分析细胞表面不同簇分化抗原(cluster of differentiation,CD),即细胞在分化成熟和活化过程中出现或消失的表面标记。CD73、CD90、CD105呈阳性,阳性率不低于95%;CD45、CD34、CD14、或CD11b、CD79a、CD19呈阴性,阴性率不高于2%。

其他鉴定

主要有通过染色体分析细胞遗传学改变、裸鼠试验验证致瘤性等。染色体核型分析结果显示,在体外长期培养条件下,间充质干细胞的细胞染色体核型无易位、倒位、缺失或复制、融合等异常变化。裸鼠皮下致肿瘤试验:细胞接种6周后,取半数动物进行剖检,实验组和对照组均应未发生结节或肿瘤形成。另外半数动物继续观察至第12周,进行病理检查,剖检接种部位,同时观察各淋巴结和器官,实验组和对照组应仍未见结节或肿瘤形成。

相对而言,间充质干细胞在成人体内分布广,数量大,不同年龄供体、不同类型组织来源的间充质干细胞,在发育分化能力和疾病治疗效果方面有时差异较大,在临床应用时应该引起足够重视。 pJmxDBtz+fYrxTbf6UXAiEcShuxShcNwUeHN6cYWopijVwEVoO678vrxBYzNqvx0

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