干细胞分类及细胞治疗

干细胞分类及细胞治疗 一、 干细胞的定义、来源、分类 1、 干细胞的定义: 干细胞是一种具有自我复制和分化潜能的细胞。干细胞的特性:多呈圆形或椭圆形，体积小，胞浆少，核/质比大。增殖速度较慢，自稳性好，利于自我复制和维持，缓慢增殖使干细胞有充足的时间发现和纠正复制错误，避免自我突变，以便稳步进入特定的分化程序。一旦机体需要时，就可进入分化状态，此时增殖速度开始逐渐加快，以适应组织器官生长，发育和修复的需要。 2、干细胞的分类: 干细胞根据分化潜能，可分为单能、多能和全能干细胞。 a、单能干细胞:指干细胞分裂产生的子细胞只能分化成单一功能类型的细胞。如皮干细胞只能分化产生角化表皮细胞，精原细胞只能分化产生精子。 b、多能干细胞:指可具有分化成一种器官的两种或多种组织潜能的干细胞。如骨髓造血干细胞可分化产生定向干细胞，进一步分化后可产生红系、髓系、粒系等12种类型的血细胞，已用于治疗血液病。 c、全能干细胞:指具有无限分化潜能的干细胞。如桑梓胚期、囊胚期胚胎干细胞可分为化成任何一种组织类型，可形成胚体、胚后期组织和器官，已用于转基因动物和克隆动物器官。 3、干细胞的来源 包括成体干细胞和胚胎干细胞。 (1)成体干细胞(Somatic Stem Cell): 指自我复制和分化产生一种或一种以上子代组织未成熟细胞，可分布在成体组织或器官中，如血液及骨髓、皮肤、脂肪、神经等不同组织中，分别称造血干细胞、皮肤干细胞、脂肪干细胞、神经干细胞等。在特定环境因素诱导下，通过增殖、分化可用于修复组织损伤和恢复缺损功能。 以下是分类解释: (MSCs):是属于中胚层的一类成体多能干细胞，主要存在于 间充质干细胞 结缔组织和器官间质中，具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或 1 体外环境下不仅可分化为造血细胞，还具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。 造血干细胞(hemopoietic stem cell):是存在于造血组织中的一群原始造血细胞，是所有造血细胞和免疫细胞的起源，它不仅可以分化为红细胞、白细胞和血小板，还可跨系统分化为各种组织器官的细胞，具有自我更新、多向分化和归巢(即定向迁移至造血组织器官)潜能，因此属于一种多功能干细胞。也可以说它是一切血细胞(其中大多数是免疫细胞)的原始细胞。 神经干细胞(neural stem cell):指具有分化为神经元细胞、星型胶质细胞、少突胶质细胞的能力，能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的干细胞。神经干细胞增殖与多潜能分化分化为神经元细胞、星型胶质细胞、少突胶质细胞等。 干细胞诱导分化的靶向免疫细胞:是将来自上述成体组织的干细胞通过体外诱导分化的方法获取的一类具有靶向治疗作用的免疫细胞。如与肿瘤患者的肿瘤细胞共培养，移植回患者体内可靶向杀伤肿瘤细胞，发挥靶向抗肿瘤作用。 由于不受伦理学限制，性质相对稳定，取材方便，国际上多采用成体干细胞用于临床治疗及实验研究。 (2)胚胎干细胞(Embryonic Stem cell): 是一种具有向任何一种组织分化潜能的全能干细胞。着床前胚胎的内细胞团(桑梓胚、囊胚)，体外可分离培养成全能细胞系(ES细胞系)，每个ES细胞均具有分化成不同组织和嵌合体胚胎动物的潜能。 由于受伦理学限制和潜在的成瘤性，在国际上一般不主张采用人体或动物的ES细胞用于临床治疗，仅将部分ES细胞用于实验研究。 2 二、成体干细胞的作用(治疗哪些疾病), 1、间充质干细胞、神经干细胞的主要作用(可治疗的疾病): 1) 神经系统损伤及病变: 脑外伤性瘫痪;脊髓损伤性瘫痪;脑中风(脑梗塞、脑出血)及其后遗症; 小儿脑瘫;帕金森氏病;阿尔茨海默病(老年痴呆症);脑萎缩;肌萎缩脊髓侧索硬化症;癫痫;共济失调;格林-巴利综合症;多发性硬化症;重症肌无力;视觉障碍;植物状态等。 2) 代谢性疾病:糖尿病及其并发症(如糖尿病足、糖尿病眼病等)。 3) 实质器官损伤或病变:肝硬化及其并发症、肾功能衰竭及尿毒症等。 4) 恶性肿瘤病(支持治疗):干细胞可用于各种中晚期恶性肿瘤(如膀胱癌、鼻咽癌、肺癌、肝癌、宫颈癌、结肠癌、淋巴癌、卵巢癌、乳腺癌、胃癌等)的支持治疗，常与免疫细胞治疗配合应用。 5) 亚健康状态与过早衰老症状:长期的头痛头晕、失眠健忘、烦躁、腰腿痛及痉挛、便秘、痔疮、腹胀腹痛、性功能下降、皮肤皱纹增多、皮肤弹性下降、黄褐斑及暗疮增多、女性月经紊乱、绝经、更年期症状(如烦躁、忧郁、失眠、头晕、潮热、出汗、女性阴道干燥、张力性尿失禁等提前出现或症状较重)等。 2、造血干细胞的主要作用(可治疗的疾病): 1) 自身免疫系统疾病: 红斑狼疮、白塞氏病、风湿病及类风湿病、免疫缺陷病等。 2) 血液系统疾病: 白血病、再生障碍性贫血、血友病等。 3) 亚健康状态与过早衰老症状(同上) 3、干细胞诱导分化的靶向免疫细胞的主要作用(可治疗的疾病): 可用于各种中晚期恶性肿瘤(实体瘤)的治疗。 如胃癌、食管癌、胰腺癌、肝癌、结肠癌、鼻咽癌、肺癌、肾癌、膀胱癌、乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、子宫内膜癌、淋巴癌等。 注:细胞治疗属于一种个性化生物治疗，根据不同患者的不同病情，临床治疗采用的细胞有所不同，有时需要配合多种细胞类型进行综合治疗。 3 三、细胞治疗与其他医疗技术相比有什么优点, 细胞治疗技术与传统的治疗技术相比最大的优点在于:安全性高、针对性强、长期疗效好。 (1)、安全性高: 细胞制剂在GMP实验室操作制备，并通过多项安全性检测，不含任何有害细菌、病毒、内毒素、化学物质、重金属、有机物等有害物质，无严重不良反应，保证了安全性。 干细胞属于原始未分化细胞，免疫原性极低，基本不会引起过敏反应(输液反应);免疫细胞是针对肿瘤细胞制备的，只针对肿瘤细胞发挥特异性杀伤作用; (2)、针对性强: 干细胞有定向迁移功能，可以随血液循环定向迁移至损伤或衰老的病灶，发挥再生、修复作用，替换损伤或衰老的细胞，使损伤功能得到恢复。免疫细胞是针对肿瘤细胞制备的，只针对肿瘤细胞发挥特异性杀伤作用。 (3)、长期疗效好: 输入机体的细胞可长期在体内环境下存活，发挥长达数年的修复损伤、免疫监视(避免恶性肿瘤细胞复发、转移)等作用。 (3)、治疗无痛苦。 细胞治疗的实施方便，可通过静脉输注、椎管注射等临床常用的输注方式进行细胞制剂的输注。 4 表1.细胞治疗与手术、放疗、化疗对恶性肿瘤的治疗比较 序号 治疗技术 疗效 治疗风险 1 手术治疗 近期疗效确切，但肿瘤易转移 手术直接损伤较大 某些对放射线敏感的肿瘤疗效确切，但对放射线不敏感的肿瘤则不2 放射治疗 放射线可损伤正常细胞，副反应明显 确切。 化学药物对正常细胞产生毒性损害、骨髓抑化学药物3 疗效有限，疗程较长 制、胃肠道反应、重要脏器损害等毒副反应明治疗 显;多疗程使用后可出现耐药 干细胞治疗恶性实质性肿瘤病常作为手术、放疗、化疗的辅助支持干细胞 无毒副反应。偶见一过性输液反应。 4 疗法。干细胞可以修复、更新受损、病变的细胞，从而有效恢复受治疗 (任何制剂在输注过程均可能出现输液反应) 损器官组织的正常功能，缓解症状、提高生存质量 免疫应细胞对肿瘤细胞杀伤特异性强，可集中于肿瘤组织直接杀伤 免疫细胞肿瘤细胞;提高人体抗肿瘤免疫力，调节、增强全身免疫功能，在无毒副反应。偶见一过性输液反应。 5 治疗 体内长期发挥抗肿瘤活性，进一步消灭体内的肿瘤细胞，防止肿瘤(任何制剂在输注过程均可能出现输液反应) 复发、转移 四、国家卫生部对细胞生物治疗有何政策, 国家卫生部2009年3月下发了文件《医疗技术临床应用管理办法》(卫医政发〔2009〕18号)，把细胞治疗技术列入第三类医疗技术进行管理，用于治疗的细胞制剂已不需要通过药品审批，而是实施“资格准入制”管理细胞体外制备及临床应用。 卫生部官方网址: 细胞制备中心及医疗机构必须先以课题研究的方式进行前瞻性实验性临床治疗，达到一定的病例数后才具有正式申报卫生部的资格。所以目前我创新中心与合作医院以课题研究的形式进行实验性临床治疗。 5 五、细胞治疗临床应用的安全性如何, “历史证明安全、免疫原性低、成体细胞的稳定性、窗口期一过性治疗、GMP 标准环境操作与质量安全控制”这五点，保证了细胞治疗临床应用的安全性。 第一、历史证明安全: 历史应用实践证明，细胞治疗比抗生素等化学合成药物具有更高的安全系数。 细胞生物治疗的历史由来已久，自人类成功应用输血来抢救生命、应用骨髓移植治疗白血病等恶性血液病以来已有100多年的历史，这些都属于细胞生物治疗的范畴。历史实践证明，如果采取严格控制制备和输注过程中的病原体污染，血细胞输注做好配型以尽可能避免免疫排斥，细胞输注(或移植)不会导致宿主基因变异或毒副作用。相比之下，细胞治疗比抗生素等化学合成药物具有更高的安全系数。 (补充知识:细胞治疗的历史发展背景: 外周血输注:最早有记载的输血始于公元17世纪，一位法国医生曾成功把羊血输入人体治疗疾病，虽应用的是异种动物血液，但这可以称之为历史上最早的细胞生物治疗;1818年，英国生理学家及产科医生Blundell用人的血液救治大出血的产妇，这是历史上第一位用人血救治病人的成功案例;1900年，被誉为近代输血学之父的Karl Landsteiner发现了ABO血型，发展配血技术预防排斥现象，输血疗法得以发展。三十年代:血液冷冻储藏技术成功，血库得以成立，输血就越益普遍。早期的输血服务主要集中在收集、储存、血型学和配血等范畴。五十年代:科学家开始掌握提炼血浆蛋白的技术，从血浆提炼出多种成份，供不同病人使用。七十年代:血库引进塑胶料制造的储血袋，既便利运送、存放，也提供一个有效的密封处理环境，减低细菌污染的危险。 骨髓移植:自体骨髓移植的研究始于1896年，Grande首先在动物实验中发现自体骨髓移植到非骨髓的肌肉部位后具有成骨能力。1964年Burwell在动物椎旁肌内注射自体骨髓明显成骨。1986年Werntz等将自体骨髓移植于大鼠股骨缺损处，获得50%的骨性愈合。1995年Gray等用自体骨髓移植治疗胫骨先天性假关节成功。1891年Brown-Sequard给病人口服骨髓治疗贫血，1939年Osgood首次采用静脉输注骨髓血;1951年Lorenz等首次成功进行了骨髓移植试验;20世纪70年代来内HLA组织配型技术的发展，使骨髓移植的临床应用得到了迅速发展。1988年进行了世界首例脐血造血干细胞移植。 组织细胞移植:Ollier于1867年报道了移植骨的组织学研究结果，并首次讲明了自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植的概念;MacEwen于1880年首次报道了临床应用同种异体骨移植成功。异体冷冻骨抗原性减弱及各种骨库的成熟建立，为异体骨移植提供了保证。1894年，科学家采取羊胰腺移植治疗糖尿病;1972年，利用正常大鼠胰岛细胞治疗1型糖尿病模型大鼠获得成功;1980年，自体胰岛细胞移植在人体试验获得成功，同年，同种异体胰岛细胞移植也获得成功。 自从1988年，法国巴黎圣路易斯医院成功地为一个5岁患儿实行了世界首例脐带血造血干细胞移植后，从此正式揭开了干细胞治疗的大幕。) 第二、“免疫原性低”: 干细胞实质上是一类分化不成熟的祖细胞，由于其表面抗原分化不成熟，很难被宿主免疫系统所识别，所以极少引起排斥反应，或仅会引起一过性发热反应 6 (即使发热一般也可在较短时间内恢复正常)。 第三、“成体细胞的稳定性”: 本创新中心应用的细胞来源于成体细胞(干细胞或免疫细胞等)，成体细胞可在体内或体外环境下定向分化并受到，避免了胚胎干细胞来源导致的成瘤性隐患(即致瘤性); 第四、“窗口期一过性治疗” 除了重大恶性血液病(如白血病等)宿主需要进行血液系统重建采用造血干细胞移植之外，其他类型的细胞治疗均为“一过性”治疗即从细胞输注入宿主体内的“窗口期”内，干细胞已经分化为机体功能细胞或已被排出宿主体外，即达到了治疗目的，又最大程度地避免了排斥反应。本创新中心应用的细胞治疗类型即是这种“一过性治疗”。 (从异物进入机体到引起机体对异物发生免疫排斥反应有一个启动时间，称为“窗口期”)。 第五、“GMP标准环境操作与质量安全控制” 细胞制备中心是在GMP环境下严格操作，有一整套具有国际SOP标准操作的制备，保证了从原料到制备、包装等各环节的安全性。 1.供体来源安全控制 制定并遵循获取细胞来源供体标准操作程序(SOP)。用于细胞移植临床治疗的细胞来源应符合卫生部关于人体器官移植供体和血液制品来源的相关规定，符合国家食品药品监督管理局《人体细胞治疗研究和制剂质量控制技术指导原则》(2003年版)。目前不采用来自未成年人和胚胎来源供体。 2. 细胞制备质量控制 2.1遵循细胞产品质量控制标准(QC)并拥有与其配套的检测设备和检测方法。 2.2细胞制备实验室具备省级药品监督管理部门和疾病预防控制中心认证的GMP实验室，有细胞采集、加工、检定、保存和临床应用全过程的标准操作程序(SOP)和完整的质量管理记录。制定并遵循cGMP实验室维护标准操作程序(SOP)。 2.3本中心拥有美国进口的先进的流式细胞仪(BD FACSCalibur)，可对不同 7 类型的干细胞及细胞因子进行定性、定量检测。 2.4按照所批准的细胞产品质量控制标准对每批次细胞产品进行严格检测:包括:细菌、病毒、真菌、支原体和内毒素。参照现行版《中国药典》生物制品相关规程进行细菌、病毒、真菌、支原体和内毒素检测;除常规检测方法以外，能够应用电镜检测、免疫组织病理学，免疫荧光抗体、放射免疫、酶联免疫吸附法测定和多聚酶链反应等方法进行病毒检测。如病毒检测包括:巨细胞病毒(CMV)DNA、梅毒螺旋体特异抗体测定(TPPA)、梅毒螺旋体非特异抗体不加热血清反应素试验(TRUST)、人免疫缺陷病毒抗体测定(Anti-HIV)、甲型肝炎病毒抗体IgM测定(Anti-HAV IgM)、丙型肝炎病毒抗体测定(Anti-HCV)、乙肝三系定性等。 2.5 细胞质量指标:细胞纯度大于70%，细胞活性大于85%，纯度和均一性已达到临床应用水平，体外检测细胞具备正常功能和生物学效应。 2.6 制备与检定记录报告 细胞制备实验室具有细胞制备及检定过程的原始记录和检定报告，并永久保存。 3. 临床移植用细胞临床操作 制定并遵循获取移植用细胞的标准操作程序(SOP)。 综合以上五点，细胞治疗的临床应用是相对比较安全的。 8 六、细胞治疗疗效如何,如何判定疗效, 目前细胞治疗国际上尚无统一的疗效统计及疗效判断依据。但从国际国内细胞治疗的实施来看，细胞生物治疗对于某些重大恶性难治性疾病的治疗具有一定的疗效。 本创新中心结合国际科研报道及临床应用实践得出以下暂行标准，本暂行标准作为全国第三类医疗技术专家委员会起草文件已报卫生部医政司备案。 1、干细胞治疗疗效判定指标: A) 相关生理功能指标检查改善; B) 生存质量明显提高，患者自觉症状减轻或消除。 2、免疫细胞治疗疗效判定指标: A) 相关生理功能指标、肿瘤影像学检查改善; B) 肿瘤生长速度明显减慢(与治疗前相比); C) 体外培养肿瘤细胞活性明显减弱;肿瘤标志物转阴。 D) 至今未发现新的转移灶或复发灶; E) 生存质量明显提高，患者自觉症状减轻或消除。 9