人類(lèi)神經(jīng)干細胞移植有潛力作為治療多種中樞神經(jīng)系統（CNS）疾病的候選藥物。 吉林中科干細胞純化了人類(lèi)神經(jīng)干細胞，并開(kāi)??發(fā)了用于擴增和儲存的培養條件，以保留其獨特的生物特性。這些人類(lèi)中樞神經(jīng)系統干細胞 (HuCNS-SC?) 的生物活性已在體外和體內進(jìn)行了廣泛的分析。當配制用于移植時(shí)，擴增和冷凍保存的細胞庫保持其干細胞表型、自我更新并生成成熟的少突膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，這些細胞通常存在于中樞神經(jīng)系統中。

人類(lèi)神經(jīng)干細胞的臨床轉化

在本概述中，描述了在中樞神經(jīng)系統的三個(gè)組成部分（大腦、脊髓和眼睛）中追求神經(jīng)保護策略和臨床轉化的基本原理和支持數據。

背景

吉林中科生物的成立宗旨是利用基于單克隆抗體的高速細胞分選技術(shù)平臺發(fā)現組織源性干細胞，該技術(shù)平臺以前用于純化造血干細胞和周?chē)窠?jīng)系統干細胞。最近，該技術(shù)已被用于識別和純化其他組織干細胞，包括毛囊和皮膚、腸道、肌肉和癌癥干細胞。該技術(shù)還可應用于源自胚胎或誘導多能干細胞的多能干細胞群的純化，以消除致畸前體。該公司采用這一策略前瞻性地純化其人類(lèi)中樞神經(jīng)系統干細胞 (HuCNS-SC?) 群體，以擴展為神經(jīng)球和細胞庫。在本概述中，總結了臨床前數據，并提供了將這些細胞推進(jìn)涉及大腦、脊髓和眼睛的臨床試驗的基本原理。

人類(lèi)神經(jīng)系統疾病再生醫學(xué)的一項開(kāi)創(chuàng )性發(fā)現是證明神經(jīng)發(fā)生發(fā)生在成人大腦中。這一發(fā)現，加上我們實(shí)驗室和其他實(shí)驗室對人類(lèi)神經(jīng)干細胞的鑒定和擴增，引發(fā)了大量研究神經(jīng)可塑性和再生的研究。雖然還處于早期階段，但越來(lái)越多的數據表明，人類(lèi)神經(jīng)干細胞或其祖細胞有一天可能會(huì )修復或替換患病或受損的中樞神經(jīng)系統（CNS）內的細胞。

前瞻性鑒定、細胞庫的可重復擴增以及冷凍保存的穩定性促進(jìn)了 HuCNS-SC 向臨床測試的轉化。與一系列人類(lèi)狀況相關(guān)的小動(dòng)物模型的可用性進(jìn)一步促進(jìn)了功效測試和潛在作用機制的研究。此外，過(guò)去將細胞和組織移植到帕金森病或亨廷頓病患者大腦中的經(jīng)驗（在文中進(jìn)行了綜述）為中樞神經(jīng)系統相對免疫特權微環(huán)境中的同種異體長(cháng)期生存提供了見(jiàn)解，并鋪平了道路。用于神經(jīng)干和/或祖細胞產(chǎn)品的研究。

關(guān)于人類(lèi)中樞神經(jīng)系統干細胞

多個(gè)實(shí)驗室通過(guò)組織培養系統中的生長(cháng)和培養細胞命運圖譜研究中的多譜系分化，證明了小鼠和人類(lèi)神經(jīng)干細胞的存在。

2000年，StemCells, Inc. 的科學(xué)家純化了HuCNS-SC，一種成體組織特異性干細胞。每個(gè) HuCNS-SC 庫均采用來(lái)自單個(gè)胎兒腦組織（妊娠16至20周）的純化人類(lèi)神經(jīng)干細胞創(chuàng )建，使用涉及細胞表面標記單克隆抗體和高速細胞分選的分離方案。

該細胞表達高水平的CD133和低水平的CD24(CD133⁺/CD24^-/lo )，并且缺乏造血譜系標記物CD45或CD34的表達。單個(gè)CD133⁺/CD34^–CD45 ^–分選的細胞可以自我更新，形成具有多潛能的神經(jīng)球，因此具有“干細胞”的資格。當CD133⁺/CD24^{– /lo}細胞在規定條件下生長(cháng)時(shí)，就建立了長(cháng)期可擴展的神經(jīng)球培養物。核型和形態(tài)穩定性已通過(guò)十多次傳代和長(cháng)期培養得到證實(shí)。這種細胞分離和培養方法可以重復生成人類(lèi)神經(jīng)干細胞庫。對于人類(lèi)臨床應用，腦組織是根據美國食品和藥物管理局（FDA）的良好組織實(shí)踐要求，通過(guò)批準的非營(yíng)利組織采購機構采購的。

這些細胞的體外分化描繪了它們成為星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和不同神經(jīng)元亞型的多能性。當通過(guò)刺激性培養基添加劑在體外誘導時(shí)，HuCNS-SC通過(guò)體外細胞功能的定量測定評估顯示遷移和吞噬活性顯著(zhù)增加（圖1）。此外，對免疫缺陷小鼠模型大腦中的HuCNS-SC移植的體內分析表明，這些細胞在腦室下區的神經(jīng)源性生態(tài)位中播種，緩慢分裂，并通過(guò)不同的門(mén)戶(hù)遷移，包括向嗅覺(jué)系統的頭側遷移流（圖2）。

長(cháng)期植入（>24周）以位點(diǎn)特異性方式顯示全球中樞神經(jīng)系統遷移和多譜系分化（星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元）（圖3）。這些體內特征為啟動(dòng)特定人類(lèi)中樞神經(jīng)系統疾病的轉化研究奠定了基礎，如下所述。該公司打算開(kāi)發(fā)HuCNS-SC作為基于神經(jīng)保護和神經(jīng)元替代策略的特定CNS疾病的同種異體細胞療法。

培養中的人類(lèi)細胞在特定的生長(cháng)因子條件下變成特定的神經(jīng)元亞型。

(A) Gabaergic（γ-氨基丁酸，GABA）；

(B)多巴胺能（酪氨酸羥化酶；TH)；

(C)膽堿能（膽堿乙酰轉移酶；ChAT）。

(D)分化的神經(jīng)元在體外成熟，如鉗記錄的電壓激活鈉和鉀電流所示。

(E,F) HuCNS-SC 還可分化為由神經(jīng)膠質(zhì)原纖維酸性蛋白 (GFAP;E) 定義的星形膠質(zhì)細胞或由標記 O4 (F) 識別的少突膠質(zhì)細胞。在培養中，罕見(jiàn)的少突膠質(zhì)細胞可以成熟為髓鞘堿性蛋白（MBP）陽(yáng)性細胞（F 插圖）。

(G)熒光珠草坪的圖像，其中通過(guò)遷移/吞噬 HuCNS-SC 清除的珠子軌跡顯示為黑色，被細胞攝取的珠子顯示為亮點(diǎn)（上圖），以及藍色和鬼筆環(huán)肽染色細胞中珠子的合成圖像紅色（下面板）。位于清除軌跡區域內的細胞（下圖中的紅色）與上圖中吞噬珠的亮點(diǎn)共定位。

(H)使用高內涵分析軟件對遷移區域（無(wú)熒光珠）進(jìn)行定量。胎牛血清 (FBS) 中的因子顯著(zhù)增強遷移/吞噬活性，但會(huì )被肌動(dòng)蛋白聚合抑制試劑細胞松弛素 D (CytD) 阻斷。數據代表一式三份孔中的三次獨立實(shí)驗的結果。

 (A)新生兒時(shí)移植有人類(lèi)中樞神經(jīng)系統干細胞 (HuCNS-SC) 的NOD-SCID小鼠大腦的矢狀切片。使用人類(lèi)特異性單克隆抗體STEM121（棕色）通過(guò)免疫過(guò)氧化物酶染色檢測人類(lèi)細胞，這表明大腦內的長(cháng)期植入和整體遷移。移植到側腦室后，人類(lèi)細胞主要駐留在室下區（SVZ）的神經(jīng)源性微環(huán)境中。觀(guān)察到從SVZ徑向遷移，包括通過(guò)頭端遷移流 (RMS) 到嗅球 (OB)。本地宿主信號定義了細胞的主要成熟結果。

(B) HuCNS-SC 分化為嗅球中的顆粒神經(jīng)元。

通過(guò)使用人類(lèi)特異性抗體染色來(lái)檢測移植的HuCNS-SC或其后代。通過(guò)形態(tài)學(xué)或譜系標記物的共染色來(lái)確定細胞譜系。

(A)觀(guān)察到人類(lèi)星形膠質(zhì)細胞（STEM123、hGFAP，紅色）與小鼠血管（β-肌營(yíng)養不良聚糖，綠色）并列。

(B)人類(lèi)少突膠質(zhì)細胞（Olig2；綠色；STEM121紅色）僅限于白質(zhì)區域，例如胼胝體。

(C)在嗅覺(jué)系統內，人類(lèi)細胞分化為具有長(cháng)軸突的顆粒神經(jīng)元（STEM121，紅色）。

疾病的目標

治療中樞神經(jīng)系統疾病一直是現代醫學(xué)最具挑戰性的領(lǐng)域之一。傳統藥物可以緩解一些癥狀，但很少改變病程或阻止進(jìn)展，特別是在神經(jīng)退行性疾病中。使用特定干細胞或祖細胞的再生醫學(xué)提供了防止進(jìn)一步細胞損失（即神經(jīng)保護）和/或替換受損或丟失的神經(jīng)元（即神經(jīng)元替代）的潛力。

此外，神經(jīng)保護和神經(jīng)元替代策略都可以用于治療慢性神經(jīng)退行性疾?。ɡ?，年齡相關(guān)性黃斑變性和阿爾茨海默?。┖瓦z傳性神經(jīng)退行性疾?。ɡ?，神經(jīng)元蠟質(zhì)脂褐質(zhì)沉著(zhù)癥（Batten）、腦白質(zhì)營(yíng)養不良（Pelizaeus-Merzbacher）），以及中樞神經(jīng)系統損傷（例如脊髓損傷 (SCI)、中風(fēng)和創(chuàng )傷性腦損傷）。嘗試治療帕金森病的神經(jīng)元細胞替代特別具有挑戰性，因為需要在特定位置恢復精確的神經(jīng)元類(lèi)型，并適當整合和連接到功能網(wǎng)絡(luò )中。因此，神經(jīng)保護策略被設想為首次使用人類(lèi)神經(jīng)干細胞進(jìn)行人體臨床研究的更容易實(shí)現的目標。在這方面，吉林中科生物正在積極致力于測試HuCNS-SC的多種目標適應癥（表1）。

神經(jīng)保護和神經(jīng)元替代策略的疾病目標

宿主細胞的神經(jīng)保護可通過(guò)多種機制實(shí)現，包括提供神經(jīng)營(yíng)養因子、血管生成因子、免疫調節因子和/或其他維持神經(jīng)元健康所需的蛋白質(zhì)。新的少突膠質(zhì)細胞的再髓鞘化也能保護宿主神經(jīng)元。神經(jīng)元替代策略旨在替代特定丟失或缺乏的細胞，如帕金森病。神經(jīng)干細胞的關(guān)鍵屬性–如自我更新以提供持續的因子生成細胞庫、全中樞神經(jīng)系統遷移特性以及形成新的正常神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞或少突膠質(zhì)細胞的天生能力–使其成為治療多種神經(jīng)退行性疾病的極具吸引力的新型療法。

結論

HuCNS-SC的轉化研究涉及這些細胞在大腦、脊髓和眼睛中的生物活性。迄今為止，特定動(dòng)物模型的臨床前研究已經(jīng)揭示了HuCNS-SC的生物學(xué)特性，與早期臨床研究中出現的人類(lèi)數據相似。

最終證明對患者的效果需要對照研究，但這些試驗的安全性和初步效果的初步結果為繼續進(jìn)行人體測試提供了理由。如果神經(jīng)干細胞移植在改變疾病進(jìn)展方面繼續顯示出有希望的臨床數據，那么這種方法可以為一系列具有挑戰性的神經(jīng)系統疾病提供急需的新型治療方式。

參考資料：Tsukamoto A, Uchida N, Capela A, Gorba T, Huhn S. Clinical translation of human neural stem cells. Stem Cell Res Ther. 2013 Aug 29;4(4):102. doi: 10.1186/scrt313. PMID: 23987648; PMCID: PMC3854682.

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