干细胞有哪些修复再生能力？
干细胞修复再生的能力一直收到医学界包括社会的关注，因为其能将损坏的人体细胞，包括一些被癌细胞损坏的组织进行修复和再生。基于干细胞的修复和再生疗法是当今生物技术与医学行业最热门的领域之一。通过半个世纪的发掘，干细胞的潜能已经大部分被证实，并成功应用到临床实验。
尽管自然界中已有多种动物提前掌握再生能力，能够不治自愈，但现阶段这是人类所不能比拟的。今天，我们受伤后，受损组织仍会产生疤痕，甚至影响身体机能，但是以干细胞为核心的再生医学正在向这一事实发起挑战。
再生能力的探究
近日，《Nature》子刊一项研究——利用动物内源干细胞修复组织，剖析了组织再生的机理与研发前景。以下为此项研究部分内容：
众所周知，蝾螈这种两栖动物的再生能力是十分惊人的，它们不但能再生出尾巴，甚至还能再生出四肢和心脏。更为惊人的是，蝾螈的这种再生能力是在整个生命周期中都能得到保持的。
研究表明，蝾螈等动物模型的组织再生涉及到多个复杂步骤，并且有多种不同来源的细胞参与。以四肢的再生为例：
干细胞修复再生的能力
与两栖类动物不同，哺乳动物的再生能力受到一定限制。总体来看，只有处于发育早期和出生后不久的哺乳动物才具有较佳的再生能力。相反，成年动物组织的再生能力十分有限，会在伤口愈合的过程中形成疤痕，且带来异常的组织重建。
干细胞与组织再生
在组织修复和再生过程中，干细胞起到了重要的作用。经过增殖和分化后，干细胞可以发育成具有特定功能的成熟细胞系，在组织再生中扮演关键角色。
在人体内，间充质干细胞是得到最多研究的干细胞之一。相比之下，这类干细胞具有分化成多类细胞的潜力，包括骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、以及脂肪细胞等等。
根据来源不同，间充质干细胞大致划分为以下几种：
■来源于骨髓的干细胞具有移动到身体远端的能力，且能与免疫系统相互作用，并生产具有生物活性的分子，以创造一个适合组织修复的微环境。因此，它在医疗上具有一定的潜力。
但是，随着年龄增长，体内积存的炎性细胞因子及微环境都会影响骨髓间充质干细胞的质量；另外，其破坏性的采集方式也会让临床应用更具挑战性。
■研究发现，在新生儿的脐带中含有大量脐带间充质干细胞，具有很强的多向组织分化潜能，兼具器官损伤修复，造血功能恢复和免疫调节等多重作用。与骨髓间充质相比，因其具有“零”免疫排斥的特性，已被临床广泛应用于人体多系统疑难疾病的治疗。
■脂肪也是间充质干细胞的主要来源。对人类来说，脂肪组织里有着丰富的专能干细胞，它们能在体内或体外环境下进行分化，可产生多种细胞类型。
目前，国内利用来源于脂肪的干细胞，已成功治疗了一名颅骨多处损伤的患者，但是更多情况下，仍以医美抗衰领域应用居多，如丰胸、塑形等。
再生医学的今天和明天
2018年1月12日，在南京鼓楼医院，全球首例通过再生医学技术治疗卵巢早衰获得成功，患者已诞下一健康男婴。这标志着我国在卵巢再生临床研究中取得了突破性进展。
2018年5月30日，英国纽卡斯尔大学一项研究：使用3D打印人类角膜，能有效帮助失明患者再见光明。目前研究人员仍在不断试验，努力确保角膜移植后不会发生排斥反应，可以正常工作。
未来，随着干细胞、组织工程等研究的不断深入，必将激励更多有意义的探索，开展更多跨领域的研究尝试，拉近机体“满血复活”的距离。
中瑞恩次方干细胞修复再生
我们期待，有朝一日能真正实现人体的组织再生，让由于先天性残缺、创伤、或是肿瘤引起的组织损伤得到修复。今天，我们需要做的就是支持并期待这一天的尽快到来！
干细胞在组织修复与再生过程中能够起到重要的作用，这跟它的分化再生能力有着重要联系。干细胞能够通过分化与增殖，发育形成具有特定功能的成熟细胞系，从而促进或完成组织的修复与再生。
根据分化能力干细胞可分化为以下几类：
1、全能干细胞：具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞 ，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型 ，进一步形成机体的所有组织、器官。
2、多能干细胞：多能干细胞具有产生多种类型细胞的能力，但却失去了发育成完整个体的能力 ，发育潜能受到一定的限制。例如，造血干细胞可分化出至少12种血细胞，骨髓间充质干细胞可以分化为多种中胚层组织的细胞(如骨、软骨、肌肉、脂肪等)及其他胚层的细胞(如神经元)。
3、单能干细胞：常被用来描述在成体组织、器官中的一类细胞，意思是此类细胞只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞。这种组织是处于一种稳定的自我更新的状态。然而，如果这种组织受到伤害并且需要多种类型的细胞来修复时，则需要激活多潜能干细胞来修复受伤的组织。
不同来源的干细胞皆可参与组织修复与再生
在干细胞研究中，间充质干细胞因其来源方便、免疫原性低等优点成为研究中应用最多的一种。间充质干细胞为多能干细胞，它具有分化成多类细胞的潜力，例如骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、以及脂肪细胞等。
有没有一种方式，从根源解决衰老和疾病的发生？激发身体的自我修复的能力？生命科学研究正如火如荼，未来干细胞或许可以办到！
未来某一天，新兴的再生医学领域可能会给心脏病和神经退行性疾病的治疗带来革命性变化，解决器官捐献供体不足问题，完全恢复受损的肌肉、肌腱和其他组织。
研究人员发现，关键在于给身体提供一类由多种蛋白质、纤维或细胞组成的启动元件，或者克隆已在成年患者体内发现的半特化的干细胞，从而使机体替换掉损伤的细胞。
人工干预可以使机体再生这些组织，在通常情况下，这是无法单独依靠机体自身来完成的。这种使机体自我修复的治疗方法，已经使一些患者生病的心脏开始恢复活力，并帮助外科医生治疗肌肉损伤。
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干细胞治疗心脏病
干细胞技术可能会彻底改变心脏病的治疗方式
迈克·琼斯（Mike Jones）读到一则新闻：当地一名医生通过收集病人的自体干细胞，然后让其增殖来治疗心脏病。这样一种前所未有的治疗方法，借助了这些未成熟细胞的再生能力。
琼斯当时65岁，患有充血性心力衰竭（congestive heart failure），他的心脏一直不能有效泵血。他联系了新闻报道中的这位医生，路易斯维尔大学的罗伯托·波利（Roberto Bolli）。2009年7月，琼斯成为世界上第一位接受自体心脏干细胞移植疗法的病人。
治疗前，琼斯几乎不能爬楼梯，而如今他可以自如地劈柴，在自己9英亩（约36421平方米）的庭院中清理掉落的树枝。他的“心脏射血分数”（ejection fraction，衡量心脏泵血功能的一个指标）已经从治疗前的20%，提升到接受治疗两年之后的40%——这真是不可思议的改善，尽管目前的数值仍然低于正常水平（55%—70%）。
从那时起，已经有数百名心脏病患者接受了类似的治疗，医生从病人自己的心脏、骨髓或非亲属捐献者身上提取干细胞，再回输到病人体内，这些病人的情况都有所改善。
研究者认为，这些干细胞能够构建出新的组织，并刺激其他细胞分裂。尽管我们仍需要研究，如何才能正确使用这些干细胞，但毋庸置疑，干细胞疗法是完全可行的。将来，我们可以收集、培养并冻存我们自己的干细胞，以备不时之需。”
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启动心脏泵
过去40年间，科学家认为人体心脏是一个强大但容易受伤的动力泵。他们推断，这可能是由于成人心脏不能产生新细胞，所以任何细胞的死亡都会对心脏造成不可挽回的损害。然而，一位科学家偶然在显微镜下，观察到成人的心脏细胞可以分裂，而此后，对心脏组织样本所做的碳同位素测检测也证实，成人心脏终生都能再生新的细胞，尽管更新速度比肠和皮肤慢很多。
目前，生物学家估计，心脏每年可以更新的细胞数量，超过心肌细胞总数（40亿—50亿个）的1%。同时，科学家还发现，这些新细胞来自心脏中成体细胞和干细胞的复制。
这些自体干细胞可以在一定程度上帮助心脏修复。比如在心脏病发作后，损伤部位周围的干细胞会分化成新的心脏细胞，并刺激已有的心脏细胞分裂。然而，这种自我修复只能持续1周—2周，远远不足以替换一次典型的心脏病发作所损害的十几亿细胞。
因此，心脏病发作的结果就是造成大面积的、僵硬的疤痕组织（scar tissue）。就像汽车轮胎在破损处会膨出一样，人体心脏也会在疤痕处膨出，从而导致这个本来效率很高的器官变成一个松垮无效的血泵。
干细胞治疗是给心脏注入大量的自体修复细胞。动物实验表明，一部分注入的干细胞会分化为成体细胞，但大多数细胞会在几天内死亡。然而在细胞死亡之前，它们会分泌多种可以促进健康心脏细胞增殖的蛋白，并且分泌可以降解疤痕组织中胶原蛋白纤维的蛋白酶，从而促进心肌组织的再生。
通过一根接入冠状动脉的导管，16名患者分别输入了100万心脏干细胞，另外7名患者接受了标准治疗（使用β-受体阻滞药和利尿剂）。4个月后，接受干细胞治疗的患者的平均射血分数从最初的30.3%提高到38.5%，但接受标准治疗的患者几乎没有改变（从30.1%到30.2%）。接受干细胞疗法一年后，患者疤痕组织的平均重量下降了30%。
迈阿密大学的约书亚·黑尔（Joshua Hare）教授想弄清楚，心脏病患者到底可不可以耐受异体骨髓干细胞的移植，还是说会产生排斥反应。他对15名患者分别输入自体骨髓干细胞，对另外15名患者则输入异体骨髓干细胞。13个月后，两组患者都没有出现排斥反应，并且疤痕组织都减少了三分之一以上。相对于自体干细胞而言，老年患者更适宜于接受年轻捐献者的干细胞，因为这些年轻的细胞还没有受到多少“磨损”。
“到目前为止，我们还没有办法全部清除心脏病发作产生的疤痕组织，”黑尔说，“减少疤痕组织并代之以新生组织，就是我们现在所追求的目标。我觉得，我们将彻底改变心脏病的治疗方式。”
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“超级胶水”疗法
利用天然胶黏剂，就可能使肌肉、肌腱甚至器官再生
多年来，无论是研究人体还是其他生物体，生物学家大多将注意力集中于细胞内部的活动，而忽略了机体内将细胞整合到一起的“胶水”。当研究人员开始深入研究细胞间的这些物质，即细胞外基质（extracellular matrix）时，他们开始意识到，这是一个十分复杂的动态系统。长期被忽略的细胞外基质不仅组成了维持动物组织和器官所必需的生物支架，以避免组织和器官溶解成一团糊状，还能释放信号分子，帮助机体进行自我修复。
在这种认识的基础上，研究人员目前提出一种新的组织工程疗法——让天然生物支架发挥修复能力。这种方法是从猪等动物的天然组织中提取细胞外基质，然后将其植入严重内伤的病人体内。新植入的支架可能释放信号分子，吸引半特化的干细胞从身体其他部位迁移到损伤处，填补缺损，进而分化成损伤处原有的特定组织。最终，这些植入的支架将被人体内的蛋白和纤维替代，完全清除外源植入的痕迹。
研究人员正在飞速地把这一设想变为现实。外科医生已开始尝试让人体再生新的肌腱，他们希望，在不久的将来可以常规化地重建大块肌肉组织，甚至器官。美国国防部成立了专家组，对在战争中因爆炸而导致胸部、手臂或腿部严重受伤的士兵进行治疗。在这类研究中，美国国防部已投入了数千万美元。
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疤痕与再生
美国匹兹堡大学麦格温再生医学研究所副所长斯蒂芬·巴迪拉克（Stephen Badylak）为推进再生医学领域的进步作出了重要贡献，在这一点上，其他研究人员很少有人能与之比肩。巴迪拉克获得医学学士学位后，首先进入兽医行业开始职业生涯，后来又获得了病理学博士学位。
巴迪拉克相信，总有一天可以证明细胞外基质移植对于治疗爆炸中的幸存者非常有益。他指出，哺乳动物的身体对受伤作出反应的方式很有限。对于小伤口，比如被纸张划破的伤口，在炎症细胞局部聚集、对抗感染并清除损伤组织后就会消失，很快就会被正常皮肤完全替代（不会产生疤痕）。
而另一方面，遭遇路边炸弹袭击而幸存下来的士兵，其体内某个特定肌肉群可能会损失20%—80%的肌肉组织。研究人员认为，在这样严重受伤的情况下，身体再生组织，进行自我修复的能力已经不足以完全修复损伤，未修复处就会被密集的疤痕组织填满。疤痕组织虽然能与周围的存留组织相连接，但会导致组织功能丧失。在这种情况下，最佳选择可能是截肢，并安装假肢，以便使伤者获得更大的运动能力。
巴迪拉克和同事利用细胞外基质移植疗法，治疗了80名肌肉重度损伤超过6个月的病人。经过高强度的物理治疗，确保机体已经最大程度地替换掉受伤肌肉组织后，外科医生重新切开伤口，取出已形成的疤痕组织，放入生物支架，并将其连接在周围的健康组织上。
前期治疗结果十分令人鼓舞.经过细胞外基质移植的治疗后，研究人员对病人的肌肉进行活组织检查（Biopsies）时，观察到的结果与在动物实验中所看到的生化变化完全一样。如果所有后续结果都反应良好，巴迪拉克希望在今年晚些时候公布最初5名患者的治疗结果。
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打印器官的内部血管
要构建能正常工作的大型器官，研究人员需要找到一种在支架内部形成血管网络的方法.
TED大会上介绍的先进科技总能让观众惊叹。然而即使是按照TED的标准，2011年由威克弗里斯特再生医学研究所的安东尼·阿达拉（Anthony Atala）发表的演讲仍然令人震惊。阿达拉站在台上演讲时，身后一台机器内部的电机——画面显示，电机正在反复“编织”，将实验室培养的活细胞一层层地堆积在一个中央平台上，电机的所有动作都基于一个高度精确的三维数字图案。
这个过程称为三维打印，它的工作原理类似于喷墨打印机，只不过喷墨打印机使用油墨，而这台三维打印机使用了活细胞溶液。通过将人体细胞一层层地堆积起来，阿达拉的这台机器最终“打印”出了一个真实大小的肾脏。这个过程就像人们利用个人的三维打印机制造出咖啡机的塑料零件一样简单。
直接而快速地制造器官的技术将非常受欢迎，仅在美国，就有105000多人等待着器官捐赠。
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令人振奋的突破
宾夕法尼亚大学的博士后研究员乔丹·米勒（Jordan Miller）是这个项目组的主要研究者之一，米勒和同事对一款叫做RepRap的开源三维打印机进行了改进，使它能够将一种以特殊比例混合的糖打印成直径在1毫米到100微米之间的各种细丝。
该团队利用这些细丝构建了理想的血管网络结构模型，生成一个由糖构成的框架结构，并用一种生物相容性良好的聚合物覆盖这一框架结构，防止糖过快溶解。接着，他们用细胞外基质和血管内皮细胞（endothelial cells）的混合物，包裹住整个结构。最后，用水冲洗掉糖分，留下的就是由活细胞构成的牢固血管。
接下来就该这些细胞发挥作用了。与在人体内的行为一样，它们重新构建血管，使整个结构富有强度，甚至在稍大的血管末端，还能形成小的毛细血管。正如宾夕法尼亚大学组织微加工实验室负责人克里斯托弗·陈（Christopher Chen）所说，“我们不必设计好完美的架构”，我们只需要让细胞自己去填充细节。从本质上来说，人体能够很好地接管一个接近完整的器官，并逐渐完善其功能。
