科普 Popular science

脂質代謝影響腦幹細胞分裂與認知表現

近期科學家發現一種合成脂肪酸的酵素-fatty acid synthase (FASN)-能夠調節腦中神經幹細胞的分裂與發展。而如若基因突變導致此酵素異常,患者將會產生認知缺陷 [1]。 神經幹細胞不僅與早期腦部發展有甚大的關係,在之後的成體階段也時刻影響著大腦中的活動。神經幹細胞能不斷分裂,並分化成神經前驅細胞、神經細胞,進而支配腦部的運轉。研究團隊分析在成鼠腦中以及人類腦類器官內基因突變的FASN對大腦或早期腦部發展的影響。研究發現異常的FASN會導致其過度活化,進而造成脂肪堆積於腦細胞中。而脂肪堆積會導致幹細胞減少分裂,亦會對幹細胞產生壓力,最終造成學習和記憶缺陷。 科學家期望利用這些機制來控制腦幹細胞的活性而應用於修復腦受損的疾病上,例如認知缺陷等疾病或神經死亡之疾病。 Reference: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590920301417?via%3Dihub

來自幹細胞之高純度𝛽細胞移植

        自體免疫攻擊引發胰島素釋放細胞-𝛽細胞的喪失,導致第一型糖尿病。臨床上可以透過移植胰島細胞 (islet cells) 來治療此疾病,然而胰島 (pancreases) 捐贈非常稀有。在最新的研究中,科學家發展出一種分化方法,能夠更有效地在體外將誘導型多能幹細胞 (pluripotent stem cells, iPSCs) 誘導分化成𝛽細胞,且這些𝛽細胞對葡萄糖有高反應性,並適時分泌胰島素。         現行的分化方法非常繁瑣耗時且需用到20種訊號蛋白及小分子藥物,最重要的是,無法將所有iPSCs分化成目標細胞-𝛽細胞,也就是不均質細胞群的產生,進而導致產生許多不具功能性的𝛽細胞。因此,該研究團隊認為將iPSCs誘導分化呈高度專一性的胰島前驅細胞 (pancreas progenitors),再利用這些前驅細胞分化成目標細胞-𝛽細胞,以提升分化效率。         研究團隊發現一單株抗體CD177能辨認出一群在內皮層中的細胞亞群,而這群細胞能有效且均質地分化成胰島前驅細胞。該研究團隊利用CD177純化出均質細胞群,將非目標之分化細胞以及未分化之幹細胞去除,以增加臨床移植之安全性及有效性。科學家希望在分化早期即確認細胞分化情形是否在正確的道路上,有助於省時、省錢。   Reference: https://www.nature.com/articles/s41587-020-0492-5

間質幹細胞胞外體應用於肺高壓治療

        最新研究發現由間質幹細胞 (mesenchymal stem cells, MSCs) 所釋出的胞外體 (exosomes) 可幫助患有肺高壓 (pulmonary hypertension, PH) 之大鼠減緩血管重塑 (vascular remodeling) 現象 [1]。         血管重塑是罹患PH之典型症狀,主要為異常平滑肌細胞增生以及血管內皮細胞減少,導致血壓不平衡而產生PH。先前有研究顯示,MSC釋放之exosome有助於減少血管重塑情形。因此,研究團隊利用從MSC所得到的exosome注入由monocrotaline所誘導之肺高壓大鼠模型,探討降低血管重塑之機制。         研究團隊培養臍帶間質幹細胞,收集上清液,分離純化出exosomes。將純化之exosomes與內皮細胞共培養,發現肺動脈內皮細胞 (pulmonary arterial endothelial cells, PAECs) 會將exosomes胞吞至細胞內。之後,再將exosomes注入肺高壓大鼠,發現血管重塑減少,右心室損傷降低,血管壁厚度減少,右心室肥大現象減緩,纖維化程度也降低。此外,科學家也發現exosome會提高Wnt5a的表現,而此Wnt signaling pathway已知能有效減少平滑肌細胞之增生、提高內皮細胞之增生。再者,研究團隊也發現exosomes會促進與之接觸PAECs之血管形成、遷徙、貼附以及收縮,而exosomes也會降低與之接觸之肺動脈肌肉細胞 (pulmonary arterial muscle cells, PAMSCs) 的增生。         綜合言之,exosomes透過Wnt5a來調控內皮細胞與肌肉細胞之表現,進而應用於肺動脈高壓之症狀改善。然而,這些分子機制之展現以及臨床應用還需要更多的研究來佐證。 Reference: https://respiratory-research.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12931-020-1331-4?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=BSCN_2_DD01_CN_bmcso_article_paid_XMOL

肺部中不正常的幹細胞

美國休士頓大學幹細胞專家發現在罹患慢性阻塞性肺病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 病人的肺部大量存在三種不正常的幹細胞,其中一種幹細胞會分泌大量黏液素 (mucin) 而導致微小氣道的阻塞;另外兩種幹細胞則分別會造成肺部纖維化以及發炎而導致肺部功能受損 [1]。科學家們期望利用找尋這些幹細胞的弱點來治療COPD。 COPD為一統稱,包含慢性支氣管炎、微小氣道阻塞以及肺氣腫,常見特徵為發炎、纖維化、黏液素過度分泌以及化生性上皮病變。目前臨床上並沒有治癒此疾病的方法,也無法避免因此疾病而導致的死亡,僅能夠減緩症狀帶來的不適。 研究團隊發現在正常、健康人的肺部主要由正常的肺部幹細胞主導,也有少許的其他三種不正常的幹細胞;而在COPD患者的肺部則由三種不正常的幹細胞主導肺部發展,進而導致此疾病的產生。研究人員將這三種幹細胞單獨分離出來,進行單一細胞聚落培養後,植入免疫缺陷小鼠中,發現這三種幹細胞均會產生COPD的症狀,然而非常驚喜的是,他們分別表現出三種形式的COPD-黏液素過度分泌、纖維化以及慢性發炎。 科學家發現不同不正常的幹細胞引發不同的COPD症狀,因此科學家們正在努力篩選特定藥物對抗不同的幹細胞,期望以對症下藥的方式達到殺死不正常的幹細胞而保留正常的幹細胞以利肺部功能再生。   Reference: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420303408?via%3Dihub

幹細胞療法可以治癒愛滋病嗎?

         一位患有血癌之愛滋病患者在幹細胞移植以產生抗HIV病毒之白血球取代原本患者之白血球後,在其體內似乎已找尋不到HIV病毒之蹤跡 [1]。十年前已有一位成功者,至今那位接受此療法的病患體內已找不到HIV病毒。         這位愛滋病患者因其罹患血癌而必須執行骨髓捐贈手術,摧毀其原本的血球並置換成健康捐贈者的幹細胞。然而,並非只是使用單純匹配成功的健康捐贈者,而是特別挑選在CCR5基因有兩處突變的捐贈者,因為這些突變會使得體內白血球的表面抗原產生變異而免於HIV的感染。根據研究指出,這名愛滋病患者在接受骨髓移植後,其體內的白血球均置換成不會被HIV病毒感染的突變白血球。研究團隊將此病患移植後的血球分離,進行HIV感染實驗,發現這些血球細胞並不會被感染。研究團隊也發現移植後患者體內的HIV病毒消失了;患者在移植手術後16個月,停止雞尾酒療法 (antiretroviral drugs),在停止服用藥物的18個月後,依然找不到HIV病毒的痕跡。         然而,這種幹細胞治療方法並不能適用在大部分的愛滋病患者,除非患者本身罹患白血病或其他需要進行骨髓移植的疾病。因為接受骨髓移植的風險遠高於每天定時服用愛滋病藥物,且骨髓移植也可能產生許多致命的副作用,但是,研究團隊也提到未來可以發展出以CCR5基因為目標的藥物來治療愛滋病。   Reference: https://www.nature.com/articles/d41586-019-00798-3

間質幹細胞治療新冠肺炎症狀

        時至今日,新型冠狀病毒 (COVID-19) 依舊肆虐全球,許多研究團隊致力於找尋對抗此病毒及其衍生之肺炎症狀的治療方法。先前介紹過有科學家欲利用間質幹細胞 (mesenchymal stem cells, MSCs) 消除患者體內的新冠病毒。而最新研究發現,MSC 對於肺炎症狀具有緩解之效果,能適度恢復病患損傷的肺部功能 [1, 2]。         根據研究結果顯示,新冠肺炎患者在靜脈注射 MSCs 兩天後,肺部功能及肺炎造成的症狀明顯得到改善;發炎指數也明顯下降,過度激活的細胞激素分泌細胞也在3到6天內消除。此外,有三位(共七位受試者)病患在注射 MSCs 的10天後康復出院。另外,該研究也指出 MSCs 並不會遭受新冠病毒的攻擊、感染,可視為一有效、安全的治療方式。         新型冠狀肺炎已成為全球性傳染疾病,找尋治療方式,無論是細胞療法、藥物、疫苗等,都成為首要之務。MSC 先前即應用於治療肺炎,因此對於其治療新冠肺炎是可以預期的。然而,需要施打的細胞數目、時長、發炎部位,都有待商榷。希望不遠的將來能有明確的方式以治療新型冠狀肺炎。   Reference: http://www.aginganddisease.org/EN/10.14336/AD.2020.0228#1 http://www.aginganddisease.org/EN/10.14336/AD.2020.0301

超級人瑞的誘導型多能幹細胞

       科學家一直以來致力與找尋為什麼有些人能成為超級人瑞 (超過110歲者,supercentenarian),而大部分的人卻不行?因此,有研究團隊將一位114歲女性的細胞轉成誘導型多能幹細胞 (induced pluripotent stem cells, iPSCs),期望利用這些細胞找到超級人瑞長壽且健康的原因 [1]。         研究團隊利用Yamanaka因子將114歲女性、43歲健康者及8歲早衰症兒童的血球細胞轉換成iPSCs,再將這些細胞分化成mesenchymal progenitor cells。結果發現超級人瑞的細胞也能如健康者和早衰者一樣,輕易地轉變成iPSCs,雖然轉換效率有較低,研究團隊推論可能是某些長期老化造成的原因導致回春的效率較難被克服。此外,超級人瑞iPSC的端粒(用於保護DNA,且會隨著年紀而變短)長度也恢復到跟胚胎一樣。         該研究團隊期望利用超級人瑞的iPSC探討其長壽的原因,譬如,對比超級人瑞和早衰者iPSC的基因差異,找出存在於超級人瑞中與長壽有關係的基因表現或分子參與過程。也希望藉由這些探索過程發展出特殊藥物治療早衰症。 Reference: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X20303661?via%3Dihub

幹細胞混合療法有望治療胃輕攤

美國研究團隊表示移植神經前驅細胞與卡氏間質細胞 (interstitial cell of Cajal, ICC) 混合物可以恢復胃部肌肉功能,使得食物在消化系統中能正常地移動、消化,也就是說可能可以用於治療胃輕攤 (gastroparesis) [1]。         胃輕攤,俗稱「胃下垂」,臨床定義為在沒有機械性阻塞的情形下,食物在停留於胃中過久,導致不適。當腸道的神經、肌肉功能產生異常,或患者體內所釋放的一些物質抑制胃排空時,通常容易產生胃輕癱的現象。目前的治療方式為給予藥物、調整飲食,甚至手術,而這些方法均只能緩解病症,但是並無法為病人帶來長期的減緩負擔。         先前有研究表示移植神經幹細胞或胚胎神經脊細胞 (embryonic neural crest cell) 對於胚胎腸道內的幹細胞及前驅細胞之功能分化及生存有相當大的益處。因此,該研究團隊選用移植腸神經系統衍生的成人神經前驅細胞 (enteric nervous system derived adult neural-progenitor cells, ENS-derived NPCs) 和 ICC 來探討該細胞混合物對於幽門失能的影響。         研究團隊利用藥物誘導大鼠幽門失能後,將幽門取出進行離體 (ex vivo) 培養,而後將混合之細胞- ENS-derived NPCs 和 ICC -多點注射至離體模型中。研究結果顯示這些細胞的存活率很高且能有效地與宿主肌肉層融合,也發現此細胞混合物能有效修復及重現胃部肌肉失能的現象。         雖然此研究是在離體中進行,但其成果是具有突破性的。之後,研究團隊亦會將成果用於活體動物上,也期望未來能進行臨床研究,造福遭受胃輕攤困擾的患者。   Reference: https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sctm.19-0316

MSC治療危急性肢體缺血,即將進行第二期臨床試驗

Cynata Therapeutics獲得英國藥品和醫療產品監管署 (Medicines and Healthcare products Regulatory Agency) 同意,將利用旗下開發之細胞產品Cymerus™ MSC (mesenchymal stem cell, 間質幹細胞) 進行危急性肢體缺血之第二期臨床試驗。 危急性肢體缺血 (critical limb ischemia, CLI) 為一種周邊動脈疾病 (peripheral artery disease, PAD) 的嚴重臨床表現,其病因爲不正常的肢體血流而導致疼痛或組織損壞,例如潰瘍或壞疽。治療方法為血管重建手術、藥物治療甚至截肢。 根據Cynata進行的小鼠動物實驗可知,對於血流恢復情形,注射Cymerus™ MSC的後肢缺血小鼠較注射生理食鹽水的後肢缺血小鼠佳。實驗七天後,Cymerus™ MSC組別的小鼠血流至後肢;而生理食鹽水組別的小鼠後肢接近無血流且失去作用 [1]。         Cynata將在澳洲及英國兩地進行多中心臨床試驗,若此臨床試驗證明MSC細胞療法對於肢體缺血有顯著治療效果,這將有利於那些因此疾病而需要截肢的患者們。   Reference: https://www.cynata.com/critical-limb-ischemia

間質幹細胞可以治療新型冠狀肺炎嗎?

隨著新型冠狀病毒 (coronavirus disease 2019, COVID-19) 造成肺炎的疫情不斷增溫,研究學者們致力於找尋適當的方法治療感染COVID-19的患者。先前研究發現,幹細胞可以藉由促進特定基因表現,例如干擾素-γ (interferon gamma stimulated genes, ISGs) ,來達到對抗病毒入侵 [1]。也有研究顯示,注射間質幹細胞 (mesenchymal stem cells, MSCs) 至遭受流感病毒感染的小鼠,可以減少急性肺部損害以及增加存活率 [2]。對於MSC的功能有相當多的研究,包括抑制與調節免疫反應、促進受損組織的再生與修復、降低組織損傷。 因此,近期許多臨床研究致力於研究MSC對於治療COVID-19患者的有效性及安全性 [3-5]。科學家認為雖然MSC無法消滅這些病毒,但是可以藉由提升病患本身的免疫力來對抗這些病毒以提高感染後的存活率。   Reference: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286741731365X?via%3Dihub https://www.pnas.org/content/113/13/3621 https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04252118 https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04273646 https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04269525