引言
核辐射对健康带来的影响是当下最为关心的话题。近年来,在核辐射产生的损伤治疗研究中,基于干细胞修复及再生医学的技术备受瞩目。日本学者在2021年就发文表示建立辐射急救的再生医学体系。并强调了发展细胞疗法、细胞修复技术和再生生物技术,作为辐射紧急情况的再生医学措施。
2011年福岛核电站事故发生后,为了建立能有效促进组织再生的、基于细胞治疗的辐射应急医学体系,日本学者迈出了建立辐射应急再生医学的第一步。
2021年,日本广岛大学放射生物学与医学研究所的学者在《辐射研究杂志》(Journal of Radiation Research)上发表了文章[1],综述了建立辐射急救的再生医学体系。作者认为,发展细胞疗法、细胞修复技术和再生生物技术作为辐射紧急情况的再生医学体系是必要的。可以利用现有的再生医疗系统,开发应对辐射紧急情况的再生医疗系统,这篇综述强调了通过开发现有细胞处理中心,建立一个安全可靠的放射医学细胞库,开展辐射急诊医学教育项目,构建辐射急诊医学的再生医学网络。
各种干细胞,包括间充质干细胞(MSCs)、造血干细胞、内皮祖细胞(EPCs)和脂肪组织源性基质细胞(adrc),在临床环境中被用于细胞治疗,干细胞移植对组织或器官再生的有益作用已被证实。
日本是诱导多能干细胞技术发展最快的国家,在这篇文章中,作者呼吁建立以诱导多能干细胞为来源的各类细胞植入治疗的辐射应急再生医学体系,并表示有必要建立核电站事故和核恐怖主义辐射损害的防御和处理方法,以及有必要发展造血细胞以外的细胞治疗、细胞修复技术和再生生物技术,作为辐射紧急情况的再生医学措施。
发展新疗法:充分利用细胞修复和再生技术
在日本,1999年9月和2011年3月分别发生了两次核辐射暴露事故,分别为东海村核临界事故和东京电力公司福岛第一核电站事故。根据记载,两名在东海村核临界事故中暴露于大剂量中子和伽马射线的工作人员死于辐射引起的多器官衰竭,尽管他们接受了多器官衰竭治疗和多次骨髓移植。
急性辐射综合征是由于短时间内全身暴露于电离辐射而引起的急性疾病,有前驱期、潜伏期、疾病期和恢复或死亡四个阶段。根据辐照剂量不同,可发生造血综合征(2–10Gy)、胃肠道综合征(>10Gy)和神经心血管综合征(>30 Gy)。
晚期急性辐射综合征的治疗仍然非常困难。尽管成功地进行了骨髓细胞移植,但受到大剂量辐射照射的工人死于急性辐射综合症和持续的多器官损伤,这表明即使骨髓细胞移植成功,全身受到大剂量辐射照射的个体也无法生存。
在这篇综述中[1],作者表示,应该促进合作研究,改进现有疗法,并利用细胞疗法、细胞修复和再生生物技术开发新的疗法,这些疗法可以应用于辐射紧急情况的再生医学。
图片来自文献1
使用干细胞,包括间充质干细胞和脂肪组织源性基质细胞进行细胞治疗是治疗急性辐射综合征的一种很有前途的策略。然而,如果整个身体都暴露在大剂量的辐射下,细胞疗法对急性辐射综合征将无效。细胞疗法能够修复局部辐射引起的损伤,包括皮肤、软组织、骨骼肌和神经的损伤。近年来,细胞疗法已被用于血管生成、软骨再生和抗癌复发,并已被证明是安全、可行和有效的[1]。
在东海村事故中,不受控制的消化道出血是严重辐射暴露后的一个关键问题。利用细胞疗法再生消化道的方法仍然需要探讨,重度辐射照射后的细胞治疗除了消化道再生之外,还有许多问题需要解决。此外,在这一领域,仍需要制定管理和治疗急性辐射综合症的指南。
探讨间充质干细胞在辐射治疗中的应用
这篇综述还专注于间充质干细胞的潜力[1]。相比于胚胎干细胞,自体间充质干细胞有以下优点:
(1) 间充质干细胞可以很容易地从多个组织中分离出来,并且可以在体外快速扩增;
(2) 间充质干细胞可以在细胞培养后储存,并且可以重复进行细胞移植;
(3) 不涉及伦理问题;
(4) 间充质干细胞本身具有免疫调节作用;
(5) 间充质干细胞免疫原性低。
图片来自文献1
2015年,美国学者发表了间充质干细胞治疗急性辐射综合征的综述[2],他们认为,间质干细胞治疗对这些急性辐射综合征个体的益处可能包括促进造血恢复,增强胃肠道和皮肤的愈合,以及可能减轻或治疗各种其他急性放射综合征并发症。
造血综合征是1 ~ 10 Gy辐射剂量下死亡的主要原因。体外和体内临床数据表明,在标准治疗中加入间充质干细胞治疗可以促进造血系统更快的恢复。间充质干细胞分泌多种造血细胞因子,如IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-14、IL-15、巨噬细胞集落刺激因子、Flt-3配体和干细胞因子(SFC)。在较高的辐射暴露水平下,患者通常需要进行造血干细胞移植。多项研究结果表明,造血干细胞-间充质干细胞的联合输注有助于造血干细胞的植入和造血功能的恢复[3,4]。
关于肠道综合征,间充质干细胞疗法在临床上成功应用于某些涉及肠上皮显著丧失的炎性肠病,如GvHD和克罗恩病。
对于神经心血管综合征。近年来,多种血管生成方法,包括细胞治疗和基因治疗,已被尝试用于缺血动物模型的缺血组织血运重建,包含间充质干细胞的细胞治疗方法已被证明在缺血肢体模型和肢体缺血患者中诱导治疗性血管生成。
除了在促进造血恢复、促进肠道和皮肤修复方面的功效外,间充质干细胞还被发现有潜力帮助多种其他损伤类型的结构和功能改善。例如,临床研究结果表明,间充质干细胞在治疗骨骼肌、骨骼、肌腱、肺、脑、心脏、角膜、肝脏和肾脏等领域均具有前景。
未来,随着间充质干细胞治疗方法的进步,仍然需要开发适当的损伤特异性临床前模型,以及开展更多的临床研究,以更好的探讨与评估其疗辐射暴露引起的损伤的疗效。
呼吁重视细胞库系统的建设
研究人员表示[1],如果在遭遇辐射灾害时不能使用自体细胞进行再生医学,则应考虑使用同种异体细胞。在这种情况下,有必要在细胞库中储存同种异体细胞和自体细胞。细胞库系统的建设,对于建立辐射紧急情况下的再生医学至关重要。
参考文献:
[1]Higashi Y, Yusoff F M, Kishimoto S, et al. Regenerative medicine for radiation emergencies[J]. Journal of Radiation Research, 2021, 62(Supplement_1): i21-i29.
[2] Eaton E B, Varney T R. Mesenchymal stem cell therapy for acute radiation syndrome: innovative medical approaches in military medicine[J]. Military Medical Research, 2015, 2: 1-9.
[3]Angelopoulou M, Novelli E, Grove JE, Rinder HM, Civin C, Cheng L, et al. Cotransplantation of human mesenchymal stem cells enhances human myelopoiesis and megakaryocytopoiesis in NOD/SCID mice. Exp Hematol. 2003;31:413–20.
[4]Maitra B, Szekely E, Gjini K, Laughlin MJ, Dennis J, Haynesworth SE, et al. Human mesenchymal stem cells support unrelated donor hematopoietic stem cells and suppress T-cell activation. Bone Marrow Transplant. 2004;33:597–604.
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