上一篇 幹細胞：過去、現在和未來 (一)
牙髓幹細胞（DPSC）
這些是從人類牙髓中分離出來的第一批牙科幹細胞，它們 [ 125 ] 位於牙髓內部（表 2）。它們具有成骨和軟骨形成的潛力。分離的牙髓間充質乾細胞 (MSC) 具有高度克隆性；它們可以從成人組織（如骨髓、脂肪組織）和胎兒（如臍帶）[ 126 ] 組織中分離出來，並且它們能夠高度分化[ 127 ]。MSC 分化為成牙本質細胞樣細胞和成骨細胞，形成牙本質和骨骼。它們的最佳來源位置是第三磨牙 [ 125]. DPSCs 是組織工程最有用的牙科來源，因為它們易於手術操作、冷凍保存的可能性、與非牙科幹細胞相比牙本質組織的產量增加，以及它們的抗炎能力。這些細胞有可能成為頜面和骨科重建或口腔以外重建的來源。DPSC 能夠生成已發育牙齒的所有結構 [ 128 ]。特別是，當與牙周組織光生物調節（激光刺激）等其他新療法相結合時，使用 DPSC 可能會取得有益的結果，這是一種刺激增殖和分化為不同細胞類型的有效技術 [ 129 ]]. 可以誘導 DPSCs 形成神經細胞，以幫助治療神經缺陷。
人類乳牙脫落 (SHED) 的干細胞比 DPSC 具有更快的增殖速度，並分化成更多的細胞，例如其他間充質和非間充質乾細胞衍生物，例如神經細胞 [ 130 ]。這些細胞具有一個主要缺點：它們在體內形成不完整的牙本質/牙髓樣複合體。SHED 不會受到與胚胎幹細胞相同的倫理問題。DPSC 和 SHED 都能在體內形成骨樣組織 [ 131 ]，可用於牙周、牙本質或牙髓再生。DPSC 和 SHED 可用於治療，例如，神經缺陷 [ 132 ]。單獨的 DPSCs 被測試並成功應用於牙槽骨和下頜骨重建 [ 133 ]。
牙周膜幹細胞（PDLSCs）
這些細胞用於牙周膜或牙骨質組織的再生。它們可以分化成間充質細胞譜系，在體外產生膠原蛋白形成細胞、脂肪細胞、牙骨質組織、Sharpey 纖維和成骨細胞樣細胞。PDLSCs存在於牙根和牙槽骨表面；然而，對於後者，這些細胞比前者俱有更好的分化能力 [ 134 ]。由於其安全性和有效性，PDLSCs 已成為牙周再生治療的首選 [ 135 , 136 ]。
來自根尖乳頭的干細胞 (SCAP)
這些細胞是位於未成熟根內的間充質結構。它們是從人類未成熟的永久性根尖乳頭中分離出來的。SCAP 是成牙本質細胞的來源並引起根尖發育。這些幹細胞可以在體外誘導形成成牙本質細胞樣細胞、神經元樣細胞或脂肪細胞。SCAP 比DPSC具有更高的增殖能力，這使它們成為組織再生的更好選擇 [ 137、138 ]。
牙囊幹細胞 (DFC)
這些細胞是圍繞正在發育的牙胚的疏鬆結締組織。DFC 包含可分化成成牙骨質細胞、成骨細胞和牙周膜細胞的細胞 [ 139、140 ]。此外，這些細胞甚至在傳代超過 30 代後仍會增殖 [ 141 ]。DFC 最常從第三磨牙的囊中提取。當 DFC 與經過處理的牙本質基質結合時，它們可以形成具有牙髓-牙本質複合體的牙根樣組織，並最終形成牙根 [ 141 ]。當DFC片被Hertwig的上皮根鞘細胞誘導時，它們可以產生牙周組織；因此，DFC 代表了一種非常有前途的牙齒再生材料 [ 142 ]。
牙髓學中的牙髓再生
牙髓幹細胞可以分化成成牙本質細胞。能夠使紙漿再生的方法很少。
第一種是體外方法。適當的干細胞在植入根管之前先在支架上生長 [ 143 ]。
第二種是體內方法。該方法的重點是在體內頂點打開後將乾細胞注入消毒的根通道。此外，必須使用支架來防止細胞向其他組織移動。目前，僅成功創建了紙漿狀結構。
將乾細胞放入根通道構成的方法是軟支架 [ 144 ] 或乾細胞在根尖發生或根尖化中的應用。未成熟的牙齒是最好的來源 [ 145 ]。神經和血管網絡的再生對於保持牙髓組織健康極為重要。
牙科幹細胞的潛力主要在於受損牙本質和牙髓的再生或任何穿孔的修復；在未來，似乎甚至可以生成整顆牙齒。如此巨大的成功將導致植入治療逐漸被取代。下頜骨和上頜骨缺陷可能是乾細胞要解決的最複雜的牙齒問題之一。
通過牙科幹細胞分化獲得非牙科組織細胞
2013 年，據報導可以從口腔外獲得的干細胞（例如從尿液中）長出牙齒 [ 146 ]。來自人類尿液的多能幹細胞被誘導並產生牙齒樣結構。除了硬度 [ 127 ]外，這些結構的物理特性與天然結構相似。儘管如此，它似乎是一種非常有前途的技術，因為它是非侵入性的且成本相對較低，並且可以使用體細胞代替胚胎細胞。更重要的是，從尿液中提取的干細胞沒有形成任何腫瘤，而且自體細胞的使用減少了排斥反應的機會 [ 147 ]。
石墨烯在幹細胞治療中的應用
近年來，石墨烯及其衍生物越來越多地被用作支架材料來介導幹細胞的生長和分化[ 148 ]。石墨烯和氧化石墨烯 (GO) 都具有高面內剛度 [ 149 ]。由於石墨烯具有碳和芳香網絡，因此它與生物分子共價或非共價地起作用；除了其卓越的機械性能外，石墨烯還提供多種化學成分。石墨烯表現出與細胞的生物相容性及其適當的粘附性。它還對增強幹細胞的增殖或分化進行了陽性測試 [ 148 ]。經過積極的實驗，石墨烯顯示出作為乾細胞分化特定譜系的支架和指南的巨大潛力 [ 150 ]]. 石墨烯已成功用於 hMSCs 的移植及其對特定細胞的引導分化。還研究了石墨烯分化和分裂的加速技能。人們發現，石墨烯可以作為一個平台，增加對生長因子和分化化學品的粘附力。還發現 π-π 結合導致粘附增加，並在誘導 hMSC 分化中發揮關鍵作用 [ 150 ]。
基於細胞外囊泡的療法的治療潛力
細胞外囊泡 (EV) 幾乎可以由生物體的每個細胞釋放，包括幹細胞 [ 151 ]，並通過遞送其 mRNA、脂質和蛋白質參與細胞間通訊。作為哦等人。[ 152 ] 證明，幹細胞及其旁分泌因子——外泌體——可以成為治療皮膚老化等疾病的潛在療法。外泌體是大多數細胞分泌的小膜囊泡（直徑 30-120 納米）[ 153 ]。當核內體與質膜融合時，它們變成具有信使 RNA (mRNA) 和微小 RNA (miRNA)、某些類別的非編碼 RNA (IncRNA) 和源自宿主細胞的幾種蛋白質的外泌體 [ 154 ]]. IncRNA 可以結合特定位點並產生表觀遺傳調節因子，從而導致受體細胞中形成表觀遺傳修飾。由於這一特性，外泌體被認為與細胞間通訊和癌症等疾病的進展有關 [ 155 ]。最近，許多研究還顯示了源自乾細胞的外泌體的治療用途，例如皮膚損傷和腎或肺損傷 [ 156 ]。
在皮膚老化中，最重要的因素是暴露於紫外線，稱為“光老化”[ 157 ]，它會導致外在皮膚損傷，其特徵是乾燥、粗糙、不規則色素沉著、病變和皮膚癌。另一方面，在固有的皮膚老化中，彈性的喪失是一個特徵。皮膚真皮由成纖維細胞組成，它們負責合成重要的皮膚元素，例如前膠原或彈性纖維。這些元素形成皮膚真皮的基本框架細胞外基質成分或在組織彈性中起主要作用。成纖維細胞的效率和豐度隨著年齡的增長而降低 [ 158]. 幹細胞可通過分泌血小板衍生生長因子（PDGF）、轉化生長因子β（TGF-β）、鹼性成纖維細胞生長因子等細胞因子促進真皮成纖維細胞增殖。哈等人。[ 159 ] 提到，人羊水幹細胞 (hAFSC) 培養基通過增加真皮成纖維細胞的增殖和遷移，對長波紫外線（UVA，315–400 nm）光老化後的皮膚再生產生積極影響。人們發現，除了誘導成纖維細胞生理機能外，hAFSC 移植還可以改善腎髒病理、各種癌症或中風等疾病[ 160、161 ]。
Oh [ 162 ] 還提出了另一種治療皮膚傷口的方法，這些傷口可能是由身體損傷引起的，也可能是由糖尿病性潰瘍引起的。不含任何動物來源成分的誘導多能幹細胞條件培養基 (iPSC-CM) 可誘導真皮成纖維細胞增殖和遷移。
自然皮膚傷口癒合分為三個步驟：止血/炎症、增殖和重塑。在增殖的關鍵步驟中，成纖維細胞遷移並數量增加，表明這是皮膚修復的關鍵步驟，影響它的iPSC-CM等因素可以改善整個皮膚傷口癒合過程。iPSC 執行的旁分泌作用對於這種治療效果也很重要 [ 163 ]。這些作用導致細胞因子的分泌，例如 TGF-β、白細胞介素 (IL)-6、IL-8、單核細胞趨化蛋白-1 (MCP-1)、血管內皮生長因子 (VEGF)、血小板衍生生長因子- AA (PDGF-AA) 和鹼性成纖維細胞生長因子 (bFGF)。裴等人。[ 164]提到TGF-β誘導角質形成細胞的遷移。Zhou 等人還證明 iPSC 因子可以在體內和體外促進皮膚傷口癒合。[ 165 ] 促進傷口癒合，即使在體內研究中二氧化碳激光錶面重修後也是如此。
彭等。[ 166 ] 研究了源自 hESC 的 EV 對體外培養的視網膜膠質細胞、祖細胞 Müller 細胞的影響，這些細胞已知可分化為視網膜神經元。EV 大小不均，可被培養的 Müller 細胞內化，其蛋白質參與乾細胞多能性的誘導和維持。這些幹細胞衍生的囊泡負責暴露於它們的培養的 Müller 細胞的神經元轉分化。然而，研究文章指出，該程序僅在體外獲得的視網膜上完成。
幹細胞療法的挑戰
儘管幹細胞似乎是一種理想的醫學解決方案，但未來仍有許多障礙需要克服。首要問題之一是倫理問題。
最常見的多能幹細胞是胚胎幹細胞。一開始就使用它們的療法曾經是，現在仍然是倫理衝突的根源。其背後的原因始於 1998 年，科學家們發現了從人類胚胎中去除胚胎幹細胞的可能性。幹細胞療法在治療許多甚至以前無法治癒的疾病方面似乎非常有效。問題在於，當科學家在實驗室中分離出胚胎幹細胞時，具有成為人類潛力的胚胎被破壞了（圖8 ）。正因為如此，科學家們看到了這種治療方法的巨大潛力，將他們的努力集中在如何在不危及它們的來源——胚胎的情況下分離幹細胞。
目前，雖然 hESC 仍然是一種在倫理上有爭議的細胞來源，但它們可能是用於組織再生治療應用的強大工具。由於乾細胞控制系統的複雜性，通過體外觀察仍有很多東西需要學習。要使乾細胞成為一種流行且廣泛可及的手術，必須評估腫瘤風險。第二個問題是在幹細胞和患者身體之間實現成功的免疫耐受。目前，最好的想法之一是使用患者自己的細胞並將它們轉移到多能發育階段。
新細胞需要能夠完全替代丟失或發生故障的天然細胞。此外，人們擔心獲得乾細胞的可能性不會對患者或捐贈者造成發病或疼痛的風險。在將其用於活體患者的各種再生手術之前，還必須評估實施後細胞不受控制的增殖和分化 [ 167 ]。
限制 iPSC 使用的論點之一是它們在致瘤性方面臭名昭著的作用。當細胞被重新編程時，癌基因的表達可能會增加。2008 年，科學家們發現了一種技術，可以在細胞獲得多能性後去除致癌基因，但目前效率不高且需要更長的時間。腫瘤抑制基因 p53 的刪除可能會增強重編程過程，但該基因也是癌症的關鍵調節因子，因此無法去除以避免重編程細胞發生更多突變。該過程的低效率是另一個問題，該問題每年都在逐漸減少。起初，山中伸彌的研究中體細胞重編程率高達0.1%。轉錄因子的使用會產生基因組插入和靶細胞基因組進一步突變的風險。目前，唯一在倫理上可接受的操作是在多能性評估的情況下將 hESCs 注射到小鼠胚胎中 [168 ]。
未來的干細胞障礙
開創性的科學和醫學進步始終需要謹慎監管，以確保它們既合乎道德又安全。由於乾細胞療法已經對生活的許多方面產生了巨大影響，因此不應區別對待。
目前，關於乾細胞存在一些挑戰。首先，最重要的是充分了解幹細胞在動物模型中首先發揮作用的機制。這一步無法避免。對於該程序在全球範圍內的廣泛接受，對未知的恐懼是需要克服的最大挑戰。
必須提高幹細胞定向分化的效率，使乾細胞對普通患者更加可靠和值得信賴。該程序的規模是另一個挑戰。未來的干細胞療法可能是一個重大障礙。移植由幹細胞療法製成的功能齊全的新器官需要創建數百萬個工作正常且生物學上準確的協作細胞。將如此復雜的程序引入普遍、廣泛的再生醫學將需要跨學科和國際合作。
從患者組織中鑑定和正確分離幹細胞是另一個挑戰。免疫排斥是乾細胞移植成功的主要障礙。對於某些類型的干細胞和程序，免疫系統可能會將移植的細胞識別為異物，從而引發免疫反應，從而導致移植或細胞排斥。
可以使乾細胞成為“故障保險”的想法之一是在它們變得危險時實施自毀選項。幹細胞的進一步發展和多功能性可能會降低目前無法治癒的疾病患者的治療成本。當面臨某些器官衰竭時，患者可以利用乾細胞療法代替昂貴的藥物治療。成功手術的效果是立竿見影的，患者將避免慢性藥物治療及其不可避免的副作用。
儘管幹細胞科學面臨的這些挑戰可能是巨大的，但該領域每天都在取得巨大進步。幹細胞療法已經可用於治療多種疾病和病症。它們對未來醫學的影響似乎是巨大的。
結論
經過幾十年的實驗，幹細胞療法正在成為醫學界的重大變革者。隨著每一次實驗，幹細胞的能力都在增長，儘管仍有許多障礙需要克服。無論如何，幹細胞在再生醫學和移植學中的影響是巨大的。目前，無法治癒的神經退行性疾病有可能通過乾細胞療法得到治療。誘導多能性使患者能夠使用自己的細胞。組織庫越來越受歡迎，因為它們收集的細胞是再生醫學的來源，可用於對抗當前和未來的疾病。憑藉幹細胞療法及其所有再生益處，我們能夠比歷史上任何時候都更好地延長人類壽命。