干细胞移植治疗脊髓损伤的临床应用现状 引言
脊髓损伤的修复一直是神经外科医师面临的一大难题。自本世纪初A Ile n 等对脊髓损
伤进行实验研究以来,医学前驱们先后试用了手术吻合、手术减压、神经移植、大网膜移植、药物治疗、局部冷冻、物理康复以及应用酶制剂来抑制和消除结缔组织瘢痕等多种方法治疗脊髓损伤,虽然这些方法在不同程度上缓解了脊髓损伤的病理改变,但其后果仍不可避免地造成了患者截瘫。
近1 0 年来由于现代医学技术和基础医学的迅速发展,医学工作者对脊髓损伤修复的治
疗有了新的认识。第四六三医院神经外科从2 0 0 1 年初开始了干细胞治疗脊髓损伤的基础研究工作,并于2 0 0 3 年开始逐步把干细胞治疗应用于临床研究和治疗,至2 0 0 8 —1 2 已治疗脊髓损伤4 0 0 余例。
1 问题的提出
问题1 :脊髓损伤的临床症状和病理过程的特点?
问题2 :神经干细胞、胚胎干细胞、骨髓干细胞作为现阶段研究较为广泛的种子细胞,用于脊髓损伤移植时的效果怎样? 哪种细胞更适合治疗脊髓损伤?
问题3 :目前临床应用干细胞移植治疗脊髓损伤的进展现状? 问题4 :干细胞移植治疗脊髓损伤面临的技术问题? 2 问题的解决
2 .1 脊髓损伤的临床症状和病理过程脊髓的直接损伤临床并不多见,常见的是脊柱骨折、脱位后造成的间接损伤。脊髓损伤后灰质出现坏死,然后是白质发生坏
死。一般来说,哺乳动物脊髓损伤后数分钟之内损伤部位即可见斑片状出血,数天之内损伤脊髓就可出现广泛坏死,同时伴有大量巨噬细胞浸润,第2 周末损伤脊髓内可出现巨大囊肿,严重破坏了脊髓的完整性。在这个病理过程中,胶质细胞大量增生,形成了阻碍神经纤维再生的瘢痕组织;神经元和神经纤维的变性坏死是最大的病理过程,有效保护神经细胞是恢复神经功能的决定性因素,也是急性期脊髓损伤治疗主要的理论基础。脊髓损伤后,损伤区会继发炎症反应,出现局部血管痉挛、凝血及血栓形成,加重了脊髓缺血,这不仅会损伤残存的神经细胞,还会造成脊髓创伤区边缘正常的脊髓组织损伤。预防继发损伤是早期治疗的重要内容。
关于脊髓损伤的发病机制,目前流行的学说包括:
①血管学说:脊髓损伤后,血管直接损害或痉挛,而使血运能力降低,导致局部纽织缺血缺氧、变性坏死。
②儿茶酚胺学说:脊髓损伤后组织内积聚大量的神经递质如组织胺、儿茶酚胺,此类递质作用于脊髓血管平滑肌受体而引起血管痉挛,造成组织缺血缺氧、变性坏死。
②自由基学说:脊髓神经细胞膜上不饱和脂肪酸含量很高,容易受到自由基的攻击,脊髓损伤后对自由基的抵抗能力显著减弱,在自由基的攻击下脂质发生过氧化,引起组织损伤。
④脊髓神经细胞水肿(钙离子蓄积学说:脊髓损伤后组织水肿,使组织的血运能力下降,由此引起了更大程度上的水肿,如此恶性循环造成了神经细胞的变性坏死。
关于脊髓损伤后的临床病理生理过程的基础实验,早在2 0 0 2 /2 0 0 5 本院利用犬和大白鼠成功制作了脊髓损伤模型,着重指出了脊髓损伤后胶质瘢痕形成的病理学规律和影像学特征,对脊髓受损后的变化从大体标本到组化水平有了充分认识,并得出胶质瘢痕是影响
神经轴突生长的因素,为以后临床上脊髓损伤干细胞移植术式的选择提供宝贵依据。
2 .2 千细胞的选择及特点2 0 世纪7 0 年代以来,随着神经的可移植性获得证明和分子生物学的迅速崛起,以干细胞技术为核心的组织工程学的研究开展标志着生物科技人体时代的到来,一场影响深远的医学正悄然展开,为临床脊髓损伤的治疗带来了光明的前景。干细胞是指同时兼具自我更新能力和产生分化细胞能力的一类细胞,这类细胞可经培养进行不定期分化并产生特化细胞。依据分化潜能的大小,可将干细胞分为
3 种类型:一是单能干细胞(也称专能干细胞 ,这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如神经干细胞;二是全能干细胞,此类细胞具有分化为完整个体的能力,如胚胎干细胞;三是多能干细胞,这类细胞具有分化为多种细胞组织的潜能,但不具备发育为完整个体的能力,如骨髓间充质干细胞。
神经干细胞:神经干细胞是从接受手术治疗的癫痫.创伤患者脑内分离出的,存在于成年哺乳动物的脊髓、海马和室管膜下层的,正常状态下处于静息状态的细胞。V r o e m e n 等通过对急性脊髓损伤的成年小鼠进行观察发现,在损伤脊髓内细胞因子的刺激下,神经干细胞可增殖分化为神经元、少突胶质细胞或星形胶质细胞。L ia n g 等门刮从自然流产胎儿皮层中获得人神经干细胞,经过离心提纯以及体外增殖后植入T 1 1 脊髓完全横断的小白鼠体内,小鼠皮质脊髓束纤维显著再生并且从新形成突触连接,小鼠的后肢运动功能恢复。P a llin 等从小鼠胚胎中提取神经干细胞后将其移植椎体水平背侧受损的小鼠脊髓中, 1 2 周后运用运动评分和足迹分析法观察小鼠的运动功能,同时采用组织学、免疫组化的方法对脊髓进行分析,术后1 2 周小鼠运动评分显著提高,组织学研究发现脊髓内存活的神经干细胞并向损伤区迁移。以上研究结果表明神经干细胞移植在修复脊髓损伤和改善肢体运动功能方面的积极作用。然而也有动物实验表明,在受伤脊髓内炎症细胞因子的作用下,神经干细胞在受损脊髓内不再分化或仅分化成星形胶质细胞并参与瘢痕组织形成。
Is h i i等发现在小鼠受损脊髓内,采用睫状神经生长因子可减少胶质瘢痕的形成。因此神经干细胞在脊髓损伤治疗中的应用受到,本院于2 0 0 6 年对神经干细胞的体外分离和纯化进行了综述,指出神经干细胞虽不牵涉伦理学纠纷,但体外分
离纯化技术要求严格,费用昂贵,使得神经干细胞在脊髓损伤修复中的应用研究进展缓慢。
胚胎干细胞:胚胎干细胞是来源于胚泡分化5 d 后的内细胞团,最早用于治疗脊髓损伤。杨建华等将小鼠胚胎干细胞进行体外培养后移植入脊髓半切小鼠的椎管内,利用反转录酶P C R 分析、免疫荧光等方法观察分析和研究,结果发现移植后胚胎干细胞能够存活并且向脊髓损伤部位迁移分化成神经元。但由于取材来源的以及难以回避的伦理学问题成为其广泛应用的障碍。此外,未分化的胚胎干细胞具有潜在的致瘤性,和植入成熟中枢神经系统的非神经区后保持不分化或主要向胶质细胞分化的特性,也是在临床中面临的难题。骨髓干细胞:骨髓干细胞是由于细胞具有分化成间叶组织细胞的能力而得名,是骨髓中的造血结构性和功能性支持细胞。这种细胞除具备干细胞的基本特点外,还具有可塑性,表现为骨髓干细胞在某些信号的影响下,锚靠一类组织并分化成该组织细胞,此外骨髓干细胞可能能够分泌一些营养物质促进内源性细胞的增殖和生长皿引。人体骨髓中骨髓干细胞含量很稀少,每1 X 1 0。一1 × 1 0。个单核细胞中有1 个骨髓干细胞,因此体外扩增或纯化就显得很重要。学者们亦发现骨髓干细胞可以无的扩增而不会丢失多向分化的潜能,并且可以用来修复细胞外基质和神经系统。本院于2 0 0 1 年开始骨髓基质细胞分化成神经元样细胞的基础研究,随着本院干细胞实验室的建立和骨髓干细胞制备技术的完善和发展,现已对骨髓干细胞的分离、培养分化有了一定的认识,在小鼠实验中得出了神经营养因子3 和转化生长因子B 的联合作用下,可增加骨髓基质细胞向神经元样细胞的转化
率的结论。H o f s t e t t e r 等将小鼠股骨和胫骨内的骨髓干细胞移植入同种鼠受损脊髓中,组织学发现植入的骨髓干细胞可以向神经细胞分化,使受损脊髓恢复部分功能。O h t a 等将来源于小鼠脊髓的骨髓干细胞注入同种小鼠的脑脊液中,骨髓干细胞通过脑脊液迁
移并黏附在受损脊髓的表面,与对照组比较,该组小鼠的B B B 评分较高。H im e s 等从人造血系统中提取、分离、纯化骨髓干细胞,通过静脉的方式植入受损脊髓的小鼠体内, 2 周后小鼠B B B 评分显著提高,温度觉及行走功能显著恢复。L e e 等
将人骨髓间充质干细胞移植于脊髓受损1 周后的小鼠脊髓内,2 个月后B B B 评分和疼痛测试显示该组小鼠的后肢运动和感觉功能得到改善,小鼠的脊髓体感诱发电位潜伏期显著缩短。以上实验表明了骨髓干细胞治疗脊髓损伤积极作用,并且K i m 等指出了碱性成纤维细胞生长因子和骨髓干细胞的联合移植,可明显改善骨髓干细胞修复脊髓的作用。并且与其他移植细胞相比,骨髓干细胞易于提取、分离,可行自体移植且组织相容性好,因此便于应用于临床。
