這張圖片顯示來自羊水的干細胞當用特異性生長因子處理后在柔軟的生物表面上形成類似毛細血管的網(wǎng)絡(luò)(capillary-like network)。圖片來自萊斯大學(xué)/得克薩斯州兒童醫(yī)院,。
來自美國萊斯大學(xué)和得克薩斯州兒童醫(yī)院的研究人員將羊水(amniotic fluid)中的干細胞變成形成血管的細胞,。他們?nèi)〉玫某删妥屓藗兤诖@些干細胞可能被用來培養(yǎng)組織補片(tissue patch)以便修復(fù)嬰兒心臟。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的萊斯大學(xué)工程師Jeffrey Jacot說,，“我們想開發(fā)一種技術(shù)利用嬰兒丟棄到羊水中的干細胞制造跳動的心臟組織并用它替換有缺陷的組織,。我們的發(fā)現(xiàn)證明來自羊水的干細胞有這種潛力。”
這項研究是在得克薩斯州兒童醫(yī)院完成的,。2012年1月17日,，該研究結(jié)果在線發(fā)表在Tissue Engineering Part A期刊上。
根據(jù)美國心臟協(xié)會提供的數(shù)據(jù),，在美國每年大約有32000名嬰兒出生時便有先天性心臟畸形(congenital heart defect),，其中10000名在它們一歲之前要么死亡要么需要接受某種手術(shù)治療,。
Jacot希望利用在母親子宮中被診斷為先天性心臟畸形的胎兒的羊水干細胞培養(yǎng)出心臟補片。他說,，因為這些細胞基因匹配,，不會發(fā)生排斥的風險。
他說,，“超聲波檢測能夠探測到60%到80%的嚴重性心臟缺陷。我們的最終目標是,，當在子宮中胎兒被診斷存在心臟缺陷時,，我們就提取羊水細胞，這樣胎兒出生后,，我們?nèi)缓罄眠@些來自胎兒自身的羊水細胞制造組織以便修復(fù)心臟缺陷,。時間安排至關(guān)重要，因為手術(shù)需要在嬰兒出生后幾周內(nèi)開展,。”
外科醫(yī)生當前使用諸如滌綸(Dacron)或鐵氟龍(Teflon)之類的在嬰兒患者心臟中不發(fā)生收縮也不會生長的非生物材料,，或者使用天然的心包膜---即包圍心臟的膜。心包膜通常會形成疤痕組織,，因而只能在第一次手術(shù)中使用,。Jacot說，這兩種方法都需要進一步手術(shù),，從而增加心臟停止跳動(cardiac arrest)的風險,。
干細胞是每種有機體中能夠分化為機體中特化細胞的細胞。人們對之愛恨交加,。Jacot說,，已知從人胚胎獲取的干細胞有很大的治療缺陷和疾病的潛力，但是對它們進行研究一直因遭受政治壓力和其他擔憂而受到限制,。
他說,，對羊水中發(fā)現(xiàn)的干細胞而言，這種情形就不存在,。羊水是保護和滋養(yǎng)母親子宮中胎兒的液體,。羊水有時是通過羊膜穿刺術(shù)從孕婦身上獲取的，但是Jacot實驗室所使用的羊水干細胞從接受雙胎輸血綜合癥(twin-twin transfusion syndrome)治療的婦女身上獲取的,。他說,，“這就是同卵雙胞胎共用一個胎盤，其中一個胎兒要比另一個獲得更多的血液,。這種疾病不常見,。”他注意到得克薩斯州兒童醫(yī)院是能夠治療這種綜合癥的為數(shù)不多的幾家醫(yī)院之一。他說,，“這種疾病的常用治療手段包括移除羊水,，以便實現(xiàn)拯救兩個生命的目標,，而移除的羊水通常被丟棄掉。”
Jacot說,，其他實驗室已對羊水作為一種干細胞來源進行過測試,，測試結(jié)果還不錯。“我們的研究是基于其他實驗室過去5年的研究工作---這些實驗室研究人員已發(fā)現(xiàn)羊水中存在極其少量的干細胞群體,，大概是每10000個細胞當中才有一個干細胞,，這些干細胞在自然條件下表達胚胎干細胞和間充質(zhì)干細胞特征性的分子標記。”
Jacot和他的研究小組通過一種復(fù)雜的過程制造出羊水干細胞群體,，其中這種過程涉及通過離心提取細胞和熒光激活細胞分選,。他們用一種與干細胞相關(guān)聯(lián)的分子標記即細胞表面受體c-kit捕獲細胞。
Jacot說,，這些細胞隨后在內(nèi)皮細胞生長培養(yǎng)基中培養(yǎng),，讓它們長成毛細血管網(wǎng)。當將這些細胞放置在一種用于組織工程的生物支架(bio-scaffold)上時,，它們也能如此,。
他說，“我們制造的任何東西都將需要血液供應(yīng),。這就是為什么我們首先尋找的第一種細胞類型是能夠形成血管的細胞,。我們需要知道我們能夠在整個組織內(nèi)形成毛細管網(wǎng)，然后我們能夠?qū)⑺鷭雰旱难汗?yīng)連接在一起,。”
Jacot說,，他們進行試驗的這些細胞生長非常迅速。他說,，“我們經(jīng)過計算后證實利用羊膜穿刺術(shù)獲得羊水干細胞,，在胎兒出生前我們可能不止是培養(yǎng)出一個完整的心臟。要成功實現(xiàn)確實非常困難,，但是它讓我們充滿信心：我們將能夠在體外快速地培養(yǎng)出組織補片,，然后將它們接種在體內(nèi)。”
他說,，構(gòu)建一塊有功能性的補片還需要一些年頭,，但是他的實驗室正在取得進展。他說,，盡管在此項目上胚胎細胞最有潛力,，但是羊水細胞也已表現(xiàn)出能夠變成心肌的跡象。(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1089/ten.TEA.2011.0392
PMC:
PMID:
Evaluation of Endothelial Cells Differentiated from Amniotic Fluid-Derived Stem Cells
Mr. Omar Martin Benavides, Miss Jennifer J Petsche, Dr. Kenneth J Moise, Dr. Anthony Johnson, and Dr. Jeff Jacot.
Amniotic fluid holds great promise as a stem cell source, especially in neonatal applications where autologous cells can be isolated and used. This study examined chemical-mediated differentiation of amniotic fluid-derived stem cells (AFSC) into endothelial cells and verified the function of AFSC-derived endothelial cells (AFSC-EC). AFSC were isolated from amniotic fluid obtained from second trimester amnioreduction as part of therapeutic intervention from pregnancies affected with twin-twin transfusion syndrome. Undifferentiated AFSC were of normal karyotype with a subpopulation of cells positive for the embryonic stem cell marker SSEA4, hematopoietic stem cell marker c-kit, and mesenchymal stem cell markers CD29, CD44, CD73, CD90, and CD105. Additionally, these cells were negative for the endothelial marker CD31 and hematopoietic differentiation marker CD45. AFSC were cultured in endothelial growth media with concentrations of vascular endothelial growth factor (VEGF) ranging from 1 to 100 ng/ml. After 2 weeks, AFSC-EC expressed von Willebrand factor, endothelial nitric oxide synthase, CD31, VE-cadherin, and VEGF receptor 2. Additionally, the percentage of cells expressing CD31 was positively correlated with VEGF concentration up to 50 ng/ml, with no increase at higher concentrations. AFSC-EC showed a decrease in stem cells markers c-kit and SSEA4 and were morphologically similar to human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). In functional assays, AFSC-EC formed networks and metabolized acetylated low-density lipoprotein, also characteristic of HUVEC. Nitrate levels for AFSC-EC, an indirect measure of nitric oxide synthesis, were significantly higher than undifferentiated controls and significantly lower than HUVEC. These results indicate that AFSC can differentiate into functional endothelial-like cells and may have the potential to provide vascularization for constructs used in regenerative medicine strategies.
