 日志正文
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TBI（traumatic brain injury）是神经外科的危重急症, 其致残、致死率高, 发病率呈逐年上升的趋势 , 严重威胁人类健康。目前, 外科手术仍是TB I最主要的治疗手段, 辅以通气、降颅压、激素、改善微循环等最大限度降低继发损伤, 在挽救患者生命的同时尽可能保留神经组织正常结构与功能, 但无法修复已损伤部位的正常结构与功能, 治疗效果不理想。近年来, 将干细胞作为组织工程种子细胞已成为研究的热点, 有关干细胞修复TB I的临床与基础研究越来越引起人们的极大关注 。干细胞的种类较多, 其中BMSC 具有来源广泛、取材方便、容易分离培养、易于外源基因的转染和表达等优势, 是目前组织工程、细胞及基因治疗研究中应用最多的一种成体干细胞 , 被视为治疗器官损伤的有效手段, 为TB I治疗提供新思路和新领域 。 1 BMSC的生物学特性：BMSC是骨髓来源的具有自我增殖能力和多向分化潜能的细胞, 可稳定多次传代培养, 并向内、中、外3个胚层细胞分化。BMSC 低免疫源性的特点移植后不会引发宿主的强烈排斥反应, 由此奠定了BMSC的应用基础。同时, 研究表明BMSC具有潜在的致瘤性,体内移植可形成栓子, 导致肺栓塞、脑栓塞等。 2 BMSC治疗TBI BMSC移植途径：脑实质内移植脑实质内移植是采用立体定向注射方法, 将BMSC直接注射入损伤部位或其他正常脑实质内, 因此按移植部位可分为损伤中心、损伤边缘及对侧脑实质移植等。脑实质内移植克服了血脑屏障、脑脊液脑屏障等因素影响, 细胞直接进入脑实质内, 并易于聚集在病灶及其周围发挥治疗作用, 疗效迅速、直接 。但是, 注射能造成新的脑损伤, 不利于疗效评价, 且移植的细胞数量有限, 还可导致局部干细胞过度聚集, 不利于其向其他细胞的分化 。 血路移植是将移植细胞注射入外周血, 随着血液循环进入脑实质。血路移植分为静脉注射移植和动脉注射移植。血路移植的优点是移植的细胞数多, 并发症少; 缺点是受到血脑屏障的影响大, 还受血液内成分及体内代谢等因素的影响。Mahmood等 将雄性大鼠BMSC 经外周静脉注入成功建立TB I模型24 h 后的雌性鼠体内, 发现15 d后实验组大鼠的运动神经功能好转, 且移植的BMSC优先进入患侧脑实质, 并表达神经元标记物\u0001神经元特异性烯醇化酶 neuron\u0001specific eno lase, NSE ) 和胶质细胞标记物\u0001胶质纤维酸性蛋白( glial fibrillaryacidic prote in, GFAP) , 证明BMSC向神经细胞分化。然而, 虽然移植细胞量较大, 但进入脑实质内的细胞数可能并不多。Harting 等发现, 经外周静脉注射大鼠BMSC 后48h, 绝大多数BMSC停留在肺内,只有1. 5% ~ 3. 7% 细胞进入动脉循环, 0. 295% 干细胞到达颈总动脉, 0. 0005% 细胞到达脑实质。动脉注射移植可减少干细胞在血液循环中的细胞利用率, 多采用颈内动脉穿刺的方法移植干细胞, 这样可使移植的干细胞集中流至脑组织内部, 减少细胞耗损。但是, 颈内动脉穿刺移植会明显减少脑血流量,继发缺血性脑损伤, 甚至导致死亡。此外, 动脉移植有继发动脉瘤及血栓的风险, 而血栓脱落可导致新的脑血栓。 脑脊液移植\u0001 脑脊液移植主要包括脑室内移植、蛛网膜下腔移植和枕大池移植。在TBI模型中, 经脑室穿刺将干细胞移植到侧脑室及第四脑室内后, 双侧半球内可发现干细胞。经腰穿将干细胞注入蛛网膜下腔, 干细胞向远处播散, 并可迁移至脑损伤部位。枕大池移植伴随有损伤脑干的巨大风险, 报道少见, 仅用于上述2种方法不可行的情况。 BMSC治疗TB I研究现状随着对TB I研究的不断深入, 人们对其发病机制的认识不断加深, 各种新的治疗方法陆续应用于临床, TBI患者的救治效果明显提高, 致残致死率显著降低。近年来, 国内外做了大量有关BMSC 治疗TBI的实验与临床研究。 实验研究\u0001 前期实验已证明, BMSC、脐带血干细胞、室管膜下来源神经干细胞对TB I治疗有效 。尽管BMSC 移植不能迅速缩小病灶范围, 但能够快速改善功能, 并且重建受损组织。BMSC 可协同促代谢药物和改善症状药物, 加快脑外伤患者认知功能的恢复 。Chang 等 使用胶原包埋支架作为BMSC的载体治疗TBI小鼠, 结果表明BMSC能重建受损脑组织, 并改善神经功能。 临床应用研究\u0001 2001年, Mahmood A 等首次报道, 将BMSC 移植到TBI部位, 1个月后发现部分细胞存活, 并迁移至损伤部位, 分化为成熟神经元、星形细胞, 并表达细胞标记物, 改善运动功能。在急性期治疗之后, M ahmood 等 接着报道了TBI1周后的移植BMSC 治疗, 3个月后发现功能恢复, 细胞能在脑内存留3个月。研究还显示, BMSC与阿伐他汀 结合或使用胶原支架 作为移植载体, 神经功能恢复效果更加显著, 可能是药物和支架为BMSC 的归巢及分化提供了一个相对稳定的生长微环境。TBI24 h后经静脉移植BMSC, 细胞也能迁移至创伤处停留长达3个月, 并向神经元表型分化,影响并改善功能预后。Matthew 等 对7 例重度TB I的患儿行自体BMSC 移植治疗, 并对其临床治疗的安全性及有效性进行研究, 结果表明预后也得到了改善。国内邓志峰等 对TBI术后患者行自体BMSC 移植治疗, 并长时间随访, 结果显示患者神经功能得到不同程度改善, 未出现不良移植反应。 BMSC治疗TBI的机制\u0001 TBI直接引起神经组织破坏, 导致神经功能障碍, 损伤后的脑组织缺血、肿胀等继发因素会引起周围未受损伤的脑组织再损伤。TBI后产生大量细胞因子及炎性介质, 如IL\u00011\u0001、IL\u00011\u0001、IL\u00016、肿瘤坏死因子( tumor necrosisfactor, TNF) 等做为趋化因子 , 诱导BMSC向创伤部位定向迁徙。最近研究表明, BMSC 能治疗神经损伤, 恢复受损神经功能 。BMSC 的神经修复机制包括以下几方面。 BMSC 替代神经细胞\u0001 BMSC及BMSC 分化的神经样细胞进行移植后可向神经样细胞分化, 表达神经细胞和神经胶质细胞特异性蛋白, 表现出神经样细胞特征。将BMSC 移植入脊髓损伤的截瘫小鼠体内, 组织病理学结果显示, BMSC 分化形成的新生神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。BMSC 能合成参与构成细胞外基质的纤维连接蛋白、基底膜层黏蛋白及I、IV胶原蛋白等。经过定向诱导的BMSC 表达神经元特异性蛋白, 但目前无足够证据表明其能整合至神经系统, 并发挥真正的神经元功能。 BMSC 分泌细胞因子\u0001 大量的基础研究认为, BMSC 可分泌多种神经生长因子, 并促进中枢神经系统分泌内源性神经生长因子, 发挥神经保护作用。这些神经生长因子包括脑源性神经生长因子、神经生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子以及胰岛素样生长因子等, 表达血管内皮生长因子受体和胰岛素样生长因子\u00011 受体等, 作用于神经元的特异性的受体, 通过受体信号转导系统激活生存信号、失活死亡信号, 启动分化过程, 并诱导内源性神经细胞增生, 减少细胞凋亡, 促进神经纤维再生, 产生神经细胞保护作用。BMSC 移植后大鼠脑组织内超氧化物歧化酶( superoxid dismutase,SOD)活性提高, 羟自由基含量减低, 表明BMSC 抑制创伤脑组织内活性氧含量增高、加快氧自由基的清除、抑制氧化应激反应, 从而保护神经功能。BMSC产生的神经营养因子对于介导轴索生长以及脊髓损伤后的功能恢复有重要作用。 促进新生血管形成BMSC 能促进脑缺血后新血管再生, 其机制主要是:BMSC 能提高缺血半暗带内源性血管内皮生长因子及其受体2的表达水平, 促进新血管再生。骨髓中含有血管内皮组细胞。脑缺血损伤能募集血循环中的血管内皮组细胞, 并增殖、归巢至缺血部位参与新血管的再生。脊髓损伤部位新生神经组织中, 血管壁细胞由植入的BMSC 分化而成, 移植区内源性血管内皮生长因子及内源性血管生长因子受体\u00012表达水平显著增高。Beckermann 等 研究发现, 移植BMSC 的前列腺癌肿瘤组织内血管内皮生长因子表达显著增加, 且局部组织缺氧是引起BMSC表达血管内皮生长因子的主要原因。利用N20与干细胞联合治疗, 能促进血管内皮细胞增生, 并扩张血管。 免疫调节作用\u0001 TBI的有害作用包括原发和继发损伤, 而炎症是继发损伤的重要因素。将BMSC 与自然杀伤细胞、树突状细胞等共同培养, 可致IL4、IL10水平增高, 同时GF、免疫反应性纤维结合素水平降低。而IL4水平增高和免疫反 应性纤维结合素水平降低, 可协同促进毒性辅助T细胞亚群Th l转化为非毒性的Th2细胞。ILl0水平增高和免疫反应性纤维结合素水平降低, 可协同抑制树突状细胞的成熟, 同时增加抗炎或免疫耐受调控T细胞亚群的数量。 促进内源性干细胞迁移与分化BMSC 对内源性神经干细胞有积极的影响, 促进神经再生并增强其可塑性。移植BMSC 可为自身内源性神经干细胞的分化提供支架, 促进自身神经干细胞的迁移与分化, 这也是BMSC 移植后宿主快速改善神经功能的重要原因。BMSC 移植后与宿主细胞紧密结合, 为自身修复提供支架. 这种细胞支架为内源性干细胞提供了归巢的空间和微环境, 避免瘢痕修复, 促进轴突的再生。 BMSC治疗TBI的MR活体示踪监测价值和意义 \u0001 \u0001 在BMSC 的临床应用方面, 标记和示踪对其在活体内分布和归巢的评价是非常关键的。细胞标记技术和分子影像学的快速发展, 使无创动态监测移植入活体内的干细胞迁移及生存状态成为可能, 极大推动了各种临床研究的开展。超顺磁性氧化铁颗粒( superparamagnetic iron ox ide, SPIO )是一种以氧化铁为基础的细胞内对比剂, 颗粒直径在纳米级, 具有很强的顺磁性, 能影响局部磁场的均匀性, 并产生磁化效应及质子去相位, 显著缩短T2驰豫时间, 是一种新型的负性MR 对比剂。研究表明, 适当浓度的SPIO 不影响BMSC的生物学特性 。在细胞移植研究领域, SPIO 标记BMSC 的MR已成为一门重要的示踪技术, 其在监测移植入的BMSC, 在活体组织和器官内的迁移、分化、转归等生物学行为具有重要意义。MR 已成功用于检测活体内SPIO 标记的间充质干细胞, 其中以梯度回波T2* W I序列最为敏感, 其次是自旋回波T2W I序列。Cheng 等 在研究大鼠TBI报道, 磁敏感序列( Susceptibility weighted imaging SWI)也能连续有效地示踪SPIO标记的BMSC。Heyn等[ 25 ] 应用1. 5T MR 设备检测出单个SPIO 标记的细胞, 随后Pe ldschus等 利用3.0T的MR扫描仪检测出SPIO 标记的单个BMSC, 并进行定量分析。高场强、高分辨率MR 是BMSC 示踪的理想手段, 不但提供无创的解剖信息, 而且能动态观察SPIO标记的BMSC在体内迁移情况(包括迁移的速度及方向), 以及在靶器官内存活时间、分裂及分化、转归等生物学行为, 文献报道最长可达数月。既往对活体细胞的示踪, 依赖于在不同时间点处死动物以获取组织病理学信息来实现。SPIO 标记BMSC 的MR示踪成像的成功应用, 将干细胞的生物学行为转化为可视的影像学信息, 超高场强MR设备的应用, 使活体示踪的能力得到大幅提高,且实现了对同一个体的纵向比较。因此, SPIO 也成为干细胞示踪研究中应用最广泛的示踪剂。 问题与展望 BMSC 作为细胞移植治疗TB I的重要组成部分,在许多方面已经取得结果, 为TBI治疗带来了希望。但是, 目前研究多局限于动物模型, BMSC 的临床应用尚处于起步阶段, 许多问题也引起了人们的重视,主要有以下几方面: BMSC 治疗的安全性; 最佳的移植时间及移植途径; BMSC 修复损伤脑组织及重建神经生理功能的内在机制;细胞标记技术与影像学的综合化研究对TBI移植后的评价等, 都有待于进一步研究。随着人们对BMSC 研究的不断深入, BMSC 为疾病的治疗带来新的希望。细胞标记技术及分子影像学的快速发展, 人们实现了对活体内BMSC 的示踪,相信BMSC移植治疗TB I必将成为现实。 Progress of traumatic brain injury treated by bonemarrowder ivedm esenchymal stem cells and itsmagnetic resonance imaging tracing in vivo 我的相关日志：
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