干细胞通过静脉输注之后是如何实现精准定位的?静脉回输后,干细胞都到哪儿去了?

在《NUCLEAR MEDICINE AND BIOLOGY》上发表的一篇文章提示,研究人员通过给干细胞打上“标记”,用来追踪它们在晚期肝硬化患者 (伴有脾肿大)体内的活性分布,以确定干细胞通过静脉回输后的“行动路径”。

从研究中可以看出,经静脉回输的MSC会率先在肺部聚集,2小时后,它们的踪迹才能在肝脏及脾脏中被捕捉。但这种情况并非一成不变。
经研究人员观测,MSC会逐渐逃离肺部,迁移到肝脏及脾脏中。到第10天的时候,肺、肝和脾的残留活性对比已经发生了完全逆转。

实验用(111)In-oxine 标记 MSCs,以此跟踪MS
Cs在体内的分布
以上面图表中Patient 1为例,可以看到患者的肺部干细胞残留活性在10天之内从33.5%下降到了2.0%,而肝脏部位的残留活性,则在10天之内从2.8%提升到了13.5%,脾脏部位的干细胞提升的更多,达到了30.1%。
该研究说明,干细胞回输是一个循序渐进的“动态”过程,MSC在经静脉回输后,会先去往我们的肺部,紧接着它们顺着血液流向,逐渐向肝和脾转移。
在一篇发表于国际期刊《Internationallmmunopharmacology》的论文,提到了这个问题。

这篇论文,研究人员通过静脉回输患有2型糖尿病的小鼠来探究人胶带来源间充质干细胞(UCMSC) 的回输去向。
在经过大量的研究数据对比之后发现,干细胞通过静脉回输会先来到小鼠肺部,然后逐渐经血管来到血流丰富的脾与肝。但与对照组正常小鼠不同的是,患有2型糖尿病小鼠体内会有定数量的UC-MSC归巢于的胰岛,也就是体内受损部位。这对于应用干细胞治疗糖尿病提供了非常珍贵的线索,也是对干细胞所谓“归巢效应”的一个完美作证。
当胰岛聚集了大量的干细胞(UC-MSC)后,在显微镜下可以看到小鼠的胰岛、肝脏脂肪和肌肉中的M2巨噬细胞数量显著增加,研究人员分析这些巨噬细胞可以减轻病鼠的胰岛素抵抗,降低血糖。

干细胞归巢效应——自带“GPS”导航
- 归巢
“归巢”(homing) 最早是指循环在血液中的淋巴细胞倾向于迁移到它们原先派生自那里的淋巴细胞部位,如淋巴结,这一回归现象称为“淋巴细胞的归巢”,这是1983年Gallation提出来的。后来“归巢“这一概念逐渐被引申至干细胞。

干细胞归巢,是指当机体缺血、缺氧、损伤时,机体内或者外源性间充质干细胞具有向损伤部位优势分布的特质,这个过程类似人体局部炎症反应后大量白细胞迁移至炎症周围。
概念: 干细胞巢 (niche)
干细胞巢 (niche) 即干细胞周围的微环境,一般包括与干细胞相邻的细胞,粘附分子及基质等,niche不仅给干细胞提供养分,同时还会“指导”干细胞的行动,决定着干细胞分化方向。不同的干细胞有不同的巢结构。
李非博士解释道:研究发现,干细胞在回输到人体后会经历一个动态的过程。在上述介绍的临床研究中,研究人员使用了标记技术,通过给干细胞打上标记来追踪它们在患者体内的活性分布。我们发现,经静脉回输的干细胞首先会在肺部聚集,然后逐渐迁移到肝脏和脾脏等受损组织。这个过程可能在短期内表现出一定的不确定性,但随着时间的推移,干细胞会更加准确地定位到受损的组织。
- 间充质干细胞 (MSCs) 的归巢
Saito等首次提出间充质干细胞具有归巢能力,当机体组织受到某种刺激时,一些“休眠”的间充质干细胞被“唤醒”,归巢到损伤部位进行分化,替代损伤的细胞。归巢作用是间充质干细胞安全有效的应用于临床的关键性质。
归巢在分子层面上的原因很复杂,研究显示当身体出现损伤,损伤部位的组织会表达多种趋化因子、黏附因子、生长因子等各种信号分子。不同的微环境分泌不同的信号分子,吸引MSCs定向到达该组织。

总的来说,间充质干细胞“归巢”的能力,就像内置了一部“智能GPS”导航系统,时刻引导着干细胞寻找“回家”的路,并定居其中。
间充质干细胞 (MSCs) 归巢的重要性
干细胞“巢”作为一种特殊的微环境,是干细胞存在的基础,“巢”通过不同信号途径调控着T细胞的行为,使干细胞的生长、更新和分化在生理条件下处于稳定平衡状态。对于归巢机制目前尚不明确,但参与归巢小组的成员很多诸如趋化因子、生长因子和黏附因子等。

间充质干细胞的使用方式通常包括全身回输(动脉、静脉)、局部靶向介入等,然后利用其归巢性修复特定损伤组织。
间充质干细胞因具有强大的增殖能力,多向分化能力和特殊的免疫调控能力,在各种创伤修复的研究当中占有越来越重要的地位,例如MSCs在神经退行性疾病、卵巢早衰和免疫疾病中的干预作用已成为当下的研究热点,而MSCs要发挥这些强大功能的前提是需要有足够数量的MSCs归巢并存活于损伤的靶组织。
归巢性使得间充质千细胞能够广泛应用于疾病干预,特别是系统性疾病修复的重要因素,在临床上具有巨大的应用潜能。拥有“智能GPS导航”的超能力,可以引导着间充质千细胞去到我们体内需要修复的受损部位,帮助机体为我们修复体内组织器官的损伤。

李非博士表示:“干细胞的回输和归巢能力为临床治疗和组织修复提供了新的可能性。这些研究成果让我们更好地理解了干细胞在体内的行为,有望为各种疾病的治疗提供更有效的方法。未来,我们将继续深入研究干细胞的归巢机制,探索更多的临床应用,以实现更精准的人体修复和健康管理。干细胞的这种自动导航能力将在医学领域发挥越来越重要的作用,为人类健康带来更多希望。”
关于李非博士:
李非,男,临床医学博士
中国人民解放军总医院(*013院医**)临床医学博士(师从陈香美院士)
获第四届诺贝尔奖得主国际科学交流协会(INNCNL)科技创新人才奖
中国抗衰老促进会生殖整形与修复分会委员
北京妇产学会委员
北华大学客座教授
中南大学湘雅二院硕士生导师
云南大理大学客座教授