干细胞治疗椎间盘退变性疾病:现状与展望

背景:目前关于椎间盘退变性疾病的治疗方案均未关注于缓解或逆转椎间盘退变的病程,近年来越来越多的研究正在尝试使用干细胞治疗椎间盘退变性疾病。目的:综述干细胞治疗椎间盘退变性疾病的现状、展望与挑战。方法:由第一作者应用计算机检索Pub Med数据库中相关文献,检索时限为2004年1月至2014年12月。检索英文主题词"stem cell,intervertebral disk"。选择文章内容与干细胞治疗椎间盘退变性疾病有关者,同一领域文献则选择近期发表在权威杂志的文章。结果与结论:初检得到文献342篇,选择符合纳入标准的43篇文献进行综述。将干细胞与载体结合后注射到退变的椎间盘是一种全新的治疗方案。目前适用于干细胞疗法的候选细胞包括:胚胎干细胞、诱导多能干细胞、间充质干细胞、人脐带间充质干细胞及类软骨细胞或髓核细胞。未来干细胞疗法的临床应用需克服以下风险:细胞泄露、椎间盘感染及肿瘤化,但其应用于治疗椎间盘退变性疾病的前途将不可估量。     

髓核间质干细胞动员修复重建退变椎间盘

<正>椎间盘退变性疾病是指由椎间盘退变引起的以颈肩腰腿痛为主要表现的临床症候群。椎间盘退变性疾病是20-50岁人丧失劳动力的最常见的原因之一,造成了极大的社会和经济负担。非手术治疗只能缓解临床症状,没能缓解或阻止椎间盘退变;手术治疗虽然取得了较好的短期疗效,但复发率仍较高,容易出现手术相关的并发症。近年来,利用外源性干细胞移植或者组织工程技术修复退变椎间盘已成为生物学治疗椎间盘退变性疾病的一个新方向。但是     

细胞移植修复椎间盘的新视角与新进展

文题释义： 椎间盘退变：是指椎体自然老化、退化的生理病理过程。腰椎是人体躯干活动的枢纽,而所有的身体活动都无一不在增加腰椎的负担,随着年龄的增长,过度的活动和超负荷的承载使腰椎加快出现老化。严重的腰椎退行性病变可以引起腰腿痛甚至神经损害,影响工作能力和生活质量。 细胞治疗：是指利用某些具有特定功能的细胞特性,采用生物工程方法获取或通过体外扩增、特殊培养等处理后,使这些细胞具有增强免疫、杀死病原体和肿瘤细胞、促进组织器官再生和机体康复等治疗功效,从而达到治疗疾病的目的。 背景：目前对椎间盘退变的治疗仅限于姑息治疗或积极的外科干预,但均不能减缓或逆转其进程,远期疗效也不满意。近年来随着组织工程与再生医学的不断发展,运用细胞疗法修复退变椎间盘得到了越来越多的研究者关注。 目的：总结目前临床上细胞移植治疗椎间盘退变的现状,为以后的研究提供一些理论基础和实验依据。 方法：通过计算机在CNKI、万方数据库、PubMed数据库中检索相关文献,检索时限为 2001 年 1月至 2019 年1月。检索的中文主题词为“椎间盘退变,细胞治疗,干细胞,细胞移植”;英文主题词为“stem cell,intervertebral disk degeneration”,筛选内容与干细胞治疗椎间盘退变相关的文献,着重选取最新的实验及临床研究成果。 结果与结论：椎间盘退变主要以髓核细胞的活力和数量减少、蛋白多糖合成减少、髓核脱水以及代谢废物增多引起的。不断深入了解探索细胞移植促进髓核再生的治疗机制,不仅能够对椎间盘的发病及修复机制有更为详尽的认识,更能够对其他相关疾病的预防与细胞治疗提供新的思路与策略。 ORCID: 0000-0002-5454-9395(刘亭亭) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

间充质干细胞来源外泌体在椎间盘退变修复中的研究进展

间充质干细胞来源外泌体(MSC-Exos)是一类直径30~100 nm的细胞外囊泡,其携带有核酸、蛋白及脂质等生物活性物质,在细胞间通讯和物质交换中发挥重要作用。在椎间盘髓核细胞的体内及体外实验中,MSC-Exos可以通过发挥抗细胞焦亡、抗氧化应激、抗细胞凋亡、促进细胞外基质(ECM)合成等作用,延缓甚至逆转椎间退变。本文就近年来间充质干细胞来源的外泌体在椎间盘退变中的研究进展进行综述,为椎间盘退变性疾病的临床治疗提供参考。     

细胞移植及髓核组织工程重建修复椎间盘退变

背景：通过细胞组织工程将细胞或细胞支架复合体植入退变缺损的椎间盘内,使退变的椎间盘再生可能是治疗椎间盘退变性疾病最为理想的方法。 目的：评价组织工程髓核体内移植抑制腰椎间盘退变的临床疗效及应用前景。 方法：由第一作者检索1990/2010 PubMed数据、中国知网及万方数据库有关组织工程髓核、组织工程材料及骨髓间充质干细胞治疗腰椎间盘退变方面的文献。 结果与结论：目前常用的细胞支架主要包括胶原支架、琼脂糖支架、藻酸盐支架、聚乙醇酸支架与壳聚糖支架以及复合材料等。通过自体椎间盘细胞或间充质干细胞结合基因技术筛选种子细胞,进行细胞和/或细胞支架复合体移植恢复或再生相关细胞外基质的合成,通过逆转和修复椎间盘细胞病理性改变,为退变的椎间盘组织和功能恢复提供了全新的治疗策略。     

人工髓核材料的研究进展

椎间盘退变性疾病是一种临床常见疾病,40%的下腰背疼痛是由腰椎间盘退变引起的。临床手术治疗只能在短期内缓解症状,无法达到根治的目的。在髓核摘除术后,人工髓核组织材料包括最早的硅橡胶、不锈钢和现在使用的水凝胶材料被用来填补病变的髓核组织,维持椎间盘足够的高度。随着组织工程和材料科学的不断发展,有希望使用干细胞或多能细胞来修复病变椎间盘或逆转其退变过程,重塑椎间盘的生理功能。现阶段组织工程仍然需要面临的问题是能否找到一种近似于髓核组织结构和功能的细胞外支架,为种子细胞的生长和生理活动提供合适的环境。文章就人工髓核材料的发展历史以及目前的研究情况展开综述。     

SPIO标记脂肪干细胞移植退变椎间盘内的MRI活体示踪

背景：国内外动物实验多是荧光标记骨髓间充质干细胞的移植,以SPIO标记脂肪干细胞移植后活体示踪对退变椎间盘修复作用的研究较少。 目的：活体监测SPIO标记的脂肪干细胞在退变椎间盘内的存活、迁移和转归,以及脂肪干细胞对退变椎间盘的修复及延缓退变作用。 方法：新西兰大白兔20只,兔椎间盘被分为4组,即正常对照组(L1/2),脂肪干细胞组(L2/3),PBS组(L3/4),SPIO-脂肪干细胞组(L4/5)。透视引导下用18G穿刺制作退变模型后2周行SPIO标记的脂肪干细胞移植。 结果与结论：SPIO-脂肪干细胞移植后即刻T2WI/FFE序列上可见椎间盘内明显低信号,8周后仍可检测到低信号。脂肪干细胞移植组与同时间点PBS组比较,椎间盘退变程度轻。提示SPIO-脂肪干细胞移植至椎间盘后,可通过MRI进行监测;脂肪干细胞椎间盘内移植有助于修复退变椎间盘和延缓椎间盘退变。     

椎间盘退变模型的研究进展

椎间盘退变疾病发病率越来越高,但退变的机制尚不明确.椎间盘退变模型是现今研究椎间盘退变疾病的主要方式,退变模型主要分为体内退变模型和体外退变模型两大类.两种退变模型从不同角度研究椎间盘退变的病理生理过程,为揭示退变机制及预防、治疗椎间盘退变疾病起着重要作用.本文就目前国内外关于两种不同椎间盘退变模型研究的进展作一综述.     

如何构建能较全面模拟人类椎间盘退变性疾病的椎间盘退变实验动物模型

背景：椎间盘退变性疾病的发病机制目前尚无定论,建立理想的椎间盘退变动物模型是研究该病发病机制或治疗的重要途径。 目的：对近年来各种椎间盘退变动物模型研究的模型选择、建模方法以及优缺点做一综述。 方法：计算机检索万方数据库、知网数据库、PubMed数据库以及FMJS数据库近5年国内外关于椎间盘退变的体内及体外动物模型的文献。 结果与结论：目前的文献报道显示中小型动物是现阶段较为常用的模型动物;造模方法可以分为体内和体外模型两大类,体外模型通过细胞或组织培养,从细胞及分子水平揭示椎间盘退变的机制,体内模型则使用不同种物理或化学方法对椎间盘进行干预,模拟椎间盘退变的结果,并从干预过程中反证椎间盘退变的机制。但因人类的椎间盘退变性疾病发病机制复杂,目前尚无定论,所以目前的动物模型均不能较全面的模拟人类椎间盘退变性疾病。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：肾移植;肝移植;移植;心脏移植;组织移植;皮肤移植;皮瓣移植;血管移植;器官移植;组织工程全文链接：     

细胞移植治疗椎间盘退变研究进展

椎间盘退变性疾病(Disc Degeneration Disease,DDD)是中老年人的常见病和多发病,随着人们劳动方式和生活方式的改变,椎间盘退变的发病率正逐年上升,且有年轻化趋势。目前这类疾病的治疗主要是非手术及手术两种方法,但均不能从组织学上根本逆转椎间盘细胞退变。近年     

Transplantation of mesenchymal stem cells embedded in Atelocollagen gel to the intervertebral disc: a potential therapeutic model for disc degeneration

Intervertebral disc degeneration is considered to be one of the major causes of low back pain. Despite this irreversible phenomenon, attempts to decelerate disc degeneration using various techniques have been reported. However, to date there has been no proven technique effective for broad clinical application. Based on previous studies, we hypothesize that maintenance of proteoglycan content in the disc is achieved by avoiding the depletion of nucleus pulposus and preserving the structure of the annulus is a primary factor in decelerating disc degeneration.One novel approach to solve the dilemma of intervertebral disc degeneration is found at the stem cell level. Mesenchymal stem cells (MSCs) are known to possess the ability to differentiate into various kinds of cells from mesenchymal origin. Although the majority of cells that contribute to disc formation are known to obtain chondrocyte-like phenotypes, no reported study has emphasized the correlation with mesenchymal stem cells.To evaluate the possible potential of MSCs in disc cell research and treatment of degenerative disc disease, autologous MSCs embedded in Atelocollagen gel were transplanted into the discs of rabbits which had undergone a procedure proven to induce degeneration. The results suggest that MSC transplantation is effective in decelerating disc degeneration in experimental models and provided new hopes for treatment of degenerative disc disease in humans. Atelocollagen gel served as an important carrier of MSCs in transplantation, permitting proliferation, matrix synthesis and differentiation of MSCs. This study strengthens the viable efficacy of practical application of MSCs in treatment of intervertebral disc disease.     

脊柱非融合系统的研究进展

腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症等腰椎退行性疾病是临床上引发患者腰腿痛的常见病因,腰椎融合术是腰椎退行性疾病保守治疗无效后的常见手段.但脊椎融合术对患者创伤大,且易致融合节段畸形、疼痛、螺钉断裂、再手术率高、加速邻近节段退变等问题,这些问题迫使研究者们去探寻其他的治疗手段,非融合动态固定系统是大家目前研究较为广泛的一种替代...     

多次胶原酶消化法培养小鼠椎间盘髓核细胞

背景：椎间盘为无血运组织,椎间盘髓核细胞为分化终末细胞,细胞增殖能力较差,体外培养难度较大。 目的：探索小鼠椎间盘髓核细胞体外分离培养的方法。 方法：取小鼠椎间盘髓核组织,使用多次胶原酶消化的方法,分离培养髓核组织细胞,接种,传代,取第2代细胞,分别采用免疫细胞化学和RT-PCR方法检测椎间盘髓核细胞特征性分泌物Ⅱ型胶原和聚合蛋白的分泌量及mRNA的表达,并与软骨细胞,成骨细胞及成纤维细胞进行比较。 结果与结论：椎间盘髓核细胞贴壁后呈现软骨细胞的形态;Ⅱ型胶原和聚合蛋白染色均为阳性;Ⅱ型胶原和聚合蛋白mRNA表达与软骨细胞相同,与成纤维细胞和成骨细胞存在明显差别。说明多次胶原酶消化的方法可以获得大量纯净的椎间盘髓核细胞,性状稳定。     

组织工程椎间盘支架材料的研究进展

椎间盘退行性病变引起的颈肩腰腿痛是临床最常见的疾病之一,而目前无论是手术或是非手术治疗的中远期疗效均存在一定的不足。近年来随着对椎间盘组织工程学技术的研究不断深入,椎间盘退行性病变的治疗也有了新的方向。而在椎间盘组织工程学中,如何构建适合搭载种子细胞的支架材料是目前的热点和难点之一。本文就椎间盘组织工程学中胶原蛋白、藻酸盐、壳聚糖及脂肪族聚酯均聚物等代表性支架材料研究中的进做一简要综述。     

高渗环境结合氯化钴低氧预处理骨髓间充质干细胞移植治疗椎间盘退变

BACKGROUND: Stem cell therapy has been used for prevention and treatment of degenerative disc disease. Considering the special microenvironment in the intervertebral disc, the survival rate and differentiation ability of transplanted cells are decreased, which may lead to the poor efficacy of stem cell therapy. How to improve the survival ability and therapeutic effect of the transplanted cells is the focus of stem cell therapy for degenerative disc disease. OBJECTIVE: To investigate the effects of cobalt chloride combined with hypertonic solution pretreatment on bone marrow mesenchymal stem cells that will be transplanted for treatment of degenerative disc disease. METHODS: (1) In vitro cell experiment: bone marrow mesenchymal stem cells were divided into three groups and subjected to normal culture medium (normal control group), 1% hypertonic mother solution (hypertonic group), 100 μmol/L cobalt chloride (hypoxia group), or 1% hypertonic mother solution plus 100 μmol/L cobalt chloride (combined group) for 1 week. Then, 2% hypertonic solution and 200 μmol/L cobalt chloride cobalt chloride were used to simulate the anaerobic and hypertonic environment intervenes in pretreated and untreated bone marrow mesenchymal stem cells for 24 hours. After that, RT-PCR was used to detect the expression of caspase-3 for apoptosis evaluation. (2) In vivo animal experiment: Sprague-Dawley rats were divided into model, cell transplantation and hypertonic plus hypoxic groups. Rat models of intervertebral disc degeneration were made in these three groups. After modeling, rats in these three groups were given no treatment, bone marrow mesenchymal stem cell transplantation or transplantation of bone marrow mesenchymal stem cells which were subjected to hypertonic and hypoxia pretreatments into the intervertebral disc. Two weeks later, immunohistochemistry and RT-PCR methods were used to detect cell distribution and related gene expression, respectively, thereby to evaluate the therapeutic effect of stem cells. RESULTS AND CONCLUSION: (1) In vitro cell experiment: caspase-3 mRNA expression was significantly reduced in pretreated bone marrow mesenchymal stem cells compared with the untreated cells (P < 0.05). (2) In vivo animal experiment: compared with the control group, the caspase-3 and interleukin-1β in the intervertebral disc and a number of degenerative indexes were decreased in the cell transplantation. Compared with the cell transplantation group, these indicators had better outcomes in the hypertonic plus hypoxic group (P < 0.05). These findings indicate that bone marrow mesenchymal stem cells have therapeutic potential for degenerative disc disease, and have better adaptability and transplantation effects by hypertonic and hypoxia pretreatments.      

椎间盘微环境下椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞的活性

文题释义：椎间盘微环境：在正常情况下,髓核组织缺乏血液供应,其营养代谢主要依赖渗透。由于代谢产物等影响,椎间盘组织内部的pH值为6.9-7.2,被认为是人体内最恶劣的环境之一,在这种条件下细胞正常代谢能力受到很大抑制,即使是特化的髓核细胞其代谢率也仅为正常的32%。当椎间盘退变后,葡萄糖及氧浓度进一步下降,乳酸堆积,pH值降低和代谢产物进行性增加。 髓核间充质干细胞：经过前期实验发现髓核间充质干细胞经自体移植于椎间盘局部,可以分化为纤维环细胞和髓核细胞,或者通过旁分泌细胞因子来促进组织细胞的再生,但髓核间充质干细胞在椎间盘微环境中存活量级并不清楚。椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞在椎间盘微环境下的生存变化差异性也还是未知。 背景：椎间盘微环境对干细胞生物学行为具有重要作用,拟通过微环境调节作用来实现不依赖种子细胞的椎间盘组织修复。 目的：探讨椎间盘微环境下椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞活性的差异。 方法：健康雄性SD大鼠10只,按照解剖区分离椎间盘骨组织,用Ⅱ型胶原酶消化后进行体外培养椎间盘源性干细胞;分离髓核组织,采用酶消化法体外培养髓核间充质干细胞。将获得的椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞在体外进行正常条件、椎间盘微环境条件下培养扩增,培养第1-6天采用MTT法测定细胞增殖情况,培养第1,3,6天采用流式细胞技术检测CD29阳性表达水平。 结果与结论：①在不同环境的培养条件下,椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞增殖情况呈相反趋势。在正常培养条件下,椎间盘源性干细胞和髓核间充质干细胞呈增殖状态,第4-6天为对数增殖期,两者差异无显著性意义(P > 0.05);在椎间盘微环境条件下,髓核间充质干细胞的增殖活性明显低于椎间盘源性干细胞,差异有显著性意义(P < 0.05);②在椎间盘微环境条件下培养第3,6天,椎间盘源性干细胞表面CD29阳性抗原表达水平明显高于髓核间充质干细胞,差异有显著性意义(P < 0.05);③结果表明,在椎间盘微环境条件下,髓核间充质干细胞和椎间盘源性干细胞活性受到一定程度的抑制,但椎间盘源性干细胞较髓核间充质干细胞保留更多的细胞活性。 ORCID: 0000-0002-3582-5630(胡炜) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

退行性变椎间盘组织转化生长因子β1基因的表达

背景：据报道,转化生长因子β1能促进椎间盘细胞的增殖与分化,并参与其损伤修复过程。但转化生长因子β1是否参与椎间盘退变的过程？ 目的：分析在人体退行性变椎间盘组织中转化生长因子β1的表达情况,并探讨其与人体椎间盘退行性变的关系。 方法：收集正常椎间盘组织30例,退行性变人体椎间盘组织530例,采用苏木精-伊红染色、免疫印迹和RT-PCR方法进行研究,对退行性变的椎间盘组织进行病理学分型,分别检测转化生长因子β1在不同类型退变的椎间盘中表达的情况并与正常椎间盘组织进行对比分析。 结果与结论：苏木精-伊红染色病理学诊断：将退行性变的椎间盘组织根据病理学改变程度分为4型。免疫印迹法和RT-PCR法均显示：在正常和退变椎间盘组织中,转化生长因子β1均有表达,但在病变组织中随病变加重转化生长因子β1表达量随之增加,退变组织与正常组织比较差异有非常显著性意义 (P < 0.01)。说明转化生长因子β1高表达与人体椎间盘退行性变呈正相关。     

Clarifying the nomenclature of intervertebral disc degeneration and displacement: from bench to bedside

As a significant determinant of low back pain, intervertebral disc degeneration (IDD) has attracted more and more attention of both investigators and physicians. Disc herniation, termed as intervertebral disc displacement, is amongst the most prevalent spinal diseases closely linked with IDD. Due to the same origins and similar pathophysiology, the ambiguity regarding the similarity and difference of IDD and intervertebral disc displacement thus remains. The aim of this study was to clarify the nomenclature of IDD and disc herniation in terms of molecular etiology, pathophysiology, nature history and clinical outcomes. Collectively, IDD is a type of multifaceted, progressive spinal disease with or without clinical symptoms as back pain, characterized by extracellular matrix and the integrity of NP and AF lost, fissures formation. Disc herniation (termed as intervertebral disc displacement) is a type of spinal disease based on IDD or not, with local pain and/or sciatica due to mechanical compression and autoimmune cascades upon the corresponding nerve roots. Clarifying the nomenclature of intervertebral disc degeneration and displacement has important implications both for investigators and for physicians.