韦德国际

新聞
專注創新性的細胞技術產品與服務
新聞
/
/
肌肉乾細胞:生命脈動的源泉

肌肉乾細胞:生命脈動的源泉

  • 分類:新聞
  • 作者:韦德国际生物
  • 來源:韦德国际生物
  • 發佈時間:2024-03-11
  • 訪問量:76

【概要描述】

肌肉乾細胞:生命脈動的源泉

【概要描述】

  • 分類:新聞
  • 作者:韦德国际生物
  • 來源:韦德国际生物
  • 發佈時間:2024-03-11
  • 訪問量:76
詳情

以下文章來源於幹細胞者說(公眾號)

少着急,多思考

精神可以豐富

生活就要簡單

 

正文

 

科幻電影裏面的故事是不是未來都可以實現?

 

經典的科幻電影黑客帝國(the Matrix)里,未來世界人工智能機械人成為主宰,人類被催眠放入液體培養罐,顺利获得消耗培養液來給機械人發電(生物發電)。然而即使人類被囚禁在「矩陣」的虛擬現實中,仍有偶然的幾率會有一些主角光環的人突然覺醒,在現實世界裏進行反叛。如果真有邪惡的幹細胞專家墮落成為機械人的幫凶,大概率會幫助特工Smith改進這個人體發電裝置,就是把人體內肌肉乾細胞顺利获得基因修改換成神經元細胞,從而把肌肉組織全部轉化成腦組織,成為頭腦發達的植物人。畢竟腦細胞更擅長發電,人體電池的發電效率會更高。失去肌肉組織的人類從此只能在虛擬現實里進化和天馬行空,而在現實世界裏卻一動不能動,更不可能跳出來反叛了。當然這都是說笑,不過肌肉組織的確是所有人體運動發生的基礎。生命在於運動,完全失去了運動自由的生命,就如同「矩陣」里的植物人一般毫無意義。

圖1.黑客帝國里的人體發電裝置
●     ●     

1

肌肉是生命的源泉

肌肉組織包括骨骼肌、心肌和平滑肌,是人體一切運動能力的執行組織,同時也是重要的能量代謝器官。肌肉組織占人體很大比重,而體育運動和肌肉的鍛煉可直接或間接地改善各種細胞的代謝和提升全身整體各器官的健康。從健康肌肉細胞分泌大量良性因子進入細胞外基質或血液循環當中,會直接影響體內的其他組織,比如骨骼,血管,和皮膚等等。類似於運動後肌纖維細胞生長因子 (MGF) 對肌肉再生修復的直接功效,肌纖維細胞生長因子 (MGF)也可以直接作用於皮膚細胞,促進皮膚血管新生。人體年齡的增長伴隨着肌肉質量和力量下降(也稱為肌少症)的發生,導致運動能力的減弱。人體衰老的時候肌肉組織也會「衰老」,因此,顺利获得運動加強肌肉組織不僅能抵抗衰老,還能延長壽命。

然而,正是由於肌肉組織的進行運動的特性,如同機械傳動系統會產生磨損一樣,肌肉組織不可避免地會反覆發生一定程度的損傷,因此需要不間斷的進行自我修復。而這種肌肉組織的不間斷修復必須依靠肌肉乾細胞來持續進行。肌肉乾細胞有着強大而高效的自我更新和組織再生能力。

圖片

圖2.肌肉乾細胞有着強大的再生和組織修復能力

2

肌肉乾細胞的生物學特性

肌肉乾細胞(Muscle stem cells,MuSC)也稱為衛星細胞,位於肌肉纖維細胞(成熟肌肉細胞)周邊的微環境中(如圖3A所示)。肌肉乾細胞在肌肉的生長、維持和損傷再生中都發揮着重要作用。肌肉纖維細胞不同於其它組織的細胞,是有着多個細胞核的形態細長的細胞,是由許多個單核的肌肉乾細胞融合形成的(如圖3B所示)。而正常情況下,有異於其它任何組織和種類的幹細胞,只有肌肉乾細胞有這種相互融合的特性。因此,肌肉組織的損傷修復必須依賴肌肉乾細胞的相互融合或與受損傷肌肉纖維細胞的融合來實現。因此,而隨着個體的衰老,肌肉乾細胞的數量和自我更新能力都明顯下降,對肌肉損傷的修復能力也明顯減弱(如圖3C所示)。

 

圖片

圖3. 肌肉乾細胞的特性

3

肌肉乾細胞的臨床應用方向

不僅是人體的自然衰老伴隨着肌肉組織的老化和萎縮,多種衰老相關的疾病或肌肉運動能力的障礙也會導致肌肉組織的異常變化和修復能力的損傷。在這類情況下,肌肉乾細胞的應用可有望幫助改善肌肉的修復能力。肌肉乾細胞的注射或移植已被廣泛研究來治療肌肉萎縮和損傷症狀。肌肉乾細胞的再生能力很高,而其強大的再生能力主要體現在高效的抗氧化、抗炎症能力和多功能分化能力,已有證據表明肌肉乾細胞不僅可分化成肌肉細胞, 還可分化為成骨細胞、成軟骨細胞、心肌細胞、 神經細胞等,可被運用來幫助這些組織的損傷修復。此外研究發現肌肉乾細胞發揮組織修復的功能還要依靠旁分泌機制影響局部微環境的變化,尤其是幹細胞所分泌的外泌體囊泡(exosome)的重要作用。

肌肉乾細胞及其外泌體未來將對多種疾病的治療有着重要應用前景,本文對其中幾種疾病的臨床方向做簡單的闡述:

一、癌症惡病質導致的肌萎縮

    癌症惡病質(cancer cachexia)是指由於肌肉萎縮而導致的身體嚴重消瘦、疲勞和虛弱,是晚期癌症患者最常見的症狀之一。英國癌症研究所的數據顯示,高達70%的晚期癌症患者會出現不同程度的惡病質,而且是大約30%的癌症病人的死亡的直接原因。近八成以上的消化道腫瘤患者會在腫瘤晚期發生惡病質,而且肺癌、前列腺癌、乳腺癌等也容易並發此病。肌肉萎縮導致病人無法繼續承受放療或化療對身體的負擔和傷害。

    癌症惡病質主要體現為長期全身性炎症和肌肉組織的快速萎縮,尤其是在實體腫瘤的开展階段或者是在放療或化療後。病人自身來源的肌肉乾細胞沒有免疫排斥,經體外激活後回輸,將有望有效快速的對肌肉萎縮發揮正面作用。肌肉乾細胞及含有活性因子的外泌體包囊可有效降低全身性炎症,減緩肌肉萎縮並促進肌肉組織的修復 。

二、壓力性尿失禁

    尿失禁,尤其是壓力性尿失禁,通常與盆底肌損傷導致的萎縮和功能退化緊密相關,女性在妊娠、分娩的過程中,盆底肌不可避免會造成不同程度的損傷。受損傷的盆底肌纖維萎縮變細,強度和彈力減弱。盆底肌損傷相關尿失禁是全球性的重大社會及醫療問題,令人痛苦尷尬甚至抑鬱,會對患者的生活品質產生很大的負面影響。尿失禁多發生於婦女群中,尤其是產後。至少約有1/4的女性會面臨不自主漏尿(或尿失禁)時的情形。在男性膀胱或前列腺疾病患者中也有發生。老年人尿失禁的發生較多,尤其是老年女性人群發病率在60%以上。

    傳統的尿失禁治療方法經常會效果有限或比較痛苦。最直接的改善盆底肌損傷的治療方法是採用肌肉乾細胞。底肌主要也是由骨骼肌構成,骨骼肌肌肉乾細胞可以針對性的有效改善盆底肌的萎縮和退化,理論上對治療盆底肌損傷相關的尿失禁具有很高的醫療應用價值。國內外的動物模型研究已經充分論證了肌肉乾細胞顺利获得直接肌肉內注射對於尿失禁的明顯改善作用。

、肌少症

    人體在30歲後,年齡的增長會讓骨骼肌中蛋白質合成和水解之間的平衡受損,導致骨骼肌質量、強度和功能漸進性地以每年約1.0%的速度下降。尤其是50歲後全身骨骼肌數量的減少廣泛發生。人口老齡化使得肌肉減少症(肌少,sarcopenia)的患病率逐年增加,其不良結局與虛弱無力、功能減退、跌倒、骨折、身體失能、殘疾和死亡率的增加相關。肌少症也會引起人體抵抗力下降,增加感染和其他疾病的發生風險。肌少症對健康的危害是嚴重的,但它的开展卻是隱匿的容易被忽視的,可以說是老年人的「隱形殺手」。

    截至2023年底我國60歲及以上老年人口高達2.97億,是全世界老年人口最多的國家,老齡化問題突出,肌少症正在成為我國老年人面臨的重大健康問題。衰老的肌肉組織中肌肉乾細胞的數目和活性明顯下降,與肌少症的發生和开展密切相關。對於肌少症,肌肉乾細胞及其外泌體的使用可以說是最為對症的治療方法,這方面的研究正在引起醫學領域越來越廣泛的重視。

四、空間失重或長期臥床導致的肌萎縮

    長期航天微重力環境下造成的人體肌肉萎縮现在還缺少高效安全的預防和治療兼備的方法。研究表明,在動物的宇航飛行實驗中,肌肉萎縮开展迅速,在一周內就可失去超過37%的成分。而现在在空間飛行過程中採取的鍛煉措施尚不能完全阻止肌肉萎縮的發生。肌肉萎縮也與骨質疏鬆之間也有緊密關聯,相互影響,都是失重導致的常見症狀。造成失重相關肌肉萎縮的主要原因是重力消失引起肌肉的「廢用性」變化,而這與長期臥床病人的肌肉萎縮是相似的。肌肉組織的維持是顺利获得肌肉乾細胞的激活增殖和分化來實現的,而在失重或臥床導致的肌萎縮形成過程中,肌肉乾細胞數目會持續減少,活性持續降低。研究表明,在太空人回到地球時的二次受力也會導致一定程度的肌肉損傷。因此空間失重和長期臥床而受損傷肌肉組織的再生修復可以顺利获得大量肌肉乾細胞的激活和分化來有效的治療

五、心肌梗塞和損傷

    心肌梗塞是持續性缺血缺氧所引起的心肌細胞壞死。2015年全世界有1590萬人罹患心肌梗塞。心肌不會重生,加上心肌缺少功能性幹細胞,損傷後基本不能自我修復。因此其他來源的幹細胞被大量研究來治療心梗病人

    由於心肌和骨骼肌的共同性,肌肉乾細胞是理論上最有價值的候選。心臟內注射的肌肉乾細胞已經被證明有益於心臟組織功能修復。然而,由於注射的細胞的流動性和暫時性,效果不佳。如可利用細胞片層的植入,可克服這些局限,而且可準確放置於梗塞的心肌位置。而且由於細胞的同源性,肌肉乾細胞外泌體可有效被心肌細胞吸收,其中包含的大量肌肉細胞因子對心肌細胞有直接的持续作用

六、橘皮組織類皮膚問題

    橘皮組織(cellulite)是皮膚上出現的一種出現凹陷的橘皮現象,又被稱之為是蜂窩組織。橘皮組織影響大部分青春發育期後的女士約(85%~95%), 一般出現在大腿根部、手臂內側和屁股或別的人體脂肪沉積很大的地區。因其影響美觀,如何治療和緩解皮膚橘皮組織越來越受到女性人群和皮膚科醫師的關注。但是研究發現橘子皮組織並不是僅由人體脂肪原因造成,即便最瘦的女士也常常身患橘皮紋,它事實上是由人體脂肪和肌肉結締組織的相互功效造成的。尤其最近的研究揭示,皮膚相連的肌肉層的萎縮和功能退化時導致脂肪組織位移和橘皮組織的重要誘因

    現有的與治療橘皮組織相關的修復產品和方法主要是針對表皮細胞的保護和滋養,而對真皮層和皮下肌肉細胞沒有作用效果。利用肌肉乾細胞外泌體的方法可以讓來自肌肉乾細胞的活性物質影響到真皮層和皮下組織的肌肉細胞的健康,提升肌肉纖維的結構強度和功能,從而直接有效地緩解橘皮組織產生的主要問題 (圖2)

 

圖片

圖4.肌肉乾細胞外泌體可幫助改善皮膚橘皮組織

 

    现在,科學家對於肌肉乾細胞的功能、作用機制、臨床實踐應用等方面的機理理論逐漸清晰,但是還僅僅多停留在基礎研究和動物實驗階段,沒有看到臨床研究或者臨床試驗,希望未來有更多的人投入到此類的研究,促進其蓬勃开展早日能進入臨床研究,不過無論如何也不希望如同黑客帝國電影的科幻場景出現!

 

參考文獻

1.Lavasani M, Robinson AR, Lu A, Song M, Feduska JM, Ahani B, Tilstra JS, Feldman CH, Robbins PD, Niedernhofer LJ, Huard J. Muscle-derived stem/progenitor cell dysfunction limits healthspan and lifespan in a murine progeria model.Nat Commun. 2012 (3):608.

2. Peng H, Huard J. Muscle-derived stem cells for musculoskeletal tissue regeneration and repair. Transpl Immunol. 2004 Apr;12(3-4):311-9

3. Sun Z, Yue X, Liu L, Li Y, Cui J, Li D, Weiss L, Campbell P, Mu Y, Huard J, Mu X. Bioprinted Notch ligand to function as stem cell niche improves muscle regeneration in dystrophic muscle. International Journal of Bioprinting. 2023 Mar 16;9(3):711.

4. Wang Y., Xu H., Liu X., Liu L., Liang Z. Inhibition of fibroblast differentiation of muscle-derived stem cells in cell implantation treatment of stress urinary incontinence. Cellular Reprogramming. 2011;13(5):459–464.

5. TehraniHJ, DaryabariSS, Fendereski K, Zirdehi MA. Application of adipose‐derived, muscle‐derived, and co‐cultured stem cells for the treatment of stress urinary incontinence in rat models. LUTS (Lower urinary tract symptoms). 2020 Oct.

6. ChoiJS et al., Exosomes from differentiating human skeletal muscle cells trigger myogenesis of stem cells and provide biochemical cues for skeletal muscle regeneration. J Control Release. 2016 (222):107-15.



【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司创建於2018年,由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建,清華大學參股共建。核心技術源於清華大學科技成果轉化,並憑藉此項技術榮登中國科協「科創中國」先導技術榜。作為國家級高新技術企業、國家級專精特新「小巨人」企業、潛在獨角獸企業,更取得國家科技部多項重點研發專項支持。

作為高質量三維細胞製造專家,韦德国际生物给予基於3D微載體的一站式定製化細胞規模化擴增整體解決方案,打造了原創3D細胞智造平台,實現規模化、自動化、智能化、密閉式的細胞藥物及其衍生品生產製備,以此幫助全球客戶建立最為先進的細胞藥物生產線。在開創【百億量級】幹細胞製備工藝管線後,加速向【千億量級】進發,致力於以3D細胞規模化智造技術賦能細胞與基因治療產業,惠及更多患者。

韦德国际生物的產品與服務,已廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時,在再生醫學、類器官與食品科技(細胞培養肉等)領域也具有廣泛應用前景。並且,现在已助力多家細胞與基因治療企業進行IND申報。

韦德国际生物擁有5000平米的研發與轉化平台,其中包括1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台;以及4000平米的GMP生產平台,並新建了1200L微載體生產線。此外還在上海設有2000餘平的國際合作與技術應用中心,以技術創新持續融入全球生物產業新業態。

掃二維碼用手機看

推薦新聞

版權所有: 北京韦德国际生物科技有限公司   京ICP備18061910號    京公網安備 11010802037749號

聯繫韦德国际

官方公眾號

官方公眾號

版權所有: 北京韦德国际生物科技有限公司
京ICP備18061910號

京公網安備 11010802037749號