Nature:重大突破!我国科学家利用内源性干细胞治愈先天性白内障

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分类 科研
来源 生物谷

在一项新的研究中,来自中国中山大学、四川大学、广州市康瑞生物科技有限公司和美国加州大学圣地亚哥分校、德州大学西南医学中心、哈佛大学医学院的研究人员开发出一种新的再生医学方法,即移除婴儿眼睛中的先天性白内障,从而允许剩余的干细胞再生出功能性的晶状体。

这种治疗方法已在动物和小型人类临床试验中进行过测试,要比当前的标准疗法具有更少的手术并发症,而且就12名接受这种新手术治疗的儿童白内障患者而言,它导致具有极好视觉功能的晶状体再生。相关研究结果于2016年3月9日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Lens regeneration using endogenous stem cells with gain of visual function”。论文通信作者为来自中山大学中山眼科中心眼科学国家重点实验室的刘奕志(Yizhi Liu)教授和张康(Kang Zhang)教授,其中张康也是加州大学圣地亚哥分校医学院教授。

先天性白内障—出生时或出生后不久发生的晶状体混浊—是儿童失明的一种重要原因。混浊的晶状体阻止光线传送到视网膜从而阻止视觉信息传送到大脑,这就会导致显著的视觉损伤。当前的治疗方法受限于患者的年龄和相关的并发症。大多数儿童患者在白内障手术移除后需要戴着矫正眼镜(corrective eyewear)。

张康教授说,“干细胞研究的最终目标就是激活人类自己的干细胞再生潜力用于组织和器官修复以及疾病治疗。”

在这项新的研究中,刘奕志教授、张康教授和同事们凭借的就是内源性干细胞的再生潜力。不同于其他的涉及在实验室中制造干细胞然后将它们移植回病人体内的干细胞方法会产生诸如病原体传播和免疫排斥之类的潜在问题,内源性干细胞是天然地位于损伤或出现问题的部位适当位置的干细胞。就人类眼睛而言,晶状体上皮干细胞(lens epithelial stem cells, LECs)在人的一生当中产生替换性的晶状体细胞,不过随着年龄的增加,LECs的再生能力会下降。

当前的白内障手术大量地移除晶状体中的LECs;在婴儿眼睛中,那些留存下来的少量LECs无序地再生,而不能产生有用的视力。在模式动物体内证实LECs的再生潜力后,研究人员开发出一种新的微创手术方法,该方法保持晶状体囊(lens capsule)—一种有助赋予晶状体发挥功能所需形状的膜—的完整性,同时还找到一种激活LECs生长的方法,形成新的具有视觉功能的晶状体。

在随后针对白内障动物的测试和小型人类临床试验中,研究人员发现这种新的外科手术允许也已存在的LECs再生出功能性的晶状体。特别地,这项人类临床试验涉及12名年龄在2岁以下的接受这种新方法治疗的婴儿,以及25名类似的接受目前标准手术治疗的婴儿。作为对照组的后者具有更高的术后炎症发生率,早期发作的眼内高压和增加的晶状体混浊。

研究人员报道,接受这种新治疗方法的12名婴儿产生更少的炎症,而且更快地痊愈,在三个月后,一种再生的明亮的双凸形晶状体出现在所有的这12名病人眼睛中。

张康教授说,“这项研究取得的成功代表着一种新的能够再生人类组织或器官和能够治疗人类疾病的方法,而且可能对利用我们自己身体的再生能力开发再生疗法产生广泛的影响。”

张康教授说,他和同事们如今正在努力将他们的研究扩大到治疗年龄相关性白内障(age-related cataract)上。年龄相关性白内障是全世界人类失明的主要原因。超过2000万美国人患上白内障,而且每年开展400多万例用一种人工晶体(intraocular lens)替换混浊晶状体的手术。

尽管技术上取得进步,但是大部分接受这种手术的患者手后视力不佳,而且还要依赖于矫正眼镜来开车和/或阅读。“我们认为我们的新方法将引发白内障手术变革,而且有可能在未来给病人提供一种更加安全的更好的治疗选择。”

原文链接:

Lens regeneration using endogenous stem cells with gain of visual function

doi:10.1038/nature17181

Haotian Lin, Hong Ouyang, Jie Zhu, Shan Huang, Zhenzhen Liu, Shuyi Chen, Guiqun Cao, Gen Li, Robert A. J. Signer, Yanxin Xu, Christopher Chung, Ying Zhang, Danni Lin, Sherrina Patel, Frances Wu, Huimin Cai, Jiayi Hou, Cindy Wen, Maryam Jafari, Xialin Liu, Lixia Luo,Jin Zhu, Austin Qiu, Rui Hou, Baoxin Chen, Jiangna Chen, David Granet, Christopher Heichel, Fu Shang, Xuri Li, Michal Krawczyk,Dorota Skowronska-Krawczyk, Yujuan Wang, William Shi, Daniel Chen, Zheng Zhong, Sheng Zhong, Liangfang Zhang, Shaochen Chen, Sean J. Morrison,Richard L. Maas, Kang Zhang & Yizhi Liu

The repair and regeneration of tissues using endogenous stem cells represents an ultimate goal in regenerative medicine. To our knowledge, human lens regeneration has not yet been demonstrated. Currently, the only treatment for cataracts, the leading cause of blindness worldwide, is to extract the cataractous lens and implant an artificial intraocular lens. However, this procedure poses notable risks of complications. Here we isolate lens epithelial stem/progenitor cells (LECs) in mammals and show that Pax6 and Bmi1 are required for LEC renewal. We design a surgical method of cataract removal that preserves endogenous LECs and achieves functional lens regeneration in rabbits and macaques, as well as in human infants with cataracts. Our method differs conceptually from current practice, as it preserves endogenous LECs and their natural environment maximally, and regenerates lenses with visual function. Our approach demonstrates a novel treatment strategy for cataracts and provides a new paradigm for tissue regeneration using endogenous stem cells.

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