干细胞是一类同时具备自我更新能力和分化潜能的细胞;可以来自胚胎组织,也可以来自成体组织;自体或者异体,体外分离、纯化浓缩、培养、传代或者是不培养、不传代,新鲜或者冻存。
过去十年见证了干细胞基础生物学和临床转化研究的飞速发展。干细胞分离、分化和纯化,干细胞特性、功能维持和稳定扩增技术方案不断完善,临床试验大量涌现。
干细胞整形美容领域目前研究分为两个方向
一为在整形修复美容领域应用研究常见的干细胞类型
二是整形修复美容领域干细胞的主要临床研究方向
在整形修复美容领域应用研究常见的干细胞类型
胚胎干细胞
胚胎干细胞、诱导性多功能干细胞等其他干细胞胚胎干细胞(ESCs)是一种从早期胚胎或内细胞团中分离出来的全能干细胞,可以向3个胚层分化,在体内或体外环境均可被诱导分化为机体几乎所有细胞类型。
诱导性多功能干细胞
诱导性多功能干细胞(iPSCs)是利用哺乳动物的成体细胞,由人工转入Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4四种转录因子,使成体细胞执行去分化途径而形成类似于胚胎干细胞的多能干细胞。
iPSCs诱导技术面临着诱导效率低,用于治疗存在长期肿瘤风险等挑战。其他的干细胞还包括胎盘、羊水以及尿液等来源间充质干细胞,这些细胞也具有多向分化能力和较高的增殖能力。
骨髓间充质干细胞
骨髓间充质干细胞(BMMSCs)是从骨髓组织中分离获取的一类间充质干细胞,Friedenstein等于年首次报道。BMMSCs可贴壁生长,具有向中胚层组织细胞分化的能力。
BMMSCs主要来源于骨髓液,可通过髂前上棘穿刺抽取,也可自胫骨、股骨、胸骨等骨中获取。
抽取的骨髓液通过密度梯度离心法、全骨髓培养贴壁筛选法、流式细胞仪分选法和免疫磁珠法等可筛选出大小均匀、纯度相对较高的BMMSCs。BMMSCs的扩增速度极快,短时间的培养后即可获取大量的细胞。
脂肪来源干细胞
脂肪来源干细胞年,Poznanski等在脂肪中发现了类似于成纤维样的细胞,在体外也能保持代谢活性;年,Zuk等证实这些细胞中存在间充质干细胞并命名为脂肪来源干细胞(ADSCs)。
从脂肪组织中分离ADSCs的主要方法是胶原酶消化法,操作简单,产量较高;此外还有组织块贴壁法、吸附柱法、直接离心法、机械振荡法等,但效率较低。
在用胶原酶处理脂肪组织后,收集的底层细胞团被称为脂肪血管基质片段(stromalvascularfraction,SVF),是一类包括ADSCs、脂肪前体细胞(脂肪祖细胞)、周细胞、内皮细胞、内皮祖细胞、单核/巨噬细胞和造血干细胞等在内的异质性细胞群,也具有促进组织再生的功能。
脐带间充质干细胞
脐带间充质干细胞脐带间充质干细胞(UCMSCs)是一种自脐带分离的间充质干细胞,最早在21世纪初被报道。脐静脉内皮、脐带Whartons胶质和血管周围组织中均可分离获得UCMSCs。
UCMSCs具有长期自我更新、高扩增性和表型稳定性。目前尚无公认的分离UCMSCs方法,使用较多的方法有组织块贴壁法和酶消化法。
UCMSCs的来源是医疗废弃物脐带,伦理上较易获得知情同意授权回收利用,受到临床转化应用的青睐。
毛囊间充质干细胞
毛囊间充质干细胞(HFMSCs)分布在两个部位:毛囊球部的真皮乳头(dermalpapilla,DP)和毛囊球部最外层的真皮鞘(dermalpapilla,DS)内。
相比于来源于骨髓、脂肪、脐带等组织的间充质干细胞,HFMSCs具有来源丰富、取材简单、对机体创伤小且无年龄限制等优点。
由于HFMSCs在体外培养过程中其诱导能力逐渐丧失,所以目前关于维持HFMSCs干细胞特性的方法主要是3D培养,包括悬滴法、ECM法、LBL法等。
牙髓间充质干细胞
牙髓间充质干细胞(hDPSCs)作为人体牙髓组织中存在的一种间充质干细胞,与其他间充质干细胞一样具有很强的增殖力、自我更新和多向分化能力,同时还具有免疫调节功能和潜在的组织再生特性。
hDPSCs与BMMSCs具有相似的免疫表型,但hDPSCs具有更高的增殖率和克隆形成能力。迄今为止,已分离和鉴定出8种不同的hDPSCs,其中应用最为广泛的是hDFSCs,其分离培养的方法与其他组织间充质干细胞方法类似。
整形修复美容领域干细胞的主要临床研究方向
在增加组织血管化和抗纤维化中的应用
组织血运障碍是整形外科常处理的问题,干细胞可被用于治疗皮瓣缺血及其他组织缺血性疾病。临床前研究已证实,干细胞有促进细胞迁移、成管的能力,可改善皮瓣血液循环,促进皮瓣成活。在缺血的手部移植皮瓣内及周围组织中注射SVF,可观察到皮瓣血运有明显改善,手功能改善。
干细胞在下肢缺血疾病中也有应用,在严重下肢缺血的病例中,通过肌肉内注射CD+的干细胞,可刺激新血管生成。
在瘢痕治疗方面,BMMSCs可用于预防肥厚性瘢痕患者移植后皮肤移植物的收缩。此外,皮下局部应用BMMSCs可明显改善中、重度萎缩性痤疮瘢痕,且无明显副作用。还有研究应用ADSCs治疗系统性硬化症的指端溃疡,发现可促进创面愈合,改善疼痛症状和手功能。
在创伤后皮肤再生与创面愈合中的应用
创伤居疾病谱首位,其中皮肤缺损最为多发。同时,糖尿病、脉管疾病等引发的皮肤溃疡创面也是高发病。近年来发现干细胞可通过直接分化、旁分泌生长因子等多个途径参与皮肤再生。在外伤导致的急性皮肤全层缺损中,局部注射ADSCs可缩短创面愈合时间,减少继发性瘢痕挛缩、色素沉着和增生的发生。
在糖尿病足、慢性创面等多种难愈性创面的治疗中,在创面边缘及基底注射干细胞可有效促进组织血管新生、加速肉芽组织形成、改善组织血供,同时促进创缘角质形成细胞的增殖,加速创面再上皮化进而促进愈合。
皮肤扩张中,局部的张力可诱导血液循环中干细胞向扩张皮肤局部迁移,在局部定植后通过分化和合成生长因子促进扩张皮肤组织再生。另有研究证实,干细胞在促进光老化和衰老后的皮肤再生年轻化等方面有显著效果。
在脂肪移植后再生中的应用
脂肪移植是软组织萎缩和缺损修复的重要方法,但移植的脂肪组织由于缺乏血供与生长因子,常出现较高的吸收率及纤维化、钙化等现象,影响其疗效。应用干细胞辅助脂肪移植(CAL)后脂肪细胞成活率提高,组织结构形态更好,并发症更少。
在乳房脂肪填充中,加入干细胞可以提高移植后脂肪的成活率,减少脂肪注射后纤维化、囊肿等并发症的发生率,同时未观察到脂肪异常增殖、肿瘤等并发症的发生。另外,在半面萎缩的治疗中,也观察到应用CAL可提高脂肪的成活率。
在毛发再生中的应用
脱发是困扰现代人的重要问题,除了与雄激素代谢物二氢睾酮相关的代谢障碍有关,也与毛囊周围血管化减少和生长因子失去平衡有关。
干细胞分泌的血管内皮生长因子、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子等多种细胞因子,一方面可调控复杂的毛发生长周期,另一方面可促进毛囊周围的血管化,诱导毛囊真皮乳头增殖及调控毛囊由休止期进入生长期,促进毛发生长、毳毛发育为终毛。
在脱发区域皮肤内注射ADSCs和SVF,可观察到注射区域毛发密度有所增加、毛发直径显著增粗。
ADSCs的条件培养基也具有促进毛发再生的效果,多次注射后效果与非那雄胺疗效接近。自体BMMSCs及自体HFMSCs也被报道在治疗难治性斑片状脱发和雄激素性脱发中有显著作用。
在骨与软骨再生中的应用
目前针对因创伤、肿瘤、先天畸形等导致的骨和软骨缺损的修复,临床上主要采用的是自体组织移植、异体组织移植和替代物植入等方法,但应用范围和治疗效果有一定的局限性。BMMSCs和ADSCs是在骨和软骨缺损临床研究应用中最常见的干细胞类型,向骨、软骨的局部缺损注射BMMSCs或ADSCs可促进组织修复再生。
将干细胞与生物支架材料复合,不仅可提高干细胞利用效率,而且支架材料的引入也为干细胞再生提供更有利的微环境,使其具有更稳定的结构和更优化的功能。
关节腔内注射ADSCs、BMMSCs或hDPSCs,可以通过调节局部炎症、促进软骨再生修复从而缓解疼痛、控制关节炎的发展。临床研究显示采用自体干细胞治疗骨缺损是安全有效的,尚无研究显示发生炎症、感染、组织过度生长或肿瘤发生等。
总结与展望
干细胞作为体内一种具有多向分化能力和分泌能力的细胞,具有增殖能力强、免疫力低的特点。干细胞及其衍生物的治疗是具有重要临床应用前景的再生医学手段。在整形修复美容外科领域经过了多年的基础与临床研究证明其在促进皮肤再生与修复、组织血管化、软组织再生、骨与软骨修复、多组织年轻化及毛囊再生等多方面均有较好的治疗效