随着角膜缘干细胞概念的确立,许多实验均已证实:角膜上皮干细胞位于角膜缘,角膜上皮病变是由于角膜缘干细胞功能缺陷或数量不足而引起的。然而,解决这些角膜疾病最有前途的治疗方法,是自体角膜缘干细胞培养后的移植。
角膜缘干细胞的特征
早在20世纪80年代,随着对眼表面上皮细胞分化及创伤愈合过程的深入研究,西方国家首次总结提出了“角膜缘干细胞”的新概念,在不久的时间里,这一理论得到了各国同行的认可。
角膜缘上皮干细胞具有其他定向干细胞相似的特性:具有很强的自我更新、增殖和分裂能力;其细胞处于低分化状态;具有很长的生命跨度;细胞周期长,有丝分裂活性低;分裂不对称。此外,Davanger等究发现,正是角膜缘的乳头状结构,发挥着角膜上皮细胞再生器官的作用,而Vogt栅栏区乳头状结构中的某些基底细胞,就是角膜缘干细胞。
许多研究还证实,角膜缘干细胞与微环境有着密切的关系。早在1983年,Schotild研究认为,角膜缘干细胞存在于一个稳定的微环境中,而微环境中因素的变化,直接影响着角膜缘干细胞的增生分化。具体到各种角膜损伤性疾病时,角膜缘局部微环境的改变,直接影响干细胞的正常增生分化,从而导致角膜上皮干细胞缺乏,患者出现角膜刺激症状,角膜结膜化、角膜新生血管形成以及角膜表面瘢痕化、钙化、角膜溃疡形成等。这一发现,为临床角膜缘干细胞的组织移植提供了理论依据。
角膜缘干细胞移植进展
自体角膜缘干细胞移植,在人类历史上经历了一个由初始到高深、由单一到多项的发展过程。根据干细胞的概念,1960年Strampelli描述了自体角膜缘移植术。随着角膜缘干细胞理论的建立和发展,1989年Tseng等创立了自体角膜缘移植术。该手术将自体健康眼角膜缘含干细胞组织在内的球结膜片移植到患眼受损的角膜缘处,21例患者均取得满意的疗效。这一成功,在自体角膜缘移植的初始阶段,无疑是一次惊人的突破。
自体角膜缘移植虽然不存在免疫排斥,移植成活率也很高,但对于双眼伤患者来说,由于双眼干细胞都不同程度受累,已不存在自体角膜缘干细胞移植的可能来源,因此在临床上,专家大胆试用同种异体角膜缘干细胞移植治疗,然而免疫排斥却成了异体干细胞移植所面临的最大难题。William等曾用DNA多形态性和聚合酶链反应(PCR)技术对异体角膜缘组织移植后进行检测,发现术后12周角膜周边检测不到异体源性上皮;20周角膜中央部及周边均检测不到异体源性上皮。这意味着排斥反应引起异体干细胞死亡。
由于自体干细胞来源不足,加之同种异体角膜缘组织移植的排斥反应,因此专家们将攻关的聚焦投向了自体角膜缘干细胞培养后的移植上。1993年,Lindberg等在实验中,取1毫米×1毫米大小的角膜缘干细胞组织,用组织培养法获得角膜上皮融合单细胞层,成功移植到裸鼠皮下,4天内移植上皮形成5~6层较原始的角膜上皮细胞,并牢固地黏附在植床上。1997年,Pellgrini等用自体健眼1立方毫米角膜缘干细胞组织块培养后形成的细胞层,移植到患眼上获得成功。术后随访2年,仍显示持续性的角膜上皮完整性,视力达0.7。种种研究表明,自体角膜缘干细胞培养后自体移植,不仅解决了自体干细胞来源不足的问题,而且避免了同种异体间移植后的排斥反应。因而,这一技术被认为是目前最有前途的治疗方法。
近年来,许多专家又把目光瞄准了自体角膜缘干细胞培养到羊膜载体上进行自体移植方面。Tsai等将严重眼表疾病患者健眼的自体角膜缘干细胞培养到羊膜载体上,进行自体患眼眼表移植。观察发现,术后2~5天内角膜上皮即可再生,1月后眼表面角膜上皮细胞完全生长,视觉灵敏度明显增加。Lyan等对14例行培养的干细胞移植患者随访13个月,14例中有10例角膜上皮完全再生,视力提高。除此之外,有专家用人羊膜为支架,成功进行了人自体培养的角膜缘干细胞移植,治疗干细胞缺乏的眼皮疾病;还有专家行角膜缘干细胞羊膜片移植治疗角膜缘功能障碍。这些研究证实,以羊膜作为自体角膜缘干细胞培养的载体,是一种既简单又有效的好方法。
为拓宽研究渠道,Wang等应用组织培养的方法。对兔角膜缘上皮细胞进行体外原代和传代培养。结果发现,兔角膜缘上皮细胞可在体外成功培养传代:原代培养细胞大多48小时贴壁,5天后旺盛生长,15天形成单层;传代培养细胞次日贴壁,10天形成单层。培养细胞表面有丰富的微绒毛,具有正常兔角膜上皮细胞相一致的生物学特性,从而开创了角膜缘干细胞体外培养的新途径。
面临的问题
自体角膜缘干细胞培养后移植治疗眼表疾病,虽然已初步获得成功,但这种移植后的远期状况,仍存在许多难题,有待进一步探讨和研究。如培养后的角膜缘上皮干细胞繁殖、分化及生理、生化和免疫特性的变化情况;移植的载体、移植后细胞的移行、黏附、增殖和分化能力;干细胞的纯化与体外培养;干细胞分化的控制及细胞因子对干细胞的影响等。这些问题既是目前亟待探讨解决的难题,也是该领域研究的发展方向。我们有理由相信,随着科学技术的发展,自体角膜缘干细胞培养后移植治疗的研究,一定会有新的突破。
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