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    科普日談丨 MSC-CM改善暴發性肝衰竭和慢性肝纖維化

    更新時間:2021-05-21    瀏覽次數:0

           依托于干細胞技術的發展,干細胞下游產品的再加工及應用得到了更多人的關注。這類產品因不含有干細胞,被稱為“無細胞”技術,在多種疾病治療中顯示出良好的臨床效果,正在得到業界的廣泛關注。

           間充質干細胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是人體內來源較豐富的一類成體干細胞,廣泛存在于骨髓、脂肪、表皮和血液等組織,易于分離培養。

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           此外,MSCs還具有低免疫原性的特點,同種異體移植不容易引起免疫排斥反應?,F已證實MSCs對一些疾病有治療作用,如:急性呼吸窘迫綜合征、心肌梗死、肝損傷、骨骼肌損傷等。盡管干細胞移植在治療多種人類疾病模型中均取得可喜成果,但臨床試驗檢測發現多數情況下干細胞治療僅發揮短暫且輕微的療效。

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          研究發現,MSCs能夠通過自/旁分泌作用合成、分泌多種生長因子、細胞因子和趨化因子,在疾病治療中發揮作用。在動物模型中,盡管體外輸注的MSCs遠離實際損傷部位,但仍可通過旁分泌作用促進傷口愈合、發揮抗炎、抗凋亡和促進新生血管形成的治療作用。由此,開發含有MSCs各種分泌成分的“無細胞”產品引起業界廣泛關注。雖然“無細胞”產品的種類多樣化,但是其共同的原材料是干細胞的條件培養基(conditionedmedium,CM),即MSC-CM。

        01、什么是MSC-CM?

           MSC-CM是指MSCs的培養基上清液,其含有多種MSCs分泌的細胞因子,可促進細胞增殖和抑制凋亡,具有抗氧化、免疫調節和參與多種組織損傷修復的作用。

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          △從人臍帶間充質干細胞(UC-MSCs)收集條件培養基(CM)

           近年來,隨著蛋白質組學技術的發展,MSC-CM的成分也逐漸被闡明,包括各種細胞因子、趨化因子、生長因子、蛋白酶以及微小核糖核酸(microRNA,miRNA)。這些活性成分促進細胞增殖、促進血管再生和減輕炎癥反應的作用為其臨床應用提供了理論依據。一方面,含有分泌因子的條件培養基可降低移植干細胞帶來的致瘤風險,避開異體移植帶來的免疫相容等問題;另一方面,通過體外干預,控制MSCs分泌因子的成分和含量為將MSC-CM應用于個體化精準治療開拓了新方向。

           02、肝功能衰竭的研究背景

           對于大多數動物來說,肝臟是最重要的代謝器官,終末期肝功能衰竭是一種潛在的危及生命的狀態,常伴有嚴重的并發癥。肝功能衰竭包括暴發性肝衰竭(fulminanthepaticfailure,FHF)和慢性肝纖維化,可進一步惡化為肝硬化和肝癌。

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           FHF是指突然出現大量肝細胞壞死或肝功能顯著異常,并在首發癥狀出現后8周內發生肝性腦病的一種綜合征。其臨床特點是起病急、病情危重,癥狀表現多樣且肝細胞廣泛壞死。肝纖維化是一個病理生理過程,是指由各種致病因子所致肝內結締組織異常增生。任何肝臟損傷在肝臟修復愈合的過程中都有肝纖維化的過程,如果損傷因素長期不能去除,纖維化的過程長期持續就會發展成肝硬化。原位肝移植目前是有效的治療方法,但由于缺乏可用的供體器官、成本高以及終生免疫抑制的缺點,其使用受到限制。因此,臨床基于找到更為有效的、副作用小的方式治療病患。

        03、MSC-CM

    可明顯改善FHF和慢性肝纖維化

            前期的一些基于臨床和動物模型的試驗顯示,MSCs在改善FHF、慢性肝纖維化甚至肝硬化方面均具有理想的治療效果[1]。最近的研究表明:MSC-CM同樣能夠明顯改善FHF和慢性肝纖維化。MSC-CM在治療硫代乙酰胺(TAA)誘導的FHF和四氯化碳(CCl4)誘導的慢性肝纖維化模型小鼠中,能夠增強肝再生、減少肝細胞凋亡、下調巨噬細胞浸潤、將CD4+T系統改變為抗炎狀態并促進HSC凋亡和抑制增殖[2]。

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           △TAA+PBS:FHF模型組;TAA+MSC-CM:條件培養基處理組;

            CCl4+PBS:肝纖維化模型組;CCl4+MSC-CM:條件培養基處理組。

            不同處理組小鼠肝臟的H&E染色結果證實:MSC-CM治療可顯著改善TAA誘導的FHF和CCl4誘導的肝纖維化。

        04、MSC-CM

        改善FHF和慢性肝纖維化的可能機制

            MSC-CM改善FHF和慢性肝纖維化的可能機制主要有以下幾點:

           ①MSC-CM治療能夠刺激肝臟再生并抑制急性和慢性肝衰竭小鼠的肝細胞死亡,這些結果與先前的報道一致,即MSC-CM能夠促進肝細胞增殖和抑制肝細胞凋亡[3];

           ②MSC-CM能夠介導巨噬細胞M1促炎表型向巨噬細胞M2抗炎表型的轉變,也能抑制內毒素誘導的急性肺損傷小鼠的M1型巨噬細胞[4],從而導致MSC-CM治療后肝臟和脾臟中巨噬細胞顯著減少;

           ③免疫抑制是MSC-CM在各種自身免疫性疾病模型中的重要治療機制。MSC-CM治療發揮免疫抑制作用是通過M2型巨噬細胞的上調間接發生,M2型巨噬細胞分泌各種抗炎因子,如CCL-1和IL-10,上調Th2和Treg細胞,將機體轉化為抗炎狀態[5];

           ④肝纖維化的主要介質是HSC,其在肝纖維化的發病過程中大量增殖并產生各種細胞外基質。MSC-CM處理能夠顯著降低活化的HSC和肌成纖維細胞,MSC-CM中含有的分泌因子介導HSC的大量凋亡。

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           △MSC-CM治療FHF和肝纖維化的原理圖

           muMSC:murinemesenchymalstemcell;M0:undifferentiatedmacrophage;

           M1:M1macrophage;M2:M2macrophage.

           總之,我們發現,MSC-CM治療可通過作用于肝細胞、巨噬細胞、CD4+T淋巴細胞和HSC來改善TAA誘導的FHF和CCl4誘導的慢性纖維化。

        05、MSC-CM的治療前景

           相較于間充質干細胞,MSC-CM應用具有多種優勢,如:更低的免疫原性;更低的血管栓塞風險;可實現過程可控,而且在劑量和給藥方式上均具有更大的靈活性等。

           將MSC-CM作為干細胞治療的替代療法應用于臨床,有助于克服干細胞治療帶來的致瘤隱患。但是輸注MSC-CM確實難以模擬移植間充質干細胞對活性因子持續、動態的分泌。此外,條件培養基含有動物血清以及凋亡細胞釋放的蛋白質,直接輸注或有一定風險。因此,將MSC-CM治療FHF和慢性肝纖維化真正用于臨床前,還需要更多的體內和體外實驗探究MSC-CM中具體的活性成分及其作用機制。


    參考文獻:

        [1]MeierRP,MullerYD,MorelP,Gonelle-GispertC,BuhlerLH.Transplantationofmesenchymalstemcellsforthetreatmentofliverdiseases,isthereenoughevidence?StemCellRes2013,11:1348-1364.

     [2]HuangB,ChengX,WangH,HuangW,ZhaL,WangD,etal.Mesenchymalstemcellsandtheirsecretedmoleculespredominantlyamelioratefulminanthepaticfailureandchronicliverfibrosisinmicerespectively.JournalofTranslationalMedicine2016,14:45.

        [3]vanPollD,ParekkadanB,ChoCH,BerthiaumeF,NahmiasY,TillesAW,etal.Mesenchymalstemcell-derivedmoleculesdirectlymodulatehepatocellulardeathandregenerationinvitroandinvivo.Hepatology2008,47:1634-1643.

        [4]GuptaN,SuX,PopovB,LeeJW,SerikovV,MatthayMA.Intrapulmonarydeliveryofbonemarrow-derivedmesenchymalstemcellsimprovessurvivalandattenuatesendotoxin-inducedacutelunginjuryinmice.JImmunol2007,179:1855-1863.

     [5]MantovaniA,SicaA,SozzaniS,AllavenaP,VecchiA,LocatiM.Thechemokinesystemindiverseformsofmacrophageactivationandpolarization.TrendsImmunol2004,25:677-686.


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