随着人口老龄化的影响,骨骼疾病在社会上普遍存在,包括急性和慢性疾病。它们可以影响肌肉骨骼系统的任何部分,即骨骼、肌肉、软骨、肌腱、韧带、关节和神经等。其发病率和对公众健康的影响都逐年上升,一些严重的症状例如长期疼痛和行动受限,损害了骨骼疾病患者的福利和生活质量。
骨骼
骨骼是人体的重要组成部分,它由骨头、软骨、韧带和肌腱组成。骨骼支撑我们的身体,保护大脑、心脏等重要的内脏器官,和关节、肌肉一起实现身体的运动功能。骨骼还是造血器官和身体的矿盐贮备库,具有重要的内分泌功能,还会参与机体的能量代谢,保持骨骼健康对于维护生命周期的健康至关重要。
骨骼疾病的典型特征是疼痛(通常是持续疼痛)以及行动能力、灵巧性和总体功能受限、工作能力降低。包括以下疾病:
1. 关节问题,如骨关节炎(关节退行性疾病)、类风湿性关节炎(以关节滑膜炎症为主要病理基础的自身免疫病,致残率高)、银屑病性关节炎(以累及脊柱和/或外周关节为主的银屑病相关的慢性进展性炎性关节炎)、痛风(由于尿酸代谢紊乱导致的晶体沉积在关节和软组织中,引起急性炎症性关节病)、强直性脊柱炎(慢性炎症性关节病,主要影响脊柱和骶髂关节,可能导致脊柱弯曲和僵硬);
2. 骨骼问题,如骨质疏松症(代谢性骨病,骨密度降低和骨骼微结构破坏,导致骨骼变得脆弱,容易发生骨折)、骨质减少症、脆性骨折、创伤性骨折;
3. 肌肉问题,如肌肉减少症;
4. 脊椎问题,如背部和颈部疼痛;
5. 身体多个部位或系统的问题,如肌肉骨骼局部和广泛的疼痛和炎性疾病(结缔组织疾病和血管炎等),例如全身红斑狼疮。
骨骼疾病可能由多种因素引起,包括遗传、年龄、性别、体重、营养不良、缺乏运动、吸烟和饮酒等。
干细胞有效治疗肌骨骼疾病
目前的治疗方法往往局限于症状管理或用惰性物质临时替代,而不是针对预防和治疗。骨骼疾病的治疗迫切需要替代性的生物学方法。而干细胞技术的迅速出现,为骨骼疾病的治疗提供了新的方案,目前已经进行了一些临床前和临床研究,有可能利用再生疗法来帮助这些疾病,以努力提供更有效的治疗选择。
1. 间充质干细胞(MSC)治疗骨骼疾病
MSC几乎存在于所有组织中,因其不表达或低表达组织相容性复合物和免疫刺激分子,而不被机体免疫系统识别,具有较低的免疫源性,是细胞治疗和组织工程以及其他相关领域内的“明星”,目前对骨髓间充质干细胞(BMSC)、脂肪间充质干细胞(ASC)和脐带间充质干细胞(UC-MSC)的研究较为深入。
1) 骨再生
MSC具有较好的成骨细胞分化能力,骨形态发生蛋白-2(BMP-2)能够促进MSC分化为成骨细胞,且因其强大的旁分泌功能,可分泌大量因子如胰岛素样生长因子(IGF)-1、转化生长因子(TGF)-β1、血管内皮生长因子(VEGF)等,有效促进血管生成和骨再生。
近年来的研究还发现,BMSC结合有机材料(如牛的松质骨、胶原蛋白海绵、聚乳酸及同种异体骨移植)和无机材料(如羟基磷灰石)等支架材料使用,可显著促进小鼠临界性颅颌面骨缺损的愈合,并在大鼠和兔子的临界性股骨缺损中发挥重要作用,还可诱导兔子体内的脊柱融合。有试验证明,BMSC的局部植入可以促进人外侧脊柱融合,以及修复长骨缺损。ASC也可在动物模型中用于临界性颅骨缺损的修复,还可与多种支架(如Ⅰ型胶原基质、珊瑚支架、胶原-陶瓷复合支架等)合用来介导骨修复。综上,MSC在骨折和骨再生等再生医学领域显示出巨大的潜力,为临床上治疗骨缺损提供新的策略。
MSC可以促进骨再生
2) 软骨修复
软骨损伤后机体自我修复能力有限,软骨缺损修复是整形外科医生面临的重大挑战之一。植入工程软骨可以提高手术成功率,加速损伤修复,MSC的成软骨特性,可为工程软骨提供充足的细胞来源,为修复软骨损伤提供了新方向。
1994年,首次将MSC应用于人的软骨修复,研究者将MSC接种到胶原凝胶中,用以治疗兔股骨中的软骨全厚度缺损,与对照组相比,MSC混合胶原治疗组对兔的软骨组织恢复更有益。近几年,越来越多的动物实验和临床试验表明,新型生物活性三维支架(水凝胶和纤维支架)经过多重改良后与MSC联用,可在软骨损伤中表现出优良的治疗效果。
3) 其他结缔组织的再生
MSC可介导其他结缔组织的再生,包括半月板、肌腱和韧带以及椎间盘。尽管目前的研究认为MSC不能修复肌腱损伤,仅能延缓疾病进展,但MSC在半月板再生中的积极作用受到越来越多的关注。此外,MSC移植治疗腰椎间盘退变的临床试验结果也表明,MSC移植疗法具有比常规治疗更好的预后效果。另有临床研究表明经皮注射自体骨髓浓缩细胞,能够长期缓解退行性椎间盘患者腰椎间盘源性的疼痛。由此可见,MSC移植在促进结缔组织再生中也发挥重要作用。
2. 诱导多能干细胞(iPSC)治疗骨骼疾病
iPSC技术在治疗骨骼疾病方面的应用还处于研究和开发阶段,目前并没有广泛的临床应用。iPSC技术主要通过将成体细胞重新编程为多能干细胞,这些细胞具有分化为多种细胞类型的能力,包括骨细胞和软骨细胞,因此在理论上可以用于治疗骨骼疾病。
尽管iPSC技术在治疗骨骼疾病方面的应用前景广阔,但目前还面临一些挑战,包括如何确保iPSC分化细胞的安全性、有效性以及如何规模化生产质量稳定的细胞产品等。此外,免疫配型问题也是iPSC治疗需要解决的关键问题之一。
总的来说,iPSC技术为治疗骨骼疾病提供了新的思路和可能性,但要实现临床应用,还需要更多的研究来克服技术和应用上的障碍。随着iPSC技术的不断发展和成熟,未来在骨骼疾病的治疗上有望取得突破。
3. 治疗骨骼疾病的干细胞药物
目前全球范围内获批的干细胞产品主要集中在日本、韩国、美国、欧盟等地。以下是一些已上市的治疗骨骼疾病的干细胞药物的信息:
1) Chondrocelect:2009年10月,欧洲药品管理局(EMA)审批上市了来自比利时TiGenix公司的用于修复膝盖的软骨损伤的体细胞治疗产品。该产品是一种自体软骨细胞植入手术,叫做软骨细胞植入(CCI——一种治疗软骨缺损的外科手术),并结合了清创术(准备缺陷床)、物理密封(放置生物膜,最好是胶原膜)和康复。
2) Cartistem:2012年1月,韩国食品药品监督管理局(KFDA)批准了用于治疗退行性关节炎和膝盖软骨损伤的干细胞产品,中文名可特立,由韩国Medipost公司开发,主要成分是UC-MSC。
3) Maci:2016年,美国食品药品监督管理局(FDA)批准Maci(在猪胶原蛋白膜上培养的自身软骨细胞)用于临床治疗成人膝关节软骨损伤。该产品是首个FDA批准的运用组织工程学在支架上培养细胞的产品,利用了患者自身膝盖的健康软骨组织。
4) StemOne:这是印度药物管制总局批准的膝关节炎同种异体细胞疗法,由Stempeutics公司研发,该疗法可以避免或延迟急性膝关节骨性关节炎患者的全膝关节置换手术。
目前,中国大陆尚无一款干细胞产品上市,但已有多项间充质干细胞药物临床试验获得国家药品监督管理局药品审评中心(CDE)默示许可,涉及骨关节炎、类风湿关节炎等病种。随着临床试验数量的增加,预计未来会有更多干细胞治疗产品获批上市。
我国11款针对膝骨关节炎的干细胞新药通过IND
小结
干细胞疗法通过分化为软骨细胞、旁分泌作用、抗炎和免疫调节等机制,展现出了促进组织修复和缓解疼痛的潜力,随着技术的进步和研究的深入,干细胞疗法将为治疗各种骨骼疾病提供革命性的解决方案。
此外,政策的支持和资本的投入将进一步推动干细胞技术的研发和临床应用,使通用化、精准化的干细胞治疗方案成为可能,相信它将为患者带来更加安全、有效的治疗选择,改善他们的生活质量!