Stem cells translational medicine

Bệnh Parkinson (PD) là rối loạn thoái hóa thần kinh phổ biến thứ hai, ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới. Hiện tại, không có phương pháp chữa trị hiệu quả cho PD; các phương pháp điều trị hiện có chỉ nhằm giải quyết triệu chứng mà không làm ngừng tiến triển của sự thoái hóa thần kinh. Các vesicle ngoại bào (EVs) có khả năng vượt qua hàng rào máu-não và thể hiện tiềm năng như một liệu pháp thay thế đáng hứa hẹn so với các chiến lược điều trị cổ điển. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét tác dụng điều trị của việc đưa EVs qua đường mũi, có nguồn gốc từ tế bào gốc từ răng sữa người (SHEDs), trên mô hình chuột mắc PD do 6-hydroxydopamine (6-OHDA) gây ra. Các thử nghiệm đi bộ CatWalk cho thấy rằng EVs đã hiệu quả trong việc làm giảm các vấn đề về đi lại do 6-OHDA gây ra. Tất cả các thông số đi bộ được thử nghiệm (thời gian đứng, độ dài bước, chu trình bước và chu trình hoạt động) đều được cải thiện đáng kể ở các động vật được điều trị bằng EVs so với nhóm chuột bị tổn thương ở 6-OHDA. Hơn nữa, EVs đã làm chậm số lần quay bên trái do 6-OHDA gây ra trong bài thử nghiệm apomorphine. Sự cải thiện trong chức năng vận động có liên quan đến sự bình thường hóa biểu hiện của tyrosine hydroxylase trong nhân đuôi và chất đen. Kết luận, chúng tôi đã chứng minh, lần đầu tiên, hiệu quả điều trị của việc đưa EVs qua đường mũi có nguồn gốc từ SHEDs trong mô hình chuột mắc PD do tổn thương intra-MFB bởi 6-OHDA gây ra. Những phát hiện của chúng tôi có thể được khai thác tiềm năng cho việc phát triển các chiến lược điều trị mới chống lại PD.

Vai trò quan trọng của tình trạng viêm thần kinh trong việc thúc đẩy và tăng cường quá trình bệnh lý trong bệnh Alzheimer (AD) đã làm gia tăng nhu cầu hướng đến các tế bào miễn dịch bẩm sinh trong não như một chiến lược điều trị tiềm năng nhằm làm chậm tiến trình của bệnh. Trong bối cảnh này, các tế bào gốc trung mô (MSCs) đã tạo ra sự quan tâm đáng kể nhờ vào các thuộc tính điều chỉnh miễn dịch của chúng, mà chủ yếu được cho là do sự giải phóng các vesicle ngoại bào (EVs), bao gồm các exosome và microvesicle. Thật vậy, những hiệu ứng có lợi của MSC-EVs trong việc điều chỉnh phản ứng viêm đã được báo cáo trong các mô hình chuột AD khác nhau sau khi tiêm truyền tĩnh mạch hoặc vào não thất kéo dài. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chuột 3xTg ba chuyển gen lần đầu tiên cho thấy rằng đường tiêm qua mũi cho các EVs, thu được từ MSCs đã được xử lý bằng cytokine, có khả năng tạo ra các hiệu ứng điều chỉnh miễn dịch và bảo vệ thần kinh trong AD. MSC-EVs đã đến não, nơi chúng làm giảm mức độ kích hoạt của các tế bào microglia và tăng mật độ gai dendrite. MSC-EVs đã làm phân cực các microglia chính murine in vitro về kiểu hình chống viêm, gợi ý rằng các hiệu ứng bảo vệ thần kinh quan sát được trong chuột chuyển gen có thể là kết quả của việc điều chỉnh tích cực tình trạng viêm. Khả năng tiêm MSC-EVs qua một lộ trình không xâm lấn và sự chứng minh hiệu quả chống viêm của chúng có thể tăng tốc khả năng khai thác chuyển giao của MSC-EVs trong AD.

Yếu tố phân hóa tăng trưởng 15 (GDF15) là một thành viên khác biệt của họ yếu tố tăng trưởng biến đổi β, được phát hiện trong nhiều loại tế bào, như được chỉ ra bởi sự đa dạng trong việc đặt tên của nó. Tuy nhiên, mô duy nhất thể hiện một lượng lớn GDF15 trong trạng thái sinh lý là nhau thai. GDF15 dễ dàng được phát hiện trong máu, và nồng độ của nó thay đổi theo độ tuổi. Trên thực tế, nồng độ GDF15 trong máu tăng cao liên quan đến nhiều tình trạng bệnh lý. Tuy nhiên, ý nghĩa sinh học cơ sở cho những quan sát này vẫn chưa rõ ràng. GDF15 có thể đóng vai trò tích cực hoặc tiêu cực tùy thuộc vào trạng thái của tế bào hoặc môi trường của chúng. Hơn nữa, việc nghiên cứu sinh học của nó gặp khó khăn do thiếu kiến thức về thụ thể và do đó các con đường tín hiệu điều khiển hoạt động của nó. GDF15 dường như là một tín hiệu tích hợp trong các tình trạng bệnh lý, cung cấp thông tin về mức độ nghiêm trọng của bệnh. Hiệu quả của nó trong việc phân loại bệnh nhân để điều chỉnh điều trị vẫn cần được chứng minh. Việc phát triển các can thiệp trị liệu với GDF15 hoặc các tác nhân chống GDF15 vẫn gặp nhiều khó khăn cho đến khi chúng ta khám phá được cơ chế điều khiển hoạt động của nó.

Các tế bào gốc trung mô (MSCs) có tiềm năng lớn trong ứng dụng y học tái tạo. Tuy nhiên, việc ứng dụng lâm sàng của chúng có thể bị hạn chế bởi khả năng mở rộng số lượng tế bào in vitro trong khi vẫn duy trì được tiềm năng phân hóa và các đặc tính của tế bào gốc. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là kiểm tra ảnh hưởng của một loạt các chất bổ sung trong môi trường nuôi cấy đến khả năng tự tái tạo và phân hóa của MSC. Các tế bào được nuôi cấy cho đến khi đạt đến mật độ tối đa và được tiếp tục cấy chuyền cho đến khi đạt đến giai đoạn lão hóa. Việc bổ sung môi trường với yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF)-2, yếu tố tăng trưởng nguồn gốc tiểu cầu (PDGF)-BB, axit ascorbic (AA), và yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF) không chỉ làm tăng tốc độ tăng sinh mà còn tăng đáng kể số lần phân chia tế bào trước khi đạt đến giai đoạn lão hóa, với sự gia tăng tổng số tế bào hơn 1.000 lần đối với AA, FGF-2, và PDGF-BB so với các văn hóa đối chứng. Nuôi cấy dài hạn liên quan đến việc mất tiềm năng phân hóa thành tế bào xương/tế bào mỡ, đặc biệt là với sự bổ sung FGF-2 nhưng cũng với AA, EGF và PDGF-BB. Ngoài ra, FGF-2 đã làm giảm biểu hiện của CD146 và phosphatase kiềm, nhưng điều này có thể phục hồi một phần khi loại bỏ chất bổ sung. Các tế bào biểu hiện các dấu hiệu bề mặt bao gồm CD146, CD105, CD44, CD90 và CD71 được xác định bằng phương pháp phân tích dòng xuyên suốt, và sự biểu hiện của các dấu hiệu tế bào gốc này vẫn tồn tại ngay cả sau khi mất tiềm năng phân hóa. Tổng thể, việc bổ sung môi trường với FGF-2, AA, EGF và PDGF-BB đã tăng cường đáng kể khả năng mở rộng tổng thể in vitro của các văn hóa MSC, mặc dù tiềm năng phân hóa bị mất trước khi đạt đến lão hóa. Mất tiềm năng phân hóa không được phản ánh bằng sự thay đổi trong biểu hiện các dấu hiệu bề mặt tế bào gốc.

Suy gan cấp trên nền mãn tính (ACLF) là một biến chứng nghiêm trọng, đe dọa tính mạng, và cần thiết phải có các chiến lược điều trị mới và hiệu quả cho suy gan. Việc truyền tế bào gốc trung mô (MSC) đã được chứng minh là có khả năng đảo ngược tình trạng suy gan cấp tính ở chuột và cải thiện chức năng gan ở bệnh nhân có bệnh gan giai đoạn cuối. Chúng tôi đã đánh giá độ an toàn và hiệu quả ban đầu của việc truyền MSC lấy từ dây rốn (UC-MSC) cho bệnh nhân ACLF liên quan đến nhiễm vi rút viêm gan B (HBV). Tổng cộng 43 bệnh nhân ACLF đã được tham gia vào nghiên cứu này, một nghiên cứu mở và có kiểm soát; 24 bệnh nhân được điều trị bằng UC-MSCs, và 19 bệnh nhân còn lại được điều trị bằng dung dịch muối sinh lý như nhóm chứng. Việc điều trị bằng UC-MSC được thực hiện ba lần tại các khoảng cách 4 tuần. Chức năng gan, các sự kiện bất lợi, và tỷ lệ sống sót đã được đánh giá trong thời gian theo dõi 48 tuần hoặc 72 tuần. Không có tác dụng phụ đáng kể nào được quan sát trong quá trình thử nghiệm. Việc truyền UC-MSC đã làm tăng đáng kể tỷ lệ sống sót ở bệnh nhân ACLF; giảm điểm số mô hình cho bệnh gan giai đoạn cuối; tăng nồng độ albumin huyết thanh, cholinesterase, và hoạt tính prothrombin; và tăng số lượng tiểu cầu. Mức bilirubin toàn phần và alanine aminotransferase trong huyết thanh đã giảm đáng kể sau khi truyền UC-MSC. Việc truyền UC-MSC là an toàn trong lâm sàng và có thể là một phương pháp điều trị mới cho bệnh nhân ACLF liên quan đến HBV.

Mất tế bào thần kinh hạch võng mạc (RGC) và các sợi trục của chúng là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây mù lòa, bao gồm các bệnh về mắt chấn thương (bệnh thần kinh thị giác) và thoái hóa (cườm nước). Mặc dù không có liệu pháp lâm sàng nào được sử dụng, tế bào gốc trung mô (MSC) đã chứng tỏ có tác dụng bảo vệ thần kinh và thúc đẩy sự hình thành sợi thần kinh đáng kể đối với RGC trong cả hai mô hình nêu trên. Bằng chứng gần đây cho thấy MSC tiết ra exosome, các túi màng bao gồm (30–100 nm) chứa protein, mRNA và miRNA có thể được chuyển đến các tế bào lân cận. Nghiên cứu hiện tại nhằm mục đích phân lập exosome từ MSC lấy từ tủy xương (BMSC) và thử nghiệm chúng trong mô hình nghiền dây thần kinh thị giác ở chuột (ONC). Việc điều trị các mô hình văn hóa võng mạc chính bằng exosome BMSC cho thấy tác dụng bảo vệ thần kinh và thúc đẩy hình thành sợi thần kinh đáng kể. Hai mươi mốt ngày sau ONC và tiêm thuốc vào thủy tinh thể hàng tuần; chụp ánh sáng đồng bộ quang học, điện sinh lý võng mạc và hóa miễn dịch đã được thực hiện. Exosome nguồn gốc từ BMSC đã thúc đẩy sự sống sót đáng kể của RGC và sự tái sinh các sợi trục của chúng trong khi một phần ngăn chặn mất mát sợi trục RGC và rối loạn chức năng RGC. Exosome đã thành công trong việc chuyển tải hàng hóa của chúng vào các lớp trong của võng mạc và các hiệu ứng phụ thuộc vào miRNA, được chứng minh bằng việc giảm hiệu ứng điều trị của các exosome lấy từ BMSC sau khi gạt bỏ Argonaute-2, một phân tử tác động miRNA quan trọng. Nghiên cứu này ủng hộ việc sử dụng exosome lấy từ BMSC như một liệu pháp không dựa trên tế bào cho căn bệnh mắt chấn thương và thoái hóa.

Chỉ có một vài phương pháp có sẵn để tái tạo các khuyết tật sụn khớp ở bệnh nhân bị thoái hóa khớp. Chúng tôi nhằm mục tiêu đánh giá độ an toàn và hiệu quả của việc tái tạo sụn khớp thông qua một sản phẩm dược phẩm mới được chế tạo từ tế bào gốc trung mô (hUCB-MSCs) lấy từ máu dây rốn người đồng loại. Các bệnh nhân bị thoái hóa khớp Kellgren-Lawrence độ 3 và có khuyết tật sụn độ 4 theo Tiêu Chí Sửa Chữa Sụn Quốc Tế (ICRS) đã được ghi danh vào thử nghiệm lâm sàng này. Sản phẩm dược phẩm dựa trên tế bào gốc (composite của hUCB-MSCs nhân nuôi và gel hyaluronic acid [Cartistem]) được áp dụng vào vị trí tổn thương. Độ an toàn được đánh giá bằng tiêu chí độc tính chung của Tổ Chức Y Tế Thế Giới. Kết quả chính đánh giá hiệu quả là sửa chữa sụn ICRS được đánh giá bằng nội soi sau 12 tuần. Kết quả thứ cấp là điểm số thang đánh giá đau (VAS) khi đi lại. Trong suốt 7 năm theo dõi mở rộng, chúng tôi đã đánh giá độ an toàn, điểm VAS, điểm chủ quan theo Ủy Ban Tài Liệu Gối Quốc Tế (IKDC), kết quả hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), và đánh giá mô học. Bảy người tham gia đã được ghi danh. Mô sụn phục hồi đang phát triển được quan sát thấy trong đánh giá nội soi sau 12 tuần. Điểm VAS và IKDC đã cải thiện sau 24 tuần. Các kết quả lâm sàng được cải thiện ổn định trong suốt 7 năm theo dõi. Các phát hiện mô học sau 1 năm cho thấy có sụn tương tự như sụn hyaline. MRI sau 3 năm cho thấy sự tồn tại của sụn tái tạo. Chỉ có năm trường hợp biến chứng nhẹ đến vừa được ghi nhận. Không có trường hợp tạo xương hay khối u nào được phát hiện trong 7 năm theo dõi. Việc áp dụng sản phẩm dược phẩm mới dựa trên tế bào gốc này dường như là an toàn và hiệu quả cho việc tái tạo sụn khớp bền vững ở khớp gối bị thoái hóa.

Tế bào gốc trung mô (MSC) có tiềm năng lớn trong y học tái tạo nhờ khả năng tự làm mới và phân hóa thành các tế bào đặc hiệu cho mô như tế bào tạo xương (osteoblast), tế bào sụn (chondrocyte) và tế bào mỡ (adipocyte). MSC điều phối sự phát triển, duy trì và sửa chữa mô, và hữu ích trong các liệu pháp tái tạo cơ xương để điều trị các bệnh thoái hóa khớp do tuổi tác và các tình trạng lâm sàng khác. Quan trọng hơn, MSC sản xuất các yếu tố tiết ra có vai trò quan trọng trong việc sửa chữa mô hỗ trợ cho cả chức năng ghép (engraftment) và chức năng nuôi dưỡng (trophic) (tự nội tiết và ngoại tiết). Việc phát triển các quy trình đồng nhất cho cả việc chuẩn bị và đặc trưng hóa MSC, bao gồm các thử nghiệm chức năng tiêu chuẩn để đánh giá tiềm năng sinh học của chúng, là những yếu tố quan trọng góp phần vào tính khả thi lâm sàng của chúng. Các tiêu chí kiểm soát chất lượng và phát hành cho MSC cần bao gồm các dấu hiệu bề mặt tế bào, tiềm năng phân hóa và các thông số tế bào thiết yếu khác. Ví dụ, hồ sơ dấu hiệu bề mặt tế bào (surfactome), khả năng hình thành xương trong các mô hình ghép và mô hình chuẩn, cũng như kích thước tế bào và độ phân giải, chiều dài telomere, tình trạng lão hóa, sự tiết ra yếu tố nuôi dưỡng (secretome), và điều chỉnh miễn dịch, cần được đánh giá kỹ lưỡng để dự đoán tính khả thi của MSC cho y học tái tạo. Chúng tôi đề xuất rằng những chức năng này và các chức năng khác của MSC nên được đặc trưng trước khi sử dụng trong các ứng dụng lâm sàng như một phần của các hướng dẫn và tiêu chí phát hành đồng bộ cho sản xuất có tiêu chuẩn lâm sàng nhằm đạt được kết quả điều trị dao động thuận lợi dự đoán cho liệu pháp tế bào gốc.

Việc hồi phục vết thương đòi hỏi một sự tương tác phối hợp giữa các tế bào, yếu tố tăng trưởng và protein ma trận ngoại bào. Tế bào gốc trung mô (MSC) nội sinh là trung tâm của quá trình này, góp phần điều phối phản ứng sửa chữa bằng cách thu hút các tế bào khác từ cơ thể và tiết ra các yếu tố tăng trưởng cùng protein ma trận. MSC là những tế bào gốc đa năng có khả năng tự phục hồi, có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào có nguồn gốc trung mô khác nhau như xương, sụn, gân và mỡ. Ngoài khả năng biệt hóa đa dòng, MSC còn điều hòa phản ứng miễn dịch và viêm, đồng thời sở hữu các cơ chế bảo vệ và sửa chữa mô mạnh mẽ, khiến cho các tế bào này trở nên hấp dẫn cho việc điều trị nhiều bệnh lý khác nhau. Hiệu quả tích cực của MSC ngoại sinh trong việc hồi phục vết thương đã được quan sát thấy ở nhiều mô hình động vật và trong các trường hợp lâm sàng đã được báo cáo. Cụ thể, chúng đã được sử dụng thành công để điều trị các vết thương mạn tính và kích thích các quá trình lành lại đã bị ngưng trệ. Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng màng nhau thai người là nguồn giàu MSC cho việc tái tạo và sửa chữa mô. Bài tổng quan này cung cấp một tóm tắt ngắn gọn về những hiểu biết hiện tại về các thuộc tính sinh học của MSC và mô tả việc sử dụng MSC trong hồi phục vết thương. Đặc biệt, phạm vi của bài tổng quan này tập trung vào vai trò của MSC trong từng giai đoạn của quá trình hồi phục vết thương. Ngoài ra, sự đặc trưng của MSC chứa tế bào thay thế da cũng được mô tả, cho thấy sự hiện diện của các yếu tố tăng trưởng và cytokine chủ chốt đặc biệt phù hợp để hỗ trợ trong việc sửa chữa vết thương.

Acute myocardial infarction (MI) resulting from coronary ischemia is a major cause of disability and death worldwide. Transplantation of human embryonic stem cell (hESC)-derived cardiovascular progenitor cells (hCVPCs) promotes the healing of infarcted hearts by secreted factors. However, the hCVPC-secreted proteins contributing to cardiac repair remain largely unidentified. In this study, we investigated protective effects of neurotrophin (NT)-3 secreted from hCVPCs in hearts against myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury and explored the underlying mechanisms to determine the potential of using hCVPC products as a new therapeutic strategy. The implantation of hCVPCs into infarcted myocardium at the beginning of reperfusion following 1 hour of ischemia improved cardiac function and scar formation of mouse hearts. These beneficial effects were concomitant with reduced cardiomyocyte death and increased angiogenesis. Moreover, hCVPCs secreted a rich abundance of NT-3. The cardioreparative effect of hCVPCs in the I/R hearts was mimicked by human recombinant NT-3 (hNT-3) but canceled by NT-3 neutralizing antibody (NT-3-Ab). Furthermore, endogenous NT-3 was detected in mouse adult cardiomyocytes and its level was enhanced in I/R hearts. Adenovirus-mediated NT-3 knockdown exacerbated myocardial I/R injury. Mechanistically, hNT-3 and endogenous NT-3 inhibited I/R-induced cardiomyocyte apoptosis through activating the extracellular signal-regulated kinase (ERK) and reducing the Bim level, resulting in the cardioreparative effects of infarcted hearts together with their effects in the improvement of angiogenesis. These results demonstrate for the first time that NT-3 is a cardioprotective factor secreted by hCVPCs and exists in adult cardiomyocytes that reduces I/R-induced cardiomyocyte apoptosis via the ERK-Bim signaling pathway and promotes angiogenesis. As a cell product, NT-3 may represent as a noncell approach for the treatment of myocardial I/R injury.