急性缺血性卒中是動(dòng)脈內干細胞輸注的主要應用領(lǐng)域之一，也突顯了干細胞治療神經(jīng)系統疾病面臨的獨特挑戰。有效的動(dòng)脈干細胞輸注是一個(gè)復雜過(guò)程，需要合理選擇并制備具有免疫相容性的干細胞、在最佳時(shí)機注射最佳劑量以確保細胞最大存活率、并采用方法追蹤細胞的輸送與沉積。

深入理解這些挑戰的基礎，在于對干細胞本身的認知。該療法面臨的挑戰重大，涉及患者篩選、干細胞類(lèi)型與來(lái)源、針對特定應用的制備與優(yōu)化、安全劑量確定、注射過(guò)程中對細胞輸送與攝取的監測，以及治療后反應評估。

動(dòng)脈輸注干細胞治療缺血性中風(fēng)的技術(shù)挑戰、優(yōu)化策略與臨床轉化前景

鑒于動(dòng)脈輸注在神經(jīng)系統疾病治療，尤其是中風(fēng)治療中的潛力日益受到關(guān)注，近期，國際權威期刊雜志《Arterial Treatment of Neurological Diseases》發(fā)表了一篇“動(dòng)脈內輸送干細胞：干細胞在中風(fēng)治療中的作用”的研究綜述^[1]。

作為該領(lǐng)域的系統梳理，本章將綜述動(dòng)脈干細胞輸注的來(lái)源、處理流程、應用范圍、現存局限及其潛在前景。

在具體探討動(dòng)脈輸注的應用之前，有必要先明確相關(guān)干細胞的核心概念。

干細胞核心特性與基礎術(shù)語(yǔ)

在深入討論干細胞之前，需明確其核心概念。

干細胞的核心特性包括：自我更新能力（產(chǎn)生與自身完全相同的子細胞）、分化能力（進(jìn)入特定細胞譜系并轉變?yōu)榫哂刑囟ㄐ螒B(tài)和功能的終末細胞），以及相對較少被強調的功能性重建（發(fā)揮與原組織相同的功能）。

另一個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)是多能性（Potency），它描述干細胞向不同細胞類(lèi)型分化的潛能。

可塑性（Plasticity）則特指成體細胞分化并獲得新表型身份的能力。

基于上述多能性差異，干細胞可進(jìn)一步分類(lèi)：干細胞類(lèi)型與分化潛能（基于多能性）

干細胞根據分化潛能分類(lèi)：全能性（Totipotent）干細胞（如受精卵早期分裂球）能分化為包括胚外組織（如胎盤(pán)）在內的所有細胞類(lèi)型。胚胎干細胞（ESCs）來(lái)源于囊胚內細胞團，屬于多能性（Pluripotent）干細胞，能分化為所有成體細胞類(lèi)型（來(lái)自?xún)扰邔?、中胚層、外胚層這三大胚層）。

多潛能性（Multipotent）干細胞（如成體干細胞）則局限于特定譜系內分化（如造血干細胞分化為多種血細胞）。

胚胎發(fā)育中的原腸胚形成（Gastrulation）過(guò)程形成了三大胚層：內胚層（發(fā)育為內臟器官）、中胚層（發(fā)育為肌肉、血細胞等）和外胚層（發(fā)育為皮膚、神經(jīng)元等）。

與多能干細胞密切相關(guān)但特性不同的細胞類(lèi)型還包括：前體細胞、干性、微環(huán)境與成體干細胞分布

前體細胞（Progenitor cells）雖具有自我更新和分化能力，但其譜系限制更嚴格、增殖能力較弱（如神經(jīng)前體細胞僅分化為神經(jīng)細胞）。

干性（Stemness）指細胞自我更新并分化替代健康細胞的能力，但異常時(shí)可能導致惡性轉化。

干細胞存在于特定的微環(huán)境（Niche）中，這為其提供功能性支持。成體干細胞廣泛分布于組織中，例如骨髓（含間充質(zhì)干細胞MSC和造血干細胞HSC）、牙髓、心臟、肝臟、皮膚，以及大腦的室下區和海馬齒狀回下區。

明確了干細胞的基礎特性與分類(lèi)后， 動(dòng)脈內輸送干細胞治療腦中風(fēng)的干細胞來(lái)源

胚胎干細胞（Embryonic stem cells）：?可在胚胎發(fā)育的囊胚階段，從內細胞團中的全能細胞獲得（見(jiàn)圖1）。

人多能干細胞（hPSC）：可來(lái)源于骨髓、臍帶基質(zhì)、臍帶血、脂肪組織以及其他多個(gè)器官。

神經(jīng)前體干細胞（Progenitor neural stem cells）：存在于大腦、脊髓和下丘腦中。

誘導多能干細胞（Induced pluripotent stem cells, iPSC）：通過(guò)對成體細胞進(jìn)行重編程和轉化而獲得。

根據供體來(lái)源不同，干細胞可分為：

• 自體移植（Autografts）： 來(lái)源于患者自身；
• 同種異體移植（Allografts）：來(lái)源于同一物種的供體；
• 異種移植（Xenografts）：來(lái)源于不同物種。

目前在臨床上易于獲取的干細胞來(lái)源主要包括：骨髓、臍帶血、脂肪組織以及牙髓。

為了更系統地比較這些潛在用于治療的干細胞類(lèi)型。

干細胞的特征

表1總結并擴展了主要干細胞類(lèi)型及其來(lái)源、表面標志以及優(yōu)缺點(diǎn)。

在神經(jīng)系統疾病治療中，以下幾種干細胞類(lèi)型尤為關(guān)鍵：與神經(jīng)系統應用相關(guān)的干細胞

胚胎干細胞 (ESC)：胚胎干細胞 (ESC) 源自早期哺乳動(dòng)物胚胎的內細胞團，具有無(wú)限增殖能力并保持多能性（可分化為三個(gè)胚層的所有細胞類(lèi)型）。然而，這種強大的增殖潛力也帶來(lái)了致瘤風(fēng)險。其來(lái)源于胚胎的特性引發(fā)了重要的倫理問(wèn)題，限制了其直接臨床應用（通常需先轉化為特定前體細胞）。

盡管如此，ESC在動(dòng)物模型（包括靈長(cháng)類(lèi)）中已顯示出對帕金森病、肌萎縮側索硬化癥 (ALS) 和多發(fā)性硬化癥的治療潛力。由于倫理考量，ESC在研究和潛在治療中的應用已很大程度上被誘導性多能干細胞 (iPSC) 所取代。

誘導性多能干細胞 (iPSC)：誘導性多能干細胞 (iPSC) 通過(guò)重編程成體細胞（如皮膚或血細胞）獲得，其功能類(lèi)似ESC，但規避了胚胎來(lái)源的倫理爭議。重編程通過(guò)引入關(guān)鍵轉錄因子（如OCT4, SOX2, KLF4, MYC）實(shí)現。

iPSC的核心應用在于構建神經(jīng)系統疾病模型（涵蓋脆性X綜合征、唐氏綜合征、帕金森病、阿爾茨海默病等），包括創(chuàng )建含人神經(jīng)元/膠質(zhì)細胞的人鼠嵌合腦以及用于藥物研究的2D/3D類(lèi)腦器官。

雖然iPSC在理解神經(jīng)疾?。ㄈ缗两鹕?、亨廷頓病、ALS、脊髓性肌萎縮癥）和推動(dòng)臨床應用方面潛力巨大，但仍面臨重編程一致性、規?；a(chǎn)、質(zhì)量控制以及潛在的致瘤性等挑戰。探索利用其分泌組（而非完整細胞）可能是克服部分挑戰的途徑。

間充質(zhì)干細胞（MSCs）：MSCs存在于許多成人組織、臍帶血和基質(zhì)（沃頓氏膠狀物）中。這些細胞的特點(diǎn)是粘附在塑料表面。它們很大，大小為5到50微米。

MSC易于分離和處理。這些細胞存在于骨髓、臍帶/臍帶血、胎盤(pán)、羊水、脂肪組織、牙齒組織、唾液腺、滑液和經(jīng)血中。MSCs可以替代細胞、抑制炎癥反應、具有神經(jīng)保護和抗凋亡作用，并促進(jìn)血管生成。它們還可以作為藥物微膠囊和溶瘤病毒的治療載體。

MSCs外泌體可能能夠穿透血腦屏障 (BBB)。干細胞用于治療缺血性中風(fēng)的原理是，與缺血、炎癥、細胞凋亡、血管生成、免疫反應和神經(jīng)可塑性相關(guān)的多種損傷途徑?jīng)Q定了中風(fēng)的預后，而所有這些因素都可以通過(guò)干細胞改變。

神經(jīng)干細胞（NSC）和神經(jīng)祖細胞（NPC）：神經(jīng)干細胞 (NSC) 具有分化為大腦內所有神經(jīng)細胞類(lèi)型（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞）的潛能，而神經(jīng)祖細胞 (NPC) 則分化能力更為受限，通常來(lái)源于胚胎干細胞 (ESC) 或誘導多能干細胞 (iPSC)，并已定向發(fā)育為神經(jīng)組織。

這些細胞在胎兒和出生后哺乳動(dòng)物大腦特定區域（如海馬齒狀回下區、側腦室腦室下區、小腦、視網(wǎng)膜、脊髓）存在，但成年人體內這些細胞群的存在及其功能意義仍有待明確。

將NPC直接注射到目標區域（例如在中風(fēng)模型中）可改善功能，其機制在于它們在宿主組織中的整合以及釋放的旁分泌信號分子。此外，人類(lèi)ESC衍生的NPC可被轉化為特定的功能細胞類(lèi)型，如多巴胺能神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞。

骨髓單核細胞（BM-MNC）：BM-MNC是骨髓中的細胞，其細胞核呈圓形或非分葉狀，缺乏細胞質(zhì)顆粒，具有特征性的干細胞特性。這些細胞包括原始多能干細胞、MSC、小胚胎樣干細胞、多能成體祖細胞、內皮祖細胞、組織定向干細胞和成血管細胞。這些細胞在應激過(guò)程中從骨髓釋放，可植入多種受損組織。它們可以與受損組織整合，觸發(fā)血管生成，并釋放旁分泌因子。

這些因子具有細胞保護、抗凋亡、抗炎和抗纖維化作用，并有助于募集其他干細胞。BM-MNC是相對較小的干細胞（5-12μm），因此發(fā)生栓塞性血管閉塞的風(fēng)險較低。細胞大小是冠狀動(dòng)脈注射后植入的重要決定因素。

干細胞輸送方法

干細胞的遞送與藥物的遞送截然不同。干細胞是具有代謝活性的實(shí)體。確保從采集到遞送的整個(gè)過(guò)程中的活力對于細胞替換至關(guān)重要，盡管無(wú)細胞分泌體注射可以帶來(lái)一些益處。與藥物不同，干細胞具有組織向性，并主動(dòng)遷移至受損或發(fā)炎的細胞。

它們的旁分泌因子復雜，在注射部位以外的擴散有限。雖然干細胞的一些免疫調節作用可以遠程實(shí)現，但局部遞送可以顯著(zhù)提高干細胞治療的益處?？焖?、有效、安全、便捷地將干細胞遞送至目標部位一直是轉化研究的一大難題。

表2列出的干細胞輸送途徑取決于具體應用。對于全身性疾病，靜脈注射是輸送細胞的最佳方式。然而，對于局部病變的治療，局部區域輸送優(yōu)于靜脈輸送，部分原因是它避免了細胞被肺、肝和脾臟滯留。

在明確了細胞來(lái)源和特性及細胞輸注方法后，其臨床轉化現狀如何？

動(dòng)脈內輸送干細胞治療中風(fēng)的臨床試驗

表3列出了國家臨床試驗注冊中心網(wǎng)站上報告的正在進(jìn)行的急性缺血性中風(fēng)干細胞試驗。

一項包含16項臨床研究的薈萃分析顯示，局部區域性給藥（如立體定向移植或頸動(dòng)脈內注射）的干細胞輸注顯著(zhù)優(yōu)于靜脈輸注。

另一項納入26項研究（其中9項在2010年之前）的薈萃分析表明，不同輸注方式下的干細胞治療均具有良好的耐受性，并呈現出改善神經(jīng)功能結局的趨勢。

近期一項關(guān)于臨床試驗的綜述則探討了動(dòng)脈內注射干細胞的應用，建議其用于急性卒中治療，但同時(shí)提出了關(guān)于動(dòng)脈內注射后細胞再分布的擔憂(yōu)。

盡管在設計嚴謹、樣本量充分的臨床試驗中，目前尚無(wú)確鑿證據證明動(dòng)脈內干細胞治療可帶來(lái)長(cháng)期獲益，但現有證據已表明干細胞療法具有前景，其輸注方式也不同于傳統藥物。

在過(guò)去40年中，藥物性神經(jīng)保護策略的失敗迫使我們尋求新的治療手段。隨著(zhù)血管內取栓術(shù)（thrombectomy）經(jīng)驗的積累，干預時(shí)間窗正逐步基于灌注參數而延長(cháng)。干細胞療法有望為超出取栓時(shí)間窗或不適合該治療的患者帶來(lái)新的希望。

接下來(lái)，我們系統分析動(dòng)脈輸注干細胞治療中風(fēng)的應用價(jià)值及其優(yōu)缺點(diǎn)

動(dòng)脈輸注干細胞治療中風(fēng)的應用與優(yōu)缺點(diǎn)

廣泛應用與組織適應性：通過(guò)動(dòng)脈注射輸送干細胞在多個(gè)器官中均具有應用潛力。雖然這些技術(shù)在某些方面相似，但必須根據不同組織的需求進(jìn)行調整。例如，向肝臟進(jìn)行動(dòng)脈干細胞輸注在細胞類(lèi)型選擇及注射方式上，都與腦部存在顯著(zhù)差異。

在肝臟中，血管栓塞可能有助于干細胞遞送，而在大腦中，任何栓塞事件都可能加重組織損傷。正如前文所述，不同器官疾病中的動(dòng)脈給藥存在某些共性，包括：相較于靜脈輸注，動(dòng)脈輸注具有更強的靶向性，但低于直接注射；細胞大小是決定沉積程度的重要因素；注射細胞數量影響療效；過(guò)量細胞可能導致不良結局；干細胞可能從注射部位再分布至肺、肝和脾；使用適當的示蹤標記可追蹤干細胞在局部的動(dòng)力學(xué)；干細胞的療效部分來(lái)源于旁分泌效應。

動(dòng)脈干細胞輸注的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：高濃度輸送至靶部位；避免血容量稀釋?zhuān)粶p少被肺、脾和肝清除；療效優(yōu)于靜脈輸注；與直接注射相比微創(chuàng )；動(dòng)脈或血管造影操作相對常規且安全；可與其他動(dòng)脈介入同時(shí)實(shí)施；跨器官應用潛力大。

缺點(diǎn)：需要動(dòng)脈穿刺和導管置入；大體積MSC或較高細胞負荷存在栓塞風(fēng)險；注射壓力或噴射可能導致組織損傷；細胞滯留率可能極低，僅1–5%的注射細胞能沉積；小體積干細胞可能迅速再分布。

鑒于上述優(yōu)缺點(diǎn)，如何優(yōu)化動(dòng)脈干細胞輸注？

動(dòng)脈干細胞輸注的優(yōu)化

與藥物輸注的比較：計算機模型表明，動(dòng)脈藥物輸注在區域血流低、區域提取率高及全身清除率高時(shí)效果最佳。然而，這些規律并不能完全應用于活體干細胞。與藥物分子不同，干細胞體積大，存在與其大小直接相關(guān)的栓塞風(fēng)險。因此，過(guò)量沉積或過(guò)多注射大體積細胞可能有害。

此外，非靶部位清除可能導致干細胞在非靶部位的意外發(fā)育甚至惡性轉化。盡管如此，兩者仍有相似之處：動(dòng)脈輸注可在靶部位遞送大量干細胞，適度降低血流有助于細胞滯留。通過(guò)表面標記可改進(jìn)干細胞追蹤，從而提高局部提取率。與藥物類(lèi)似，血腦屏障（BBB）阻礙干細胞輸送，因此可通過(guò)超聲破壞來(lái)增強局部沉積。

具體而言，影響腦內動(dòng)脈干細胞輸注成功的關(guān)鍵因素包括：

細胞大小是首要限制因素：腦毛細血管直徑僅5-10μm，與干細胞尺寸（MNSC:6-12μm, NSC:10-20μm, BMSC:5-50μm）高度重疊。其中MNSC因尺寸最小栓塞風(fēng)險最低，NSC次之，而體積差異大的BMSC風(fēng)險最高。研究證實(shí)栓塞并發(fā)癥發(fā)生率與細胞大小呈正相關(guān)，白細胞（10-25μm）在毛細血管中的受限運動(dòng)即是警示。

細胞劑量需精準物種適配：確定安全有效劑量極具挑戰。Guzman團隊提出”細胞數/克腦重”的標準化方法：小鼠耐受極限為7.5×10?細胞/g（超量致血流障礙），而犬類(lèi)僅0.4×10?細胞/g即出現微栓塞。值得注意的是，大鼠可耐受150×10?細胞/g的MNSC，但NSC在10×10?細胞/g時(shí)已引發(fā)栓塞。輸注時(shí)必須實(shí)時(shí)監測區域血流，并依據頸動(dòng)脈灌注范圍進(jìn)行權重校正。

灌注速度須嚴格生理適配：血管造影中對比劑推注速率（頸總動(dòng)脈7-10mL/s）遠超實(shí)際血流量，操作中依賴(lài)人工調節壓力。過(guò)高壓力可能導致出血（類(lèi)似動(dòng)脈化療并發(fā)癥）。干細胞輸注需精確控制速率，避免因超生理流速引發(fā)血管損傷或細胞栓塞。

注射時(shí)機依賴(lài)病理時(shí)間窗：動(dòng)物研究表明：干細胞療效具有嚴格時(shí)間依賴(lài)性。亞急性期（再灌注后48-72小時(shí)）為黃金窗口——此時(shí)血腦屏障（BBB）破壞利于細胞植入，而過(guò)早輸注（＜24小時(shí)）會(huì )因缺血酸中毒降低細胞存活率。多數研究反對在再灌注同時(shí)給藥。

干細胞特性決定整合效能：自體骨髓/間充質(zhì)干細胞（BMSC）免疫原性低，但在神經(jīng)組織中整合能力有限；神經(jīng)干細胞（NSC）雖能高效整合，其分化方向卻難精準調控。選擇細胞類(lèi)型需權衡免疫相容性與靶向分化能力這對矛盾。

為了克服這些影響因素，可采取以下輔助措施：輔助措施以改善動(dòng)脈干細胞輸注：

冠狀動(dòng)脈中使用“血流阻斷”可提高輸注效果，但在卒中中則可能加重缺血損傷；BBB破壞；優(yōu)化培養條件：在神經(jīng)生長(cháng)因子（NGF）及腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子（BDNF）作用下培養干細胞，可在創(chuàng )傷性腦損傷后24小時(shí)將MSC的植入率提高約15–20%；配體修飾：在NSCs表面富集CD49等配體，可增強其與血管內皮的黏附能力；磁性靶向：與腦室內或靜脈輸注類(lèi)似，磁性靶向可提高動(dòng)脈輸注效果。

綜合以上討論，動(dòng)脈輸注干細胞治療中風(fēng)的未來(lái)挑戰與應用

治療價(jià)值與臨床現狀：缺血性中風(fēng)占所有中風(fēng)的80%，傳統神經(jīng)保護藥物研發(fā)因數百項臨床試驗失敗而陷入困境。干細胞的再生能力、抗凋亡及細胞保護作用為其提供了突破性治療潛力。

動(dòng)脈輸注被視為急性缺血性中風(fēng)的首選途徑，因其可借助現有動(dòng)脈介入技術(shù)（如血栓切除術(shù)）直接靶向病灶，且臨床前研究顯示其效果優(yōu)于靜脈輸注。然而，目前針對神經(jīng)系統疾病的動(dòng)脈干細胞治療臨床研究遠少于心臟疾?。ū?），凸顯該領(lǐng)域的探索不足。

動(dòng)脈輸注面臨多重挑戰：

細胞選擇與制備：需嚴格篩選免疫相容干細胞（如避免MSC栓塞風(fēng)險或MNSC效力不足）；精準遞送：需在最佳時(shí)間窗注入精確劑量，確保細胞有效沉積且不阻塞血流；監測技術(shù)：依賴(lài)影像實(shí)時(shí)追蹤細胞輸送（如MRI標記干細胞）；設備整合：亟需開(kāi)發(fā)CT-MRI一體機（圖4），解決傳統分設備掃描導致的圖像配準延誤，為干細胞輸注爭取關(guān)鍵時(shí)間。

創(chuàng )新替代方案——干細胞衍生物

鑒于完整干細胞的應用風(fēng)險（如栓塞、惡性轉化），未來(lái)策略轉向干細胞衍生物：干細胞分泌組：含細胞保護/抗炎因子，無(wú)栓塞風(fēng)險，可立即用于微循環(huán)未恢復的急性期；外泌體（40-160nm）：遞送治療性物質(zhì)，兼具組織向性和安全性。兩者可儲存備用，免疫風(fēng)險極低，并為后續完整干細胞治療創(chuàng )造有利條件。

未來(lái)治療范式

動(dòng)脈干細胞治療需從”單次輸注”轉向多階段序貫治療（圖5）：急性期：用分泌組/外泌體保護組織；恢復期：待灌注改善后輸注完整干細胞促進(jìn)再生；影像指導：通過(guò)一體化CT-MRI動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略。這種”產(chǎn)品組合+精準時(shí)序”的模式，有望為缺血性中風(fēng)提供全新解決方案。

綜上所述，得出以下結論：

現狀與核心挑戰：當前干細胞療法的臨床應用僅獲批用于血液疾病，FDA尚未批準任何外泌體產(chǎn)品。盡管再生醫學(xué)領(lǐng)域已投入大量資源開(kāi)發(fā)干細胞及其衍生物（外泌體、分泌組），并在多學(xué)科積極驗證其潛力，有效遞送仍是最大技術(shù)瓶頸。

相較于易于靶向操作的眼科、牙科領(lǐng)域（可能率先獲批），神經(jīng)系統因遞送障礙尤為突出，而動(dòng)脈輸注憑借其與腦組織的直接通路成為有吸引力的解決方案——尤其在血管內技術(shù)成熟的中風(fēng)治療中。

前景與方向

動(dòng)脈輸注干細胞治療中風(fēng)的核心在于精準策略：需結合血流動(dòng)力學(xué)選擇適宜細胞類(lèi)型、優(yōu)化給藥時(shí)機與劑量。未來(lái)突破點(diǎn)可能優(yōu)先來(lái)自干細胞分泌組（而非完整細胞移植），因其能規避栓塞風(fēng)險并發(fā)揮旁分泌保護效應。盡管動(dòng)脈輸注在其他神經(jīng)系統疾病的應用尚處早期，但其有望成為中風(fēng)治療的核心突破口，為再生醫學(xué)提供新范式。

參考資料：

[1]:Ramos, A., Joshi, S. (2025). Intra-arterial Delivery of Stem Cells: Their Role in Stroke Treatment. In: Joshi, S. (eds) Arterial Treatment of Neurological Diseases. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-80173-0_15

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