細胞薄膜的臨床應用及臨床前研究
近年來，細胞治療逐漸引起廣大科研工作者以及臨床醫師們的廣泛關注，并逐步應用于臨床。然而細胞療法目前要的方法是使用細胞懸液輸注的方式，在臨床應用上存在一些困難與局限，如靜脈輸注存在血栓風險、靶向性難以控制、部分組織器官給藥困難等。為彌補細胞懸液注射在臨床上目前現存的短板，一些新型的細胞制劑形式相繼問世，其中較為具有代表性的是細胞薄膜技術（Cell sheet technology）。細胞薄膜技術指通過一定的制備工藝得到的保留了細胞間連接以及細胞外基質的單層細胞膜。細胞薄膜具有較好的貼附能力的同時具有較高的細胞活性，并且因其薄膜狀結構使其易于操作，在臨床上針對某些疾病，如肌腱再生、骨關節炎治療、皮膚損傷等方面均具有極大優勢。
1. 細胞薄膜治療骨關節炎
骨關節炎是一類高發性疾病，無論是肥胖帶來的體重負擔過重、運動造成的損傷或者是疾病都會造成關節損傷。目前臨床上通常采用保守的治療方式，如：使用矯正支架、特殊鞋墊減輕關節負擔；針灸、冷敷或者服用鎮痛消炎藥來減輕身體痛苦；進行手術，將受損半月板替換成人工半月板等。但這些都不是真正治愈疾病的方式。
通過體外培養患者自體軟骨細胞，在和滑膜細胞共培養的條件下，將軟骨細胞制成細胞薄膜，并且疊加了三層，并且與常規的外科手術相結合。先通過手術移除了關節處不健康的組織，再將軟骨細胞薄膜放置于患者的膝關節軟骨受損處。
術后對患者進行了MRI（核磁共振）、關節鏡檢查、組織染色觀察以及膝關節評分等多項檢查評估，結果顯示：患者關節處受損的軟骨組織已經全部得到恢復，并且關節功能恢復良好，生活質量得到極大提高。
2. 細胞薄膜重建眼角膜
眼外傷或者眼部疾病可能會導致角膜混濁，目前臨床上的角膜移植所用的供體角膜來自于他人捐獻，數量較少，難以滿足臨床需求。干細胞治療中，自體眼角膜干細胞移植被認為是最好的解決方式。然而，通?；颊叨际请p眼患病，不具備單眼采集角膜干細胞的條件。
通過采取患者自體口腔粘膜上皮組織，并將其在體外培養成細胞薄膜，再聯合外科手術，對患者渾濁病變的眼角膜進行替換。
在術后對患者隨訪的15個月內，患者眼角膜的透明性維持良好，上皮無任何缺陷，視力恢復正常，未觀察到任何并發癥。
3. 細胞薄膜預防食道癌術后食道狹窄
對于進行了食道表面腫瘤切除后的患者來說，容易出現高發的術后并發癥——食道狹窄。患者手術完畢后需要多次用球囊對食道進行擴張，防止出現術后食道狹窄的現象。這個過程非常痛苦，嚴重影響了患者的生活質量。
通過體外培養患者自體口腔粘膜上皮，將其制備成細薄膜，在手術完畢后移植到食道腫瘤切除后的的潰瘍表面。此種療法有效促進食道再上皮化，預防術后狹窄，提高患者生活質量。
4. 細胞薄膜修復牙槽骨缺損
慢性牙周炎在我國是一項高發疾病。牙周炎患者面臨的最主要的問題就是，牙槽骨水平降低，牙根暴漏，以至于牙齒松動，無法維持正常的咀嚼功能。即使是選擇種植牙，牙槽骨水平很低也是不滿足手術條件的?，F在的牙科針對牙槽骨補充的治療手段是通過植入骨粉。然而，骨粉畢竟是異源性物質，有些患者會出現植骨后吸收、失敗等現象。
而使用自體牙周組織細胞，制成細胞薄膜，放入到牙槽骨降低的部位，可以實現牙周組織再生，使牙槽骨恢復到正常水平高度。
5. 細胞薄膜治療慢性心力衰竭
心血管疾病是高死亡率的一項疾病。缺血性損傷和慢性心肌病導致心臟收縮組織的永久性喪失，最終導致心力衰竭和死亡。干細胞治療作為一種有前景的療法，研究人員正在努力確定合適的供體細胞種類，以改善患病后的心臟功能。
科研人員使用肌肉來源的干細胞，將其制備成細胞薄膜后，移植到大鼠心臟的缺血區域，同時他們也做了細胞注射液的對照組。實驗發現，細胞薄膜能夠實現長期在患處停留，避免了細胞注射引發心律失常、免疫反應等不良后反應，提高了細胞存活率和在受損部位的定植率，恢復缺血性心臟的供血功能。
6. 細胞薄膜治療Ⅰ型糖尿病
Ⅰ型糖尿病發病機理尚不明確，通常在兒童期或者青春期出現，目前沒有治愈的方式，患者只能通過終生注射胰島素來維持血糖水平，結合飲食控制，并且積極預防并發癥。
通過體外培養脂肪來源的間充質干細胞，與胰島細胞共培養，然后將胰島和間充質干細胞的制備成復合薄膜，移植到糖尿病模型的大鼠身上。實驗結果發現，復合薄膜移植的實驗組比單純移植胰島細胞的對照組，胰島的移植成活率更高，能恢復機體產生胰島素的功效，從而治愈糖尿病。
7. 細胞薄膜修復腎纖維化
微血管損傷時腎纖維化進展的重要原因。傳統的細胞療法通過血管保護性細胞因子來移植腎臟損傷，但由于細胞保留率低，效果有限。
通過體外培養的骨髓間充質干細胞，將其制成細胞薄膜后，移植到大鼠腎臟表面的缺血區域。我們發現相較于靜脈注射細胞懸液，細胞薄膜組的細胞成活率更高。并且移植細胞沒有發生遷移。細胞分泌的肝細胞生長因子（HGF）和血管內皮生長因子（VEGF）等活性因子，有效防止了腎臟纖維化的發生。
8. 細胞薄膜修復受損子宮內膜組織
輕度子宮內膜受損可自行修復，然而重度子宮內膜受損往往會引起宮腔粘連，是導致女性不孕不育的首要因素。傳統的藥物療法、飲食調節等方式療效有限，對于重度受損患者往往作用甚微。
體外培養子宮內膜細胞與子宮上皮細胞，將二者制備成復合薄膜后，轉移到大鼠子宮內膜受損模型的受損部位，并手術縫合。實驗結果顯示，接受了細胞薄膜治療的大鼠，大鼠的子宮功能得到恢復，成功構建了妊娠模型。
9. 細胞薄膜修復脊髓損傷
中樞神經系統損傷會引發一系列嚴重后遺癥，然而由于中樞神經細胞不可再生，目前仍沒有能夠完全治愈的治療手段。
間充質干細胞可以通過分泌細胞因子、免疫因子、免疫調節蛋白和外泌體等多種旁分泌因子來誘導神經干細胞分化為神經元細胞，從而實現脊髓功能的恢復。
體外培養骨髓間充質干細胞，并制備成細胞薄膜，移植到大鼠脊髓損傷處。實驗結果發現，間充質干細胞分泌的外泌體能夠促進神經細胞的分化。在對大鼠后肢的BBB評分結果可以看到，接受了細胞薄膜治療的實驗組，大鼠的后肢運動能力明顯得到恢復。
10. 細胞薄膜修復脊髓損傷
糖尿病足和大面積燒傷都屬于臨床上常見的難治性創面，它們的愈合涉及一系列極為復雜的生化反應，痊愈困難。隨著醫學生物學的發展，間充質干細胞在治療難治性創面顯現出良好的發展前景。
使用人類脂肪來源的間充質干細胞薄膜，敷于大鼠皮膚創口表面。實驗結果顯示，間充質干細胞薄膜分泌的胞外囊泡中的miR-10b，通過調節PEA15來促進CDK6的表達，從而促進細胞增殖抑制凋亡，加速皮膚創面愈合。
參考文獻：
1. Masato, Sato., Masayuki, Yamato., Genya, Mitani., Tomonori, Takagaki., Kosuke, Hamahashi., et al. Combined surgery and chondrocyte cell-sheet transplantation improves clinical and structural outcomes in knee osteoarthritis. NPJ Regen Med. (2019) 4.
DOI: 10.1038/s41536-019-0069-4
2. Nishida, K., Yamato, M., Hayashida, Y., Watanabe, K., Yamamoto, K., et al. Corneal reconstruction with tissue-engineered cell sheets composed of autologous oral mucosal epithelium. N Engl J Med.(2004) 351(12):1187-96.
Doi: 10.1056/NEJMoa040455
3. Ohki, T., Yamato, M., Ota, M., Takagi, R., Murakami, D., Kondo, M., et al. Prevention of esophageal stricture after endoscopic submucosal dissection using tissue-engineered cell sheets. Gastroenterology. (2012)143:582-588.
Doi: 10.1053/j.gastro.2012.04.050.
4. Iwata, T., Yamato, M., Washio, K., Yoshida, T., Tsumanuma, Y., Yamada, A., et al. Periodontal regeneration with autologous periodontal ligament-derived cell sheets - A safety and efficacy study in ten patients. Regen Ther. (2018) 9:38-44.
Doi: 10.1016/j.reth.2018.07.002.
5. Naosumi, Sekiya., Kimimasa, Tobita., Sarah, Beckman., Masaho, Okada., Burhan, Gharaibeh., Yoshiki, Sawa., Robert L, Kormos., Johnny, Huard. Muscle-derived stem cell sheets support pump function and prevent cardiac arrhythmias in a model of chronic myocardial infarction. Mol Ther. (2013) 21(3):662-9.
DOI: 10.1038/mt.2012.266
6. Izumi, Fujita., Rie, Utoh., Masakazu, Yamamoto., Teruo, Okano., Masayuki, Yamato. The liver surface as a favorable site for islet cell sheet transplantation in type 1 diabetes model mice. Regen Ther. (2018)8:65-72.
DOI: 10.1016/j.reth.2018.04.002
7. Aya, Imafuku., Masatoshi, Oka., Yoei, Miyabe., Sachiko, Sekiya., Kosaku, Nitta., Tatsuya, Shimizu. Rat Mesenchymal Stromal Cell Sheets Suppress Renal Fibrosis via Microvascular Protection. Stem Cells Transl Med. (2019) 8(12):1330-1341.
DOI: 10.1002/sctm.19-0113
8. Goro, Kuramoto., Tatsuya, Shimizu., Soichi, Takagi., Ken, Ishitani., Hideo, Matsui., Teruo, Okano. Endometrial regeneration using cell sheet transplantation techniques in rats facilitates successful fertilization and pregnancy. Fertil Steril. (2018) 110(1):172-181.
DOI: 10.1016/j.fertnstert.2018.03.007
9. Siqiaozhi, Li., Xin, Liao., Yixuan, He., Rui, Chen., Wei V, Zheng., Manshu, Tang., Xiaohua, Guo., Junhui, Chen., Sean, Hu., Jia, Sun.
Exosomes derived from NGF-overexpressing bone marrow mesenchymal stem cell sheet promote spinal cord injury repair in a mouse model. Neurochem Int. (2022)157:105339.
DOI: 10.1016/j.neuint.2022.105339
10. Xin, Liao., Fei, Yan., Sean, Hu,. Jing, Mu., Siqiaozhi, L., Yixuan, He., Manshu, Tang., Junhui, Chen., Li, Yu., Jia, Sun. Adipose mesenchymal stem cell sheets-derived extracellular vesicles-microRNA-10b promote skin wound healing by elevating expression of CDK6. Biomaterials Advances.(2022)136,212781.
DOI:10.1016/j.bioadv.2022.212781
