新兴的干细胞疗法在神经退行性疾病中的应用

摘要：神经退行性疾病是一组由于功能性神经元持续丧失而引起的疾病，其发病率不断上升。由于神经组织有限的再生能力，神经退行性疾病的治疗一直较为复杂；因此，现有的治疗手段并不彻底，主要集中于缓解症状。组织工程的应用为治疗神经退行性疾病带来了新的希望，包括帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化症、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症。组织工程主要依赖于三个支柱：干细胞、支架和生长因子。大多数在动物模型中的研究表明，基于组织工程的构建能显著改善神经退行性疾病的治疗效果。新的干细胞来源、最佳的分化方法和先进的支架导致了神经退行性疾病治疗效果的改善。然而，研究结果不一致；大多数研究是体外或体外；临床研究有限。

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1.引言

神经退行性疾病（NDs）是由神经元功能和存活能力逐渐下降引起的一系列致残性疾病。ND主要影响大脑皮层；然而，它并不局限于特定部位，还可能损害白质、基底神经节、丘脑、边缘系统、小脑、脊髓甚至周围神经。NDs日益给医疗系统带来死亡和疾病负担，特别是在人口老龄化的国家。阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）是发病率高、负担大的主要NDs。衰老已成为NDs的一个重要易感因素。在老年社区，ND已被证明是普遍存在的，并且可能导致更多认知问题。细胞衰老是衰老的一个重要因素，定义为由各种损伤刺激引起的细胞周期中断。AD和PD与年龄高度相关，主要出现在老年人口中。大多数NDs病例是散发性的，但遗传因素也得到了很好的确立。因此，对衰老过程的持续研究将有助于发现负责神经元退化的可能病理生理学。罕见NDs越来越受到重视，因为它们包括许多在其病理生理学和症状上具有广泛多样性的疾病。环境暴露、遗传因素和复杂的相互作用使患者面临这些疾病的风险。尽管遗传因素了解较少，但由于高通量测序方法的发展，这一领域的研究工作呈指数级增长。

包括神经炎症、线粒体功能障碍、氧化应激和兴奋毒性在内的各种机制，已通过涉及错误构象的蛋白质（如α-突触核蛋白、tau、淀粉样β蛋白（Aβ）、TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）、肉瘤融合（FUS）蛋白和朊病毒）的参与而被报道，是NDs背后的主要接受的病理生理学。尽管神经退行性研究工作取得了进展，但其病理生理学在很大程度上仍然未知，这使得难以找到有效的治疗方法，因为治疗目标尚未完全揭示。事实上，在它们的最佳功能下，大多数治疗缓解症状或最终减缓疾病的进展。然而，它们既不完全停止疾病的进展，也不改善神经再生。大多数NDs病例是散发性的，但遗传因素也得到了很好的确立。除了神经元，胶质细胞是神经退行性疾病的另一个主要贡献者。它们在为神经元提供稳定条件以正确运作方面发挥着重要作用，尽管胶质细胞在神经和神经退行性疾病中的参与已被报道。已经证明，胶质细胞在NDs病理生理学中可能发挥有害和保护作用。广泛的寿命使神经组织暴露于众多风险因素之下，神经元的有限增殖和再生能力使神经再生变得具有挑战性。尽管最近越来越多的证据揭示了大脑内神经组织的再生机制，但它仍然有限且不足以预防和修复神经退行性病变。神经组织的性质和缺乏完整的修复系统阻碍了治疗方法的成功率。

组织工程和再生医学（TERM）通常可以互换使用，通常被称为TERM。TERM是医学中一个新兴领域，采用跨学科方法来克服身体再生能力的不足。它提供了最先进的方法来再生受损器官和替换功能失调的组织。TERM依赖于三个组成部分：支架和生物材料、干细胞和生化因子。支架主要为细胞提供生长、增殖和迁移的支持；同时，它们还有更多用途，如分配营养物质、传递生长因子和提供机械支持。干细胞可以从各种胚胎、胎儿和成人来源中获得。组织工程最初始于皮肤组织以及其他组织和器官。

无细胞支架或种植支架在治疗各种疾病方面取得了突破，特别是NDs。基于TERM的治疗方法将有助于克服供体组织短缺的问题，减少免疫排斥和免疫抑制剂的使用，提供更少侵入性的方法，并减少伦理问题。尽管成人大脑中每天产生许多神经元，但数量不足以恢复退化的神经元。TERM及其组成部分可以为神经元再生提供外源性来源，并改善治疗NDs中的内源性神经退行性。此外，TERM还有助于诊断NDs、设计NDs模型和传递治疗剂。

近年来，随着先进技术的出现，TERM迅速发展，并在医学研究中引入了新的方法，包括类器官、器官芯片、智能水凝胶、细胞外囊泡和重编程细胞的应用。这些进展的迹象为诊断、建模和治疗NDs开辟了新途径。然而，应进行进一步研究，以将TERM方法转化为临床实践。本章旨在概述TERM方法并讨论其在治疗NDs中的应用。

2.组织工程和再生医学方法

借助先进技术，再生医学旨在恢复因创伤、疾病或衰老而受损的组织的正常功能和结构。皮肤移植是最早使用基于组织的治疗方法之一。随着时间的推移，技术和其结果得到了改善，并且在1980年代引入了“组织工程”这一术语。普遍认为William Haseltine在1999年的一次会议上首次提出了“再生医学”这一术语，尽管它之前已在一篇论文中使用过。包括分子生物学、纳米技术、生物力学、组织工程、免疫学和遗传学在内的众多科学分支，赋予了再生医学这一跨学科领域在治疗各种疾病中发挥最佳性能的力量。尽管组织工程的领域比再生医学小，但它们通常可以互换使用。TERM利用干细胞、支架和生物因子来设计治疗各种疾病的平台。快速的技术进步使TERM在多个医学领域变得越来越重要，每天整合更多不同的组织。近年来，TERM在神经组织再生方面获得了越来越多的认可和成功。基于TERM的方法最近从细胞的遗传改造、三维（3D）支架的开发以及外泌体的广泛使用中受益，显著提高了它们的治疗效果。

2.1.干细胞

凭借其增殖和迁移潜力，干细胞作为再生医学的基石。干细胞可以根据它们来自何处被分类为成人、胎儿或胚胎干细胞。它们也可以通过Oct3/4、c-Myc、Klf4和Sox2重新编程分化细胞来获得，称为诱导多能干细胞（iPSCs）。干细胞的来源可以是同一个人（自体）、同一物种（同种异体）或不同物种（异种）。不同的干细胞具有独特的分化潜力。全能干细胞可以分化为胚胎和胚外细胞系，包括合子至桑葚阶段。从这个阶段开始，胚胎干细胞（ESCs）可以分化为三个胚层，被称为多能细胞。此外，来自体细胞成熟细胞源的iPSCs可以通过重新编程恢复多能性，与ESC不同，它们的使用没有道德和伦理问题。多能干细胞可以产生多个细胞系，但它们缺乏分化为三个胚层的能力——间充质干细胞（MSCs）就属于这一组。寡能干细胞，如淋巴干细胞，可以分化为有限数量的细胞系，而单能干细胞，如肌肉卫星细胞，只能产生一个细胞系。MSCs的高可用性、低免疫原性和分化能力使它们在组织工程中备受青睐，并且已经被用于多种组织的再生。由于这些特性，它们已经进入了临床评估的高级阶段。此外，由于它们的免疫调节和神经保护作用，MSCs单独或与其他干细胞结合在再生神经组织方面越来越受到关注。此外，MSCs衍生的细胞外囊泡由于其独特的有效载荷，在治疗包括NDs在内的各种疾病方面具有很大的潜力。随着干细胞来源和获取方法的改进，它们在治疗医疗状况中变得越来越重要。它们因其在临床环境中的再生潜力和修复受损组织的能力而进入临床环境。图1描述了干细胞的潜力以及它们在细胞治疗中的优势和劣势。

2.2.支架

支架要作为细胞的支持环境，必须满足几个要求。理想情况下，支架必须易于获得、生物相容和可生物降解，同时在机械上也要稳定。它们遵循多个目的，包括增强细胞信号、生物活性和迁移，提供生物因子的传递和控制释放，并提供机械支持。支架通常可以被分类为基于细胞外基质（ECM）的支架、天然生物材料和合成支架。基于ECM的支架通常是通过去细胞化过程获得的。

去细胞化可以定义为去除组织细胞成分的同时保留细胞外基质(ECM)的超微结构和功能。ECM对组织和器官正常运作的卓越贡献，以及先进去细胞化方法的出现，强调了去细胞化支架在组织工程和再生医学(TERM)中的应用。来自中枢神经系统(CNS)或周围神经系统的去细胞化支架展示了治疗神经系统疾病和神经退行性疾病的理想特性。研究表明，来自大脑、脊髓、周围神经甚至非神经元组织的无细胞支架具有促进神经组织再生的有利再生能力。

去细胞化程序分为物理、化学和生物三种类型。强调选择的方法将影响特性并影响其诱导神经退行性的能力。已经证明，源自天然生物材料的支架，如胶原蛋白（人体中最丰富的蛋白质）、海藻酸盐、壳聚糖和琼脂，以及合成支架，如聚乙二醇(PEG)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)和聚乙醇酸(PGA)，已在神经再生中使用并取得了有希望的结果。此外，混合支架，即天然和合成支架的组合，也用于组织工程。这些生物材料可以在应用前与干细胞一起种植并加载生长因子，或者它们可以作为自由支架使用。此外，支架可以作为药物递送系统。此外，包括3D生物打印和纳米图案化支架在内的新方法越来越多地用于神经再生和治疗神经退行性疾病。

2.3.生长因子

刺激细胞生长、存活、增殖、分化和迁移的生物分子被称为生长因子。通过一组称为神经营养因子的生长因子可以改变神经组织的保护、发育和再生。这些因子可以从驻留细胞或移植的干细胞分泌，或者通过支架或其他递送方法直接应用。神经生长因子(NGF)可以诱导神经突起的生长和轴突发芽。脑源性神经营养因子(BDNF)和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)在神经组织再生中显示出有希望的结果。已经表明，应用神经营养因子可以改善神经退行性疾病治疗的结果。细胞外囊泡是细胞衍生的膜限制性囊泡，携带各种生物分子，通常被分类为微囊泡和外泌体。以前，细胞外囊泡被认为只负责从细胞中运输废物材料；后来，它们被发现还具有其他功能，包括介导细胞间信号传递。外泌体携带脂质、遗传物质、生长因子和其他蛋白质，已在诊断和治疗神经退行性疾病方面显示出有希望的结果。然而，也有报道它们也可能在神经退行性疾病的发病机制中发挥作用。

3.组织工程方法在治疗神经退行性疾病中的应用

神经退行性疾病包括许多由神经系统结构和功能逐渐、不可逆地丧失引起的疾病。尽管神经退行性疾病是各种不同的疾病，它们在病理生理学上有一些共同的特征。错误折叠的蛋白质、线粒体功能障碍、破坏的血脑屏障(BBB)、免疫反应和胶质细胞活动是涉及神经退行性疾病的一些机制。尽管取得了所有进展，但神经退行性疾病仍然没有治愈方法，治疗仅限于缓解症状。组织工程的应用在治疗各种神经退行性疾病方面取得了有希望的结果，将在以下部分讨论。图2展示了基于组织工程的构建物在神经退行性疾病治疗中的应用的一般方法。

3.1.帕金森病

帕金森病(PD)是一种使人衰弱的神经退行性疾病，会恶化运动功能，并表现为不受控制的运动、运动迟缓、僵硬、静止性震颤和神经行为状况，如认知能力下降、抑郁和自主功能障碍。随着其发病率的增长，2016年全球约有600万人患病，给社会和医疗保健系统带来巨大负担。帕金森病通常见于老年，男性比女性更容易受到影响。作为帕金森病的著名病理生理学，位于黑质致密部的多巴胺能神经元功能丧失和活力丧失，其轴突延伸到纹状体是主要原因。主要由错误折叠的α-突触核蛋白组成的路易体是神经退行性变的主要罪魁祸首。已经指出，只有当黑质中超过60%的多巴胺能神经元退化时，症状才会出现。观察到遗传倾向和环境因素参与了帕金森病的发展。然而，主要原因和病因仍有待阐明。

3.1.1.当前治疗方法

主要应用的治疗旨在去除脑病变的焦点，这种方法伴随着有益的结果。这种方法被后来发现的左旋多巴所取代。深脑刺激（DBS）是另一种建议的方法，通过将电极植入到丘脑底核和黑质中工作。尽管观察到了症状的改善，但意外的副作用和不利的长期效果阻碍了其应用。进一步的药理学方法应提供神经保护并恢复丢失的多巴胺能神经元。这些方法依赖于帕金森病（PD）的早期诊断。此外，通过传递理想基因的基因疗法被认为可以增加纹状体中的多巴胺合成，通过刺激神经生长因子的合成增强神经元的活力，并促进γ-氨基丁酸（GABA）途径。尽管如此，基因疗法方法仍处于早期阶段，尚未实现上述所有目标。

另一种治疗方法基于移植含有分泌多巴胺的细胞的组织。已经证明，将从人类胎儿腹侧中脑收获的多巴胺能组织移植到帕金森病患者的纹状体中，可以逐渐改善运动症状。进一步的尸检研究支持了这种方法的长期有效性。然而，这种方法有几个限制，包括关于细胞来源的伦理问题、一些病例中缺乏改善、组织稀缺无法广泛使用，以及在受体患者中观察到的副作用。此外，由于组织被移植到纹状体而不是黑质，它们没有形成一个适当的负责多巴胺途径的神经回路。尽管胎儿移植可以补偿多巴胺能神经元的退化，但它们仍然有限制，需要进一步的研究来增强它们的活力和有效性。

3.1.2.基于组织工程的方法

干细胞和外泌体

由于大脑的复杂性和神经元的有限再生能力，其再生需要考虑不同的方面。尽管已知大脑内存在保留的干细胞和神经祖细胞的区域，包括侧脑室的次室管区和海马的下牙区，但它们并不能提供大规模重建黑质纹状体回路。再生医学可能深刻地解决在各种疾病导致功能丧失后恢复神经组织的不足。

通过细胞治疗的再生医学在PD治疗中寻求多个目标，主要包括：（1）提供多种来源的干细胞以产生多巴胺能神经元，（2）发展有效的细胞多巴胺能分化，（3）建立与驻留神经元的相互作用以产生调节的神经元放电，（4）提供最小侵入性方法且伦理问题较少，以及（5）保证所用细胞的长期活力。

从胎儿组织中提取的神经干细胞（NSCs）显示出高增殖能力和演变成神经和胶质细胞的巨大潜力。根据这些细胞从大脑的哪个区域收获，它们的命运可能会有所不同。从胎儿中脑组织中提取的NSCs具有分化为多巴胺能神经元的巨大潜力。Wang等人展示了从人类胎儿NSCs产生的胶质细胞和多巴胺能神经元可以改善PD症状。他们将分化的细胞移植到6-羟多巴（6-OHDA）PD大鼠模型的纹状体中。观察到疾病症状的改善和应用细胞的长期存活。这些细胞的低存活和分化能力以及低可用性是阻碍它们应用的一些障碍。添加生长因子和其他补充物可以帮助克服上述缺陷。Deng等人检查了大鼠胎儿多巴胺能神经元与过度表达GDNF的NSCs的共移植，这将导致症状的解决，NSCs的长期存活、扩展和分化为DA的优越性高于与非修饰NSCs的胎儿多巴胺能神经元的共移植。在一项首次的研究中，使用胎儿多巴胺能细胞悬浮液代替组织移植物。三名患者接受了将细胞悬浮液移植到黑质。观察到壳核的再神经支配与多巴胺能神经元，并且报告了症状的改善。此外，尸检分析表明，大多数细胞存活且免疫反应低。他们说，细胞悬浮液导致更不充分的免疫反应，并且不改变宿主组织超微结构。

胚胎干细胞（ESCs）是治疗帕金森病（PD）的另一种选择，以克服胎儿神经干细胞（NSCs）的不足。这些多能干细胞可以分化成多巴胺能神经元。将来自人类ESCs的多巴胺能神经元应用于6-OHDA大鼠，可以与纹状体结合，并具有理想的活力。已有多种协议报告了将ESCs分化为分泌多巴胺的细胞。它们在动物模型中的应用在改善症状方面带来了有希望的结果。然而，ESCs面临着与胎儿干细胞相似的问题，包括由于神经突起过度生长引起的移植诱导性运动障碍。到目前为止，来自胎儿或胚胎来源的多巴胺能细胞为PD的管理带来了最有利的结果。尽管如此，治疗效果的差异、复杂的提取程序、有限的来源和伦理问题促使科学家寻找其他来源或方法。

间充质干细胞（MSCs）可以通过各种组织轻松收获，无需担心伦理问题，并且可以分化成多种细胞系。它们的免疫调节特性使它们成为PD治疗的有吸引力的选择。MSCs的神经分化已被广泛研究。此外，可以从MSCs产生成熟的多巴胺能神经元。一项研究表明，人骨髓来源的间充质干细胞（BMSCs）可以直接移植到6-OHDA大鼠模型的纹状体中。移植后，BMSCs存活并表达神经元和胶质细胞标记物，发挥神经保护作用。尽管在体内未检测到分化为多巴胺能神经元，但运动功能得到了改善。将脐带来源的间充质干细胞（UCMSCs）与生长因子混合物一起应用于6-OHDA大鼠的中脑，诱导干细胞分化为多巴胺能神经元并改善运动功能。此外，注射到单侧6-OHDA大鼠对侧纹状体的BMSCs有效地迁移到受损的纹状体并改善旋转行为。正在进行的多项临床试验正在检验MSCs，特别是BMSCs和UCMSCs在PD治疗中的安全性和有效性。

除了解决干细胞资源不足和伦理障碍之外，诱导多能干细胞（iPSCs）提供了一种新的方式来克服免疫原性问题，通过提供自体的、患者特异性的和疾病特异性的干细胞。此外，iPSCs具有与ESCs相同的潜力，但没有道德和伦理问题。然而，作为多能干细胞，肿瘤形成问题仍然存在，可能归因于重编程过程中的遗传不稳定性。已证实来自多种细胞来源的iPSCs分化为多巴胺能神经元的能力。已证明来自人类体细胞的iPSCs可以产生NSCs和多巴胺能神经元。这些细胞的应用改善了6-OHDA大鼠的再生和行为症状。由于与多能干细胞相关的肿瘤形成风险，更希望使用来自这些细胞的多巴胺能细胞。

在一份病例报告中，从人成纤维细胞衍生的自体多巴胺能祖细胞被应用于一名特发性PD患者的壳核，无需免疫抑制剂。移植的存活是适当的，症状得到了改善。

越来越多的研究正在调查细胞外囊泡，特别是外泌体，在PD诊断和治疗中的作用。外泌体通常通过细胞间传递α-突触核蛋白和微小RNA（miRNAs）来促进PD的病理生理学。尽管外泌体可以从神经元中清除过量的α-突触核蛋白，但它们也可以帮助这种蛋白质传播到健康的神经元和胶质细胞并聚集；因此，在多巴胺能神经元中引发炎症和凋亡级联反应。这些事件涉及PD的发展。此外，细胞间转移miRNA已被证明是外泌体引起PD的另一种机制。由于外泌体参与了PD的病理生理学，它们可以用于PD的早期诊断。此外，它们为PD治疗提供了治疗靶点。药物传递是外泌体可以发挥重要作用的另一个方面，因为它们能够通过血脑屏障（BBB）。含有GDNF的外泌体，由转染的巨噬细胞分泌，改善了小鼠PD模型的神经再生。此外，已证明外泌体可以有效地将非编码RNA，包括小干扰RNA（siRNAs），传递到PD模型的损伤部位。

此外，MSCs分泌组中的外泌体作为多种因子的载体，包括肽、蛋白质、脂质和遗传物质，保护细胞免受损伤，并促进细胞功能和结构的改造。此外，来自各种干细胞/祖细胞的外泌体在血管生成和神经保护中的作用已有报道。Teixeira等人观察到，将MSCs衍生的外泌体注射到6-OHDA大鼠模型的黑质中，增加了酪氨酸羟化酶（TH）阳性细胞（中枢神经系统中的多巴胺能神经元）并改善了运动功能。另一项研究表明，来自BMSCs的分泌组在注射到6-OHDA大鼠PD模型的黑质和纹状体后，可以改善多巴胺能神经元的再生。此外，它们表明这些因子与外泌体内容物相似，可以在体外促进神经分化。然而，挑战阻碍了外泌体在PD治疗中的应用，包括确定外泌体的组成，选择最佳的MSCs来源，以及开发理想的提取方法。

尽管有限的研究报道了外泌体在PD治疗中的有效性，但这些研究仅限于动物模型。尽管如此，仍需要进一步的研究来确认基于外泌体的PD治疗的有效性，并将结果转化为人类研究。

支架和生物材料

支架的应用旨在为细胞提供一个环境，使它们能够粘附、存活、生长、增殖、分化，并与其他细胞交流。此外，它们可以改善受损组织的再生，并帮助干细胞与原生组织整合。此外，组织工程构建现在被广泛用于将治疗剂运送到合适的目标。

在帕金森病（PD）中，支架应指导神经突起的生长以再生黑纹状体通路。支架通常不会诱导内源性神经元的再生，主要依赖外源性细胞进行再生。已有研究表明，具有微柱状水凝胶结构的神经导管可以有效地引导黑质到纹状体的神经元生长。有报道称，在体外用多巴胺能神经元填充这些支架，可以理想地再生黑纹状体通路。需要对这些构建物进行体外评估，以检查构建物的超微结构、种植干细胞的肿瘤形成性以及支架对多巴胺能细胞的物理和机械支持。这些构建物带来了适合重建黑纹状体通路的效果，这通过传统方法（即多巴胺替代、深部脑刺激DBS和组织植入）难以轻易实现。应用这些基于水凝胶的组织工程神经网络（TENNs），装载来自人类胚胎干细胞的多巴胺能细胞，可以改善神经再生和多巴胺释放，并缓解PD症状。然而，他们报告称多巴胺能神经元的百分比很低（10%）。在进一步的研究中，该团队使用了来自绿色荧光蛋白（GFP）转基因大鼠腹侧中脑的多巴胺能神经元，得到了较高的多巴胺能神经元百分比（60%）。

工程支架已经产生了适合药物传递的属性。有报道称，将明胶-右旋糖酐水凝胶与多巴胺一起装载，可以在植入纹状体后有效改善6-OHDA大鼠模型中的PD。另一项研究评估了可注射的多巴胺装载明胶-壳聚糖水凝胶。在体外情况下观察到了长期药物释放、细胞相容性和抗炎特性。此外，离体和体内研究表明，通过水凝胶传递包括GDNF在内的生长因子可以改善多巴胺能细胞的存活和增殖，并促进纹状体的再神经支配。此外，纳米颗粒生物材料在PD动物模型中持续释放和传递左旋多巴方面显示出了希望。支架的设计和应用的改进将极大地影响PD治疗。

3.2.阿尔茨海默病（AD）

AD是最常见的神经退行性疾病（ND）。照顾日益增长的痴呆患者人数给患者和政府带来了财政负担。不到5%的AD病例是由遗传变化引起的。与AD最相关的报告基因是ApoE。AD损害特定脑区，这些区域对认知和记忆至关重要，如新皮层、海马体、杏仁核、基底前脑胆碱能系统和脑干单胺核，已有报道。AD的突出表现是记忆障碍。AD中还会出现语言、视觉空间功能、实践和执行功能等其他认知障碍。在这种病症期间也可以看到神经精神症状。导致这些损害的病理生理学是病变，由由纤维状Aβ组成的细胞外老年斑和含有过度磷酸化tau蛋白的细胞内神经纤维缠结组成。淀粉样级联假说表明，Aβ的沉积导致大脑中神经元功能障碍和死亡。淀粉样前体蛋白（APP）的裂解产生Aβ肽，包括Aβ1–40和Aβ1–42。Aβ的寡聚体比成熟的纤维毒性更大。如上所述，AD的另一个标志是神经纤维缠结。Tau是一种微管相关蛋白，是神经纤维缠结的主要成分。不溶性tau蛋白聚集物在神经纤维缠结形成过程中组装，并中断神经元的结构和功能。

3.2.1.当前治疗方法

3.2.2.基于组织工程的方法

干细胞和外泌体

根据AD的病理生理学，干细胞治疗可能是再生这种障碍中丢失的神经网络的合适候选者。选择干细胞类型在干细胞治疗中至关重要。近年来，在动物实验中检查了来自脐带和羊膜的MSCs、脑源性NSCs和iPSCs的移植。干细胞治疗改善了认知和记忆，增加了神经元存活，并减少了Aβ、APP产生和微胶质细胞激活。

在刘等人的研究中，人类胚胎干细胞（ESCs）被移植到阿尔茨海默病（AD）小鼠的海马体中。基底前脑胆碱能神经元与内源性神经元形成了突触连接，检测到空间学习和记忆能力得到改善。在比索内特等人的另一项研究中，提出了一种选择性确定人类胚胎干细胞（hESCs）分化为基底前脑胆碱能神经元的方法。在产生预期的神经元后，它们被植入到小鼠海马体的培养脑片中7-19天。细胞迁移和轴突突起生长进入皮层切片得到了证实。有几项关于人类和小鼠ESCs在AD小鼠中的移植研究，这些研究导致了成熟基底前脑胆碱能神经元的产生和学习记忆表现的改善。尽管如此，由于畸胎瘤发生的高风险、异常免疫反应和排斥，临床上使用ESCs受到限制。间充质干细胞（MSCs）已在AD治疗实验中得到广泛使用，并取得了显著效果，如补偿神经元损失和调节神经炎症，这是AD认知下降的主要原因之一。已经显示，在体外和体内AD模型中使用MSCs可以通过调节Aβ清除来增加自噬和神经保护，降低海马体中Aβ水平，并增加海马神经元的存活。在杨等人的研究中，将来自人类脐带血的MSCs通过心内注射到AD小鼠中，导致干扰素-γ水平（IFN-γ）降低，这是一种促炎细胞因子，而抗炎细胞因子白介素（IL）-10水平增加，认知缺陷得到改善，Aβ积累减少。已经评估了骨髓间充质干细胞（BMSCs）的治疗效果，据报道它们在改善记忆缺陷方面有效。已经显示，在AD小鼠的海马体中脑内移植BMSCs导致Aβ积累显著减少，这是由于小胶质细胞功能增强、炎症反应减少和tau蛋白过度磷酸化减少。在另一项研究中，BMSCs在AD小鼠模型中的脑内移植引发了小胶质细胞激活并减少了Aβ沉积。来自胎盘的MSCs也被报道可以降低β位点APP裂解酶1（BACE1）的表达和γ-分泌酶活性，并改善AD小鼠模型中的记忆功能障碍和认知缺陷。这一结果可以通过小胶质细胞的激活来解释。来自胎盘的MSCs在增殖方面非常有效，安全，并且可以以非侵入性和合乎道德的方式轻松获得。因此，胎盘被认为是成人骨髓获取MSCs的理想替代品。诱导多能干细胞（iPSCs）被认为是AD建模和治疗干预中必不可少的。在将iPSCs注射到AD小鼠后，它们分化为小胶质细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞。随后，Aβ斑块沉积和β和γ分泌酶的活性减少。认知功能也得到了改善。人类iPSCs被用来产生神经祖细胞（NPCs）。NPCs被移植到AD小鼠中，认知功能障碍得到了改善。NSCs的管理可以针对负责AD发病机制的神经元网络和蛋白质，从而对AD的行为和微环境产生有益影响。NSCs移植到海马体可以改善AD小鼠的空间学习和记忆缺陷。这种认知功能通过显著增加突触密度而得到改善，这是在BDNF的帮助下发生的。神经营养因子被显示从分化的干细胞中释放出来，并在快速分化、挽救突触密度和改善记忆功能中发挥作用。有几项研究证明，NSCs可以替代受损细胞，减少Aβ积累，并恢复神经元细胞。利用外泌体在AD治疗中也已被提出。它们可能包含不同的有益分子，可以通过恢复神经功能或抑制AD的发病机制来保护AD，例如清除Aβ。有报道称，使用来自他汀类药物治疗的神经母细胞瘤细胞衍生的外泌体增加了细胞外Aβ降解率。小胶质细胞也在外泌体对AD的保护作用中合作。来自神经元细胞的外泌体可以通过促进小胶质细胞介导的Aβ清除来减少Aβ沉积。来自缺氧预处理的MSCs衍生的外泌体也被证明可以通过恢复突触和调节炎症来增强AD小鼠的认知。外泌体也可以被用作AD中药物和遗传元素的传递载体。使用细胞替代策略治疗AD是具有挑战性的，因为生成的神经元应该被放置在特定位置，更重要的是，要做出显著的突触连接，并正确地整合到现有的电路中。因此，需要更多的研究来找到适当的方法来选择最适合的干细胞类型，并在AD细胞疗法中使用它们。

支架和生物材料

通过纳米技术设计了不同的材料，这可以增加当前AD治疗剂的效力和安全性，并保护神经元免受Aβ、tau蛋白和氧化应激的侵害。有几项关于使用水凝胶在AD中进行药物和细胞传递的研究。据报道，肽-两亲水凝胶在释放AD大脑中的抗氧化剂和姜黄素——一种神经保护化合物方面是有益的。使用由结冷胶和黄原胶制成的水凝胶释放白藜芦醇被报道可以显著改善大鼠的记忆功能。含有白藜芦醇的基于脂质载体的原位凝胶可能是AD治疗的有前途的方法。在关注脑血管功能障碍与AD神经退行性的关联时，在一项研究中，血管内皮生长因子（VEGF），一种已被广泛用于血管修复和ESCs内皮分化的血管生成蛋白，被用来评估其在AD中的治疗效果。在将VEGF分泌的微囊化成纤维细胞植入AD小鼠模型后，Aβ积累、过度磷酸化tau和认知障碍被报道减少。这种方法可以解决VEGF传递的问题，使细胞包埋导致工程体细胞通过在半透膜包围的聚合物基质中固定而受到排斥保护。

用层粘连蛋白或层粘连蛋白衍生肽功能化的材料也被证明可以增加神经干细胞（NSC）的存活和神经元分化，减少海马体神经元凋亡，降低Aβ水平，并在体内外AD模型中增加突触功能。吡唑支架被设计用来针对AD中发现的病理变化。它们可以被开发为乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂和蛋白质聚集抑制剂。此外，有关纳米颗粒药物传递系统在AD治疗中应用效率的数据也在增加。

3.3.多发性硬化症（MS）

多发性硬化症（MS）是一种慢性自身免疫中枢神经系统（CNS）疾病，其潜在原因尚不明确。遗传和环境因素，如紫外线B（UVB）光暴露、Epstein-Barr病毒（EBV）感染、肥胖和吸烟，都可能与此疾病有关。全基因组关联研究已经发现了超过150个单核苷酸多态性，这些多态性负责MS。MS的主要遗传风险被报道为HLA-DRB1*15或该等位基因中的其他位点。MS可以处于无症状、前驱或有症状阶段。MS的初始常见表现为感觉障碍，特别是异常感觉、异常触觉、复视、共济失调、眩晕和膀胱障碍。一侧下肢麻木蔓延至盆腔、腹部或胸部是一种普遍症状。三叉神经痛和视神经炎也可能被报告，伴有完全或部分视力丧失。

MS发病机制的特征是CNS白质内的脑室周围炎症性病变，这些病变可以发展成脱髓鞘斑块、星形胶质细胞增生和神经退行性变。提到的病变包括CD8+ T细胞、B细胞和浆细胞。炎症过程导致少突胶质细胞损伤和脱髓鞘。复发-缓解型MS（RRMS）是最常见的形式。它的特点是症状的复发或加重，随后是缓解期，但进行性MS会继续恶化。在所有疾病阶段都发生再髓鞘化，特别是在进行性疾病中，这是MS中大脑发生愈合的标志。少突胶质细胞前体细胞（OPCs）和成人神经干细胞前体细胞被证明在再髓鞘化中发挥作用，因为它们在神经发生和胶质发生中的作用。

3.3.1.当前治疗方法

针对MS，存在几种批准的症状治疗疗法，如Sativex用于肌肉痉挛和fampridine用于行走困难。疾病修饰性MS药物包括β干扰素、醋酸格拉替雷、那他珠单抗和米托蒽醌。此外，还使用了硫唑嘌呤、人免疫球蛋白、免疫抑制药物、类固醇和血浆置换。当前的MS治疗无法抑制脱髓鞘和轴突损伤。然而，寻找能够修复神经学改变的治疗性治疗方法一直是一个挑战。因此，许多研究已经评估了再生医学在MS中的有益属性。

3.3.2.基于组织工程的方法

干细胞和外泌体

临床前研究已经证明，细胞疗法可能是再髓鞘化和功能恢复的一个有希望的治疗策略。在骨髓中发现的造血干细胞（HSCs）已经在MS治疗实验中进行了研究。在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE，CNS炎症的动物模型）的大鼠中，免疫消融后进行自体HSC（aHSC）移植，被认为在诱导缓解、预防复发和改善症状方面是有效的。间充质干细胞（MSCs）已经成为治疗神经炎症和神经退行性疾病（如MS）的强大细胞疗法。将骨髓间充质干细胞（BMSC）移植到EAE小鼠中，已经证明可以减少临床症状的严重性，并减少免疫细胞浸润、脱髓鞘和轴突损伤，这些损伤发生在MS的发病过程中。Bai等人将人类BMSC注入EAE小鼠。他们报告说干细胞在CNS中积累，慢性和复发-缓解模型中检测到功能恢复，损伤程度减少，并且病变部位的少突胶质细胞谱系细胞增加。此外，免疫反应也被BMSC改变。在Kassis等人的另一项研究中，MSCs被脑室内或静脉注射到EAE小鼠的慢性模型中，观察到EAE的临床过程改善，CNS炎症减少，轴突受到显著保护，特别是在脑室内给药时。

关于MSCs对MS患者影响的第一项临床试验研究于2007年发表。在对10名进行性MS患者进行自体BMSC移植后，平均随访19个月，得出结论MSC治疗用于治疗MS患者是可行的，并且没有报告重大不良事件。几项研究已经评估了MSC治疗在MS患者中的潜力。他们展示了MSCs在MS中的影响力，并报告没有重大不良事件。Connick和同事测试了静脉注射自体BMSCs对进行性MS患者受损视觉通路的治疗影响。检测到视力和视觉诱发反应潜伏期的改善。此外，还发现视神经区域增加，这是神经保护的标志。没有报告严重不良事件。几项研究描述了NSCs修复MS中的CNS组织的能力。Brown等人将从MSCs分化的NSCs移植到EAE小鼠模型中，并建议症状减轻，移植细胞存活并迁移到CNS，促进髓鞘化和神经保护，并且没有检测到免疫排斥或畸胎瘤形成。同样，在上述研究中，与MSCs相比，NSCs在降低CNS中浸润率方面显示出更大的影响。在Harris等人的另一项研究中，将MSC衍生的神经祖细胞（MSC-NPs）作为自体干细胞源鞘内注射到EAE小鼠中，并促进修复。建议多次注射MSC-NPs与对照组相比改善了神经功能，减少了免疫细胞浸润，并减少了脱髓鞘。此外，当神经干/祖细胞（NSPCs）被移植到大脑中时，显示出显著的存活率。基于ESC的治疗可以产生特定的细胞，如未完全分化的神经细胞，并提供免疫抑制的神经保护机制。一些实验已经检查了ESCs对MS治疗的影响。Aharonowiz等人在EAE小鼠中使用了hESC衍生的NPs。组织学评估显示，移植的细胞成功迁移到大脑，特别是在白质中。尽管没有检测到再髓鞘化和成熟的少突胶质细胞，但报告了炎症过程的减弱。Laterza和同事在另一项研究中调查了iPSCs的治疗潜力。他们声明，来自OPCs的iPSCs可以改善EAE的临床和病理特征。在另一项研究中，从iPSCs分化的OPCs被转移到髓鞘缺乏的小鼠模型中。建议产生的OPCs分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞，引起再髓鞘化并增加存活率。

外泌体被认为是一种潜在的替代疗法，可以增加再髓鞘化。Zhuang等人在EAE模型中通过鼻内给药姜黄素外泌体，报告称它们被小胶质细胞利用并导致其凋亡。此外，脑部炎症和自身免疫反应也有所减轻。Clark等人在其关于髓鞘再生的研究中，向EAE小鼠施用来源于间充质干细胞（MSCs）的外泌体。运动功能得到了改善，凋亡的少突胶质细胞减少，髓鞘损失也有所减少。此外，Jafarinia等人在EAE小鼠中静脉给药MSCs来源的外泌体后观察到，炎症评分、平均临床评分、白细胞浸润和脱髓鞘化与对照组相比显著降低。在另一项实验中，MSCs来源的外泌体每周静脉注射两次，持续4周，结果显示外泌体穿透了血脑屏障并靶向神经细胞。神经症状、神经炎症和脱髓鞘化得到了改善。在促炎条件下培养干细胞会产生具有更高抗炎能力的外泌体。Riazifar等人报告称，在EAE小鼠模型中静脉给药MSCs IFNγ外泌体减少了CD4+和CD8+ T细胞的浸润，并增加了脊髓中的CD4+ CD25+ FOXP3+调节性T细胞。使用MSCs和IFNγ生产的外泌体通过刺激如巨噬细胞抑制细胞因子1（MIC1）、凝集素1（Gal-1）、热休克蛋白70（HSP70）和潜在转化生长因子β结合蛋白（LTBP）等蛋白的表达，使其更具效力，这些蛋白具有抗炎、免疫调节和神经保护作用。它可以减少神经炎症和脱髓鞘化。研究表明，基于适配体的外泌体表面可以扩展其靶向能力。覆盖有髓鞘特异性DNA适配体的MSCs来源外泌体诱导了再髓鞘化和少突胶质细胞的增殖，并改善了EAE小鼠模型中的功能恢复。由于在中枢神经系统（CNS）中替代细胞的潜力有限，细胞治疗在多发性硬化症（MS）中的应用受到限制，因为受损部位的分化率较低，细胞整合和存活困难。这些限制可以通过在移植前对细胞进行预处理和选择最佳给药时间来克服。

支架和生物材料

为了成功使干细胞迁移到特定的脱髓鞘部位，生物材料被认为是MS管理中的一种潜在选择。用聚乳酸/壳聚糖（PLA/CS）制成的支架与神经样细胞（NLCs）一起移植到EAE小鼠中，检测到细胞附着、生长和分化。EAE的临床改善、炎症过程的减轻以及轴突损伤和脱髓鞘化的减少也得到了阐明。Russell等人研究了基于聚乙二醇（PEG）水凝胶在OPC细胞系增殖和刺激少突胶质细胞成熟方面的效率，以促进三维环境中的神经再生。他们的结果表明，来源于PEG的水凝胶在控制脱髓鞘疾病中的细胞命运方面具有强大作用，并具有促进增殖的特性。Baisiwala等人介绍了一种由透明质酸制成的3D水凝胶模型。他们探讨了组织刚度和炎症对神经前体细胞（NPC）在急性和慢性MS中发育为髓鞘少突胶质细胞的影响。他们在3D水凝胶中使用小鼠NPC，显示出较软的基质增加了髓鞘基础蛋白的表达。在另一项研究中，建议了由少突胶质细胞（OL-CM）产生的条件培养基在MS治疗中的作用。在EAE小鼠模型中使用了一种少突胶质细胞自组装肽水凝胶系统，临床评分和神经功能得到了改善，炎症细胞浸润和脱髓鞘化下降。这一结果证实，具有神经生长因子的OL-CM能够恢复神经功能。

许多纳米材料被引入以发挥抗氧化作用，能够消除脑中的活性氧（ROS）。一种新型的纳米材料是富勒烯及其衍生物，它们是具有高不饱和键的碳原子的三维阵列，具有抗氧化特性。在多发性硬化症小鼠模型中，研究表明富勒烯醇可以抑制谷氨酸受体，减少谷氨酸诱导的细胞内钙升高，这被认为是神经元兴奋性毒性的机制。这表明未来可以将富勒烯用于MS治疗。

亨廷顿病（HD）

亨廷顿病是一种罕见的常染色体显性神经退行性疾病，其特征是不自主的舞蹈样运动以及由于神经元丧失引起的记忆、行为和精神障碍。它是一种类似于其他神经退行性疾病的蛋白质错误折叠疾病。位于4号染色体短臂4p16.3上的CAG（胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G））重复序列负责HD。这些重复序列产生突变的亨廷顿蛋白（mHTT），其由异常长的聚谷氨酸组成。HD的病理特征是神经元细胞核中包含异常HTT的包涵体。研究表明，神经营养因子（例如BDNF）在HD大脑中显著下降。在HD的症状阶段之前，患者完全健康，没有可检测的临床异常。典型的舞蹈症在清醒时出现，协调失调、运动不持久（即无法维持自愿肌肉收缩在恒定水平）以及减缓的眼球扫视运动是一些常见表现。精细运动技能有助于早期诊断，而粗大运动协调技能（如步态和姿势维持）在疾病后期受损。通常，HD患者的长期记忆是完整的，但可能会出现认知功能障碍。精神症状，包括抑郁、精神病症状和自杀意念，在此病中可能会出现。

3.4.1.当前治疗方法

针对舞蹈症的多巴胺受体阻断或耗竭药物是治疗选项之一。特比胍是一种获得特别许可用于治疗HD的药物，它是一种突触小泡胺转运抑制剂。舒必利，一种抗精神病药物，在随机对照试验中改善了舞蹈症。抗帕金森病药物也用于治疗运动迟缓，但通常没有观察到积极效果。抑郁症、焦虑症和易激惹等精神症状可以用选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）治疗，包括西酞普兰和氟西汀。米氮平和文拉法辛是报道中用于治疗攻击性和精神病的强效抗精神病药物。抗胆碱酯酶抑制剂对HD认知改善的影响已在随机对照试验（RCTs）中进行了测试。尽管结果存在冲突。外科手术干预治疗舞蹈症已在少数病例中描述。深部脑刺激在其他运动障碍如帕金森病（PD）中有一席之地。基于上述研究，HD没有绝对的治疗方法。然而，许多治疗策略已被提出以改善生活质量。但仍需要发现有效的治疗手段。

3.4.2.基于组织工程的方法

干细胞和外泌体

识别新策略，如开发神经保护和疾病修饰治疗，可以改善HD患者的状况。细胞替代疗法可以通过替代丢失的神经元和对受损组织的神经营养效应来恢复大脑回路和功能。Lee等人评估了人类脂肪来源的间充质干细胞（MSCs）对HD的影响。他们报告称与对照动物相比，啮齿动物HD模型的病变体积减少，凋亡纹状体细胞数量减少，运动功能显著改善。Lescaudron等人评估了在HD大鼠模型诱导模型后1个月将自体骨髓干细胞（BMSCs）移植到纹状体的结果。工作记忆缺陷显著下降。MSCs的应用提供了使用低免疫原性的自体细胞的机会。Snyder等人将人类骨髓干细胞（hMSCs）移植到HD小鼠模型的纹状体中。他们报告称内源性神经干细胞（NSCs）的增殖和神经分化，以及丢失的神经元细胞的替代。神经营养信号和纹状体萎缩分别增加和减少。Bantubungi等人也建议在HD大鼠模型的受损部位移植外源性MSCs，导致受损纹状体中干细胞因子上调，干细胞迁移和增殖增加。

关于在HD实验动物模型中施用NSCs的研究有多项。McBride等人将人类胎儿皮质干细胞移植到HD大鼠模型的纹状体中。8周后，它们的功能显著改善。在纹状体中检测到人类核阳性细胞。还检测到干细胞分化为神经元和星形胶质细胞。Lee等人在HD大鼠中静脉给药人类NSCs（hNSCs）后，观察到大量hNSCs迁移到有HD病理的纹状体中。这些细胞主要放置在实质坏死组织周围和邻近血管旁。他们得出结论，干细胞应用可以选择较少侵入性的途径。在Lee等人的另一项研究中，hNSCs通过静脉给药到HD模型大鼠中，降低了纹状体萎缩的速率。通过PCR分析人类特异性ERV-3基因，确认了干细胞迁移到纹状体病变中。也观察到长期功能改善。Johann等人将NSCs移植到HD小鼠模型的纹状体中。为了评估移植的最佳时间，干细胞在损伤后2、7和14天给药。早期细胞移植组报告了最佳存活率。Gordon等人展示了MCP-1、MIP-1α和GRO-α趋化因子在HD小鼠模型中纹状体细胞死亡后引导NSCs迁移到病变中的作用。他们报告称在建立HD模型后2-3天，纹状体中MCP-1、MIP-1α和GRO-α显著上调。他们的结果解释了早期干细胞施用的有益效果，这导致最大数量的干细胞被招募到受损的纹状体中。这一结果与前述研究一致。

Vazey等人的研究进一步报告了NSCs在HD动物模型中的细胞存活和分化。他们在建立大鼠HD模型后2周将成年大鼠神经前体细胞（NPCs）给药到受损的纹状体中。显著的运动功能改善证实了干细胞的存活和神经分化。一些实验阐明了基因修饰干细胞在改善HD中的潜力。被设计为过表达BDNF、NT-3或NT4/5的鼠成纤维细胞被移植到HD大鼠的纹状体中。阐明了健康神经元在移植组中受到保护，免于死亡。

几项实验检查了外泌体在HD中的治疗作用。在体外HD模型中，从脂肪来源干细胞分泌的外泌体被证明可以减少mHTT积累、线粒体功能障碍和神经凋亡。此外，将来自星形胶质细胞的外泌体注射到HD小鼠模型的纹状体中减少了mHTT的聚集。能够穿越血脑屏障的能力使外泌体成为HD药物传递中的一个很好的选择，特别是在传递像miRNA和siRNA这样的寡核苷酸治疗剂时，它们通过靶向RNA或DNA可以阻止导致HD的蛋白质的表达。Lee等人将外泌体miR-124注入HD小鼠模型的纹状体，并报告了REST蛋白表达的减少，尽管他们没有观察到症状的显著改善，这可能由外泌体中miRNAs的低浓度和miRNAs的类型来解释。

支架和生物材料

不同的实验研究已经介绍了基于生物材料的方法来治疗亨廷顿病（HD）。Tsvetkov等人利用诱导自噬可以增加蛋白质错误折叠疾病（如神经退行性疾病）中错误折叠蛋白的清除率这一事实，并检验了一个名为N10取代苯并噁嗪的小分子支架对自噬诱导的影响以治疗HD。在HD模型中自噬增加，累积蛋白减少。他们提出这种方法可以帮助开发针对神经退行性蛋白病变的治疗策略。由于HD的单基因病因，基因治疗被认为是治疗HD的好选择。Alterman和同事展示了双价小干扰RNA（di-siRNA），两个链接的完全化学修饰的含有磷酸硫代的siRNA，能够在单次注入脑脊液（CSF）后持续沉默小鼠中枢神经系统内的HTT基因。大脑中产生的蛋白在大约6个月内保持下降。他们报告的方法可以帮助治疗HD和其他神经退行性疾病。从miRNA支架表达siRNA被认为是减少HTT并改善HD动物模型症状的好选择，当通过腺相关病毒（AAV）载体传递时。在一项研究中，报告了HD基因治疗最有效的治疗支架为miH12-451、miSNP50C-451和miSNP50T-451。它们的使用导致了强有力的HTT沉默。

3.5.肌萎缩侧索硬化症（ALS）

在ALS中，由于中枢神经系统内运动神经元退化，逐渐发生肌肉麻痹。肌肉纤维的去神经导致它们的萎缩和无力。ALS的临床特征是局部肌肉无力和萎缩，痉挛性截瘫和肌束颤动。此外，还可能经历感觉神经元和认知障碍。尽管已经提出了复杂的遗传-环境相互作用，但ALS的病因至今尚未确定。据报道，大约5%的ALS病例是遗传性的，主要是常染色体隐性遗传。铜锌超氧化物歧化酶1型（SOD1）基因的突变导致SOD1酶的抗氧化功能毒性增强。它导致ALS中自由基损伤和异常的自由基代谢。谷氨酸受体的广泛刺激导致大量钙流入神经元，增加一氧化氮形成和神经元死亡。此外，线粒体形态和生化异常、轴突运输受损和蛋白聚集也被认为是ALS的原因。这些聚集可能导致细胞毒性，并在ALS发病机制中发挥关键作用。了解ALS的发病机制将帮助我们找到更有效的治疗方法。

3.5.1.当前治疗方法

ALS被认为是一种不治之症。然而，目前管理ALS的策略旨在提高患者的生活质量。呼吸和营养管理对患者的病情有积极影响。利鲁唑是唯一被批准的药物，能有效延长ALS患者2-3个月的生命。这种药物通过抑制突触前末梢的谷氨酸释放和增加细胞外谷氨酸的摄取发挥作用。为了发现ALS更有效的治疗方法，许多研究已经检查了再生医学的作用。

3.5.2.基于组织工程的方法

干细胞和外泌体

替换ALS发病机制中丢失的运动神经元已被证明是有效的。许多研究调查了不同干细胞在ALS治疗中的影响。应用人类脐带血单核细胞和骨髓间充质干细胞（BMSCs）导致ALS小鼠的寿命增加。将源自人类脐带血的干细胞静脉注射到ALS前期小鼠后，细胞迁移到退化部位。Mazzini等人报告，在向ALS患者暴露的脊髓注射自体BMSCs后，四名患者的肌肉力量线性下降速度减缓，两名患者的肌肉力量轻微增加。

已经显示，借助基本纤维芽细胞生长因子和视黄酸等生长因子，可以从人类胚胎干细胞（hESCs）分化出类似运动神经元的细胞。来自hESC的运动神经元前体被认为在ALS小鼠模型中具有存活、分化和产生神经营养因子的能力，尽管由于伦理问题、肿瘤形成风险和移植排斥机会，尚未在患者中检查使用hESCs。

此外，几项研究评估了hNSCs移植在ALS啮齿动物模型中的治疗潜力。Yan等人将人类NSCs移植到免疫抑制ALS小鼠的下腰脊髓中。他们表明NSCs分化为神经元，与宿主神经细胞建立网络，减缓神经元退化的进展，并延长寿命。Xu和他的同事在将NSCs注射到ALS前期SOD1G93A大鼠的脊髓中后，展示了NSCs的理想治疗能力。他们报告了移植的存活增加和疾病发作的延迟。

此外，已经在ALS小鼠模型中展示了iPSC衍生细胞的治疗潜力。iPSC衍生的NSCs被鞘内和静脉应用。在两组中，保护了本地运动神经元，并延长了动物的寿命。这种能力被解释为由移植细胞分泌的滋养因子，包括GDNF、BDNF、NT-3和TGF-α。Popescu等人检查了在将人类iPSC衍生的NPs施用到ALS前期SOD1G93A大鼠的脊髓后的影响。他们发现，大多数施用的细胞分化为运动神经元。此外，他们声明，如果在ALS的前期移植NPs，由于环境的毒性较小，它们将对存活和分化率产生更好的影响。

将体细胞重新编程为运动神经元解决了免疫排斥和伦理问题等。

间充质干细胞（MSCs）免疫原性较低，可以从ALS患者体内获得，并可以异体或自体移植。它们能够迁移到受损部位，具有免疫调节和抗凋亡作用，并能产生与神经保护和组织修复相关的不同分子。因此，这些干细胞作为ALS的替代疗法受到了极大关注。Kim等人将人类骨髓间充质干细胞（hBMSCs）注入ALS小鼠的脑池，并报告称寿命延长和运动功能恶化延迟。Forostyak等人在鞘内给药人类MSCs后发现，MSCs增加了存活率，减缓了疾病进展，并显著改善了运动活动。在另一项研究中，hBMSCs通过尾静脉给药到ALS前期小鼠，移植后2周观察到存活率提高。MSCs也在ALS患者的临床试验中进行了检验，并显示出运动神经元保存、症状改善、神经炎症减少，且无显著不良反应。

外泌体在ALS中的使用也得到了评估。Lee等人在ALS小鼠模型中使用了NSCs和脂肪来源干细胞外泌体，并报告称SOD-1聚集和线粒体功能障碍减少。Bonafede等人证明了从脂肪干细胞分离的外泌体在体外ALS模型中通过鼻内给药具有神经保护和抗凋亡作用。然而，ALS的细胞治疗存在挑战。移植的运动神经元必须存活并创建长距离投射以获得适当的功能。此外，获得的运动神经元应该增加现有运动神经元的存活，并在另一方面，解毒环境。因此，开发可以促进细胞替代疗法的新方法是必要的。

支架和生物材料

有证据表明支架在ALS治疗中的有益作用。苯磺酰基吡唑酮（ASP）支架被报告为可以保护神经元免受由于蛋白质聚集引起的细胞毒性的活性支架之一。ASP支架具有良好的药代动力学特性，并能穿透血脑屏障。它可以阻断突变SOD1-G93A聚集，这是遗传性ALS中主要看到的病理机制。Chen等人介绍了一种生产具有更优秀代谢稳定性的ASP的方法，称为苯氧基烷基吡唑酮支架，通过转化为相应的亚砜和醚。他们得出结论，它可以作为NDs的新治疗方法。Xia等人还鉴定了另一种化学支架，嘧啶-2,4,6-三酮（PYT），它在保护实验中对突变SOD1诱导的细胞毒性有100%的效果，并减少ALS中SOD1蛋白聚集。Rojas-Prats和同事介绍了一种新的七种选择性细胞分裂周期激酶抑制剂家族，装载在6-巯基嘌呤支架上，发现它在减少TDP-43磷酸化方面非常有效，这是蛋白质病变的一个标志。因此，这个支架可以用于ALS治疗的开发。另一个在ALS治疗中检验的支架是苯并噻唑化合物，被认为是中枢神经系统中的生物活性分子，已被用于ALS的治疗。Amporndanai等人研究了新的硒基化合物在ALS治疗中的神经保护作用，作为治疗剂，通过靶向SOD中的半胱氨酸111，恢复突变SOD1二聚体的稳定性并防止其聚集。表1总结了使用干细胞治疗NDs的正在进行的临床试验。

4.结论：应用组织工程在ND治疗中的挑战和未来展望

治疗方法的进步改善了NDs管理的结果。尽管如此，这些方法中的大多数只解决症状，并不提供确切的治愈方法。应用组织工程方法将带来更有利的结果。尽管组织工程方法在治疗NDs方面的有效性取得了巨大进步，但挑战阻碍了它们向临床实践的转化。虽然干细胞可以帮助克服供体组织和细胞移植的不足，但它们的使用仍然具有挑战性。胚胎和胎儿干细胞面临资源不足、肿瘤形成风险和伦理问题等挑战。免疫原性是与干细胞应用相关的另一个问题。由于免疫原性较低，MSCs被建议用于ND治疗。iPSCs是另一种具有分化为NSCs的高潜力来源，并通过提供自体干细胞来帮助对抗免疫原性。干细胞的不可预测命运、它们分化率和移植后的存活率使它们成为一个黑箱。将干细胞疗法与现有的预处理方法结合起来可能有助于克服这些问题，特别是关于它们的生存和移植后干细胞特性。在给药前对它们进行表征是组织工程在治疗NDs时面临的另一个挑战。此外，适当地将移植的基于组织工程的构建物与原生组织整合对于正确再生受损区域和恢复受损组织功能是必要的。使用带有干细胞和生长因子的支架已经展示了与功能障碍组织的正确整合，诱导轴突生长和神经功能的平等恢复。然而，研究数量相对较少，需要进一步的研究来解决这个问题。此外，未来的研究应该关注提高基于组织工程的平台的安全性，减少它们的副作用，并优化它们的传递方法。尽管有几项动物研究检验了干细胞疗法对NDs的有效性，但一致结果的缺乏和有限的临床试验数量为进一步研究留下了空间，以解决现有挑战并为基于组织工程的方法的临床转化铺平道路。此外，遗传干预、分化方法和新的智能支架是研究中可以强调的方面。

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