臍帶間質幹細胞與外泌體

何謂臍帶間質幹細胞?

臍帶是指連結嬰兒和胎盤的營養輸送管道，有別於臍帶血，臍帶內含有另一種豐富的幹細胞，稱為「間質幹細胞」，能分化成多種組織和器官細胞，包括心臟、神經、軟硬骨、 肌肉、皮膚細胞等。研究更發現臍帶間質幹細胞能啟動身體再生機能及調節免疫系統反應，是一種多潛能的細胞。

臍帶間質幹細胞從哪裡來的？

多數人都一知半解的回答就是臍帶組織的幹細胞呀！對！也不對！臍帶間質幹細胞主要是從臍帶裡面一個叫做Wharton’s jelly（華通氏膠組織）的地方取得的，讓我們簡單的讓你知道關於這個『來自生命的禮物』到底是什麼？

簡述Wharton’s jelly

Wharton’s jelly（華通氏膠組織），也稱為黏液結締組織，是存在於哺乳動物胎兒臍帶中的一種明膠狀物質。它以17世紀的英國解剖學家Thomas Wharton命名。

Wharton’s jelly由一個含有膠狀基質的網絡組成，其中包含著膠原纖維、間質幹細胞、成纖維細胞和其他細胞外成分。它為臍帶內的血管提供結構支持和保護，使其具有靈活性，並防止壓縮或損傷。

Wharton’s jelly具有獨特的特性，尤其是其中包含的間質幹細胞，引起了醫學研究和再生醫學的興趣。這些幹細胞具有分化為多種細胞類型的潛力，包括骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞，並可以在出生後從臍帶組織中收集。目前在組織工程、細胞治療和某些疾病治療中都有許多的潛在應用。

圖片來源取自：https://stemcellthailand.org/whartons-jelly-stem-cells/

為什麼選擇臍帶間質幹細胞呢?

有幾項因素，臍帶間質幹細胞(UCMSC)優於其它幹細胞類型。首先，它避開了胚胎幹細 胞研究所產生的倫理問題。

其次，臨床研究發現臍帶間質幹細胞具有免疫特性，因此它有利於同種異體移植。 臍帶間質幹細胞降低了排斥和移植併發症的風險，治療上增加安全性。

第三，臍帶間質幹細胞可以再生人體的組織，包括軟骨，半月板，肌腱和骨折，在臨床醫學上已經有許多的進展，臍帶間質幹細胞可以通過歸巢到損傷部位，刺激分泌信號，調節免疫反應來發揮再生作用，能有效的修復損傷部位。已經超過 880 項的臍帶臨床研究正在進行，許多研究結果證明臍帶間質幹細胞可應用於器官修復及再生醫學、抗衰老醫學等領域上。

臍帶間質幹細胞的分化潛能

臍帶間質幹細胞（Wharton’s jelly mesenchymal stem cells）具有很高的分化潛能，可以分化成多種細胞類型。它們被認為是多能幹細胞，可以產生骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞以及其他組織和器官所需的細胞。

以下是臍帶間質幹細胞的主要分化潛能：

1. 骨分化：臍帶間質幹細胞可以分化為成骨細胞（osteoblasts），參與骨組織的形成和修復。

2. 軟骨分化：它們可以分化為軟骨細胞（chondrocytes），參與軟骨組織的生成和修復。

3. 脂肪分化：臍帶間質幹細胞可以分化為脂肪細胞（adipocytes），參與脂肪組織的形成和代謝。

4. 神經分化：它們也被發現可以分化為神經細胞（neurons）和膠質細胞（glial cells），在神經組織的再生和修復中起重要作用。

5. 血管分化：臍帶間質幹細胞可以分化為血管內皮細胞（endothelial cells），參與血管生成和修復過程。

由於其多樣的分化潛能，臍帶間質幹細胞被廣泛研究和應用於再生醫學領域，包括組織工程、細胞治療和疾病治療等。

臍帶間質幹細胞醫學上的功能應用

臍帶間質幹細胞（Wharton’s jelly mesenchymal stem cells）在醫學上有多種功能應用，以下是其中一些主要的應用領域：

1. 細胞治療：臍帶間質幹細胞具有免疫調節和抗炎特性，可以被用於治療自體免疫性疾病、器官移植排斥反應以及某些慢性炎症疾病。它們可以調節免疫系統的過度活化，減輕炎症反應，促進組織修復和再生。

2. 組織工程：臍帶間質幹細胞可以被用於生成和修復多種組織，包括骨組織、軟骨組織和脂肪組織。它們可以被應用於骨折治療、關節退化性疾病的治療以及脂肪組織再生等方面。

3. 神經保護和再生：臍帶間質幹細胞對於神經保護和再生具有潛力。它們可以釋放生長因子和神經營養因子，促進神經細胞的存活和生長，並參與神經組織的修復過程。這使得它們在中樞神經系統疾病（如中風、脊髓損傷）和周邊神經系統疾病（如周邊神經病變）的治療中具有潛力。

4. 心血管治療：臍帶間質幹細胞具有血管生成的能力，可以促進新血管的形成和血液循環的恢復。因此，它們被研究用於心肌梗塞、心臟衰竭和周邊血管疾病等心血管疾病的治療。

5. 其他應用：臍帶間質幹細胞還在其他領域進行研究，如肝病治療、肺病治療、皮膚修復、腎病治療和眼科治療等。

臍帶間質幹細胞的歸巢效應（homing effect）

臍帶間質幹細胞的歸巢效應（homing effect）是指當這些幹細胞被注射或移植到患者體內後，它們能定向移動到受損組織或器官的位置。這種能力使得臍帶間質幹細胞能集中在需要治療或修復的區域，並參與組織修復和再生的過程。

臍帶間質幹細胞的歸巢效應主要是通過幹細胞與細胞外基質和細胞黏附分子之間的相互作用實現的。它們能辨認和結合受損組織周圍的特定化學信號和分子標誌物，並利用這些指導信號導航到需要治療的區域。

一旦臍帶間質幹細胞抵達目標位置，它們可以參與組織修復的過程。它們可以分化為相應的細胞類型，如骨細胞、軟骨細胞或脂肪細胞，並釋放生長因子、細胞外囊泡和其他生物活性物質，進一步促進組織再生和修復。

臍帶間質幹細胞的歸巢效應是其治療潛力的重要特徵之一。通過利用這種能力，它們可以被應用於多種疾病和損傷的治療，包括組織缺血、器官損傷、關節退化性疾病和神經系統疾病等。

臍帶間質幹細胞對於抗老化有什麼幫助？

臍帶間質幹細胞對抗老化具有一定的幫助，具有多種特性和功能，可以對抗老化的機制產生積極影響，包括：

1. 抗氧化作用：臍帶間質幹細胞具有強大的抗氧化能力，可以中和自由基，減少細胞氧化損傷，從而有助於延緩細胞老化過程。

2. 抗炎作用：臍帶間質幹細胞能夠減少慢性炎症反應，這在老化過程中起到重要作用。它們可以調節免疫系統的反應，降低炎症因子的產生，減輕組織的慢性炎症狀態。

3. 細胞再生和修復：臍帶間質幹細胞具有分化成多種細胞類型的潛能，可以參與組織再生和修復過程。它們可以分化為皮膚細胞、脂肪細胞和軟骨細胞等，有助於恢復和修復老化組織的功能。

4. 生長因子和細胞外囊泡：臍帶間質幹細胞釋放多種生長因子和細胞外囊泡，這些物質可以促進細胞增殖、分化和修復，有助於維持組織的健康和功能。

臍帶間質幹細胞對於男性功能有什麼樣的研究跟幫助嗎？

臍帶間質幹細胞對於性功能的改善具有一定的潛力，特別是在某些性功能障礙的治療中。以下是一些可能的作用機制：

1. 血管生成：臍帶間質幹細胞具有促進新血管生成的能力，這對於性功能障礙的治療可能很重要。通過增加血液供應和改善血流，臍帶間質幹細胞可能有助於改善陰莖組織的灌注，從而增加性功能。

2. 神經保護和再生：臍帶間質幹細胞釋放的生長因子和細胞外囊泡可以對神經細胞產生保護作用，促進神經再生和修復。這對於某些神經性性功能障礙（如陰莖神經損傷）的治療可能有益。

如同『你知道的外泌體有幾種？』這篇所提到，其實很多細胞都有所謂的『外泌體』，當然現在最常聽到的『脂肪幹細胞』、『臍帶幹細胞』最普遍為人討論著，我們也知道這兩種幹細胞分別在醫學上有著不同的一些醫學應用，其實細胞實驗室讓民眾們可以儲存的『臍帶』跟『臍帶血』也是常常有很多人搞混，建議大家可以多多了解之間的區別，有機會我們再跟大家分享這類訊息。

臍帶間質幹細胞外泌體 外泌體(exosome) 是細胞外囊泡(extracellular vesicles) 的一種, 是由細胞分泌出大小介於30nm~150nm 奈米級的特殊囊泡。組成成分包含幹細胞的蛋白質、多種生長因子、抗發炎因子和核酸片段等。憑藉外泌體攜帶的訊號扮演細胞與細胞之間溝通的關鍵角色，調控周圍受損細胞的修復再生和發炎反應。 細胞所分泌的外泌體不僅會影響周遭的微環境 (microenvironment)，還扮演著細胞間溝通的角色，甚至會藉由釋放至循環系統中的外泌因子來影響遠端的其他細胞或組織，與許多疾病的形成有很大的關係。 細胞衍生之外泌因子已是近年來被關注的再生醫療產品，就如同是幹細胞的化身，調控損傷細胞的再生與發炎反應，幫助修復身體老化損傷之細胞與組織。 細胞外泌因子提供一個不一樣的再生治療產品選擇，透過細胞衍生之外泌因子調節細胞活性用於治療許多疾病。外泌體並不含有活細胞，是一種細胞所釋放出的囊泡，外泌體內主要包含RNA、蛋白質、脂質、microRNA、DNA片段等多種物質。近年來被認為可以做為檢測的標記與再生醫學之應用。

關於外泌體濃度（particles）

臍帶間質幹細胞外泌體的標記及內容物 常見的外泌體標誌物包括表面蛋白(CD9、 CD63、CD81)、flotillin-1、整合素、主要 組織相容性複合物(MHC) I 和 II、Hsp70、膜內蛋白TSG101 和 Alix。外泌體還含有其他蛋白質、不同種類的 RNA 和 DNA。

外泌體在製成後可利用特殊的螢光染色及⻄方墨點法檢測以確認產品經純化與過濾後產品中含有外泌體，並透過無菌檢測以確保產品品質與安全性。

以下為各國利用臍帶間質幹細胞及臍帶間質幹細胞外泌體在醫療上常見

的應用治療項目，當然台灣的細胞研究發展也相當迅速，相信未來一定能造福更多的人。

臍帶間質幹細胞在醫療及抗老化應用上相關的文獻

醫療應用：

• Kim DW, Staples M, Shinozuka K, et al. Wharton’s jelly-derived mesenchymal stem cells: Phenotypic characterization and optimizing their therapeutic potential for clinical applications. Int J Mol Sci. 2013;14(6):11692-11712.

• Wang L, Tran I, Seshareddy K, et al. Increasing umbilical cord-derived mesenchymal stem cell numbers leads to better ex vivo expansion efficiency, immunophenotype and therapeutic potency. Stem Cell Res Ther. 2019;10(1):372.

• Taghizadeh RR, Cetrulo KJ, Cetrulo CL. Wharton’s Jelly Stem Cells: Future Clinical Applications. Placenta. 2011;32 Suppl 4:S311-S315.

抗老化應用：

• Fong CY, Chak LL, Biswas A, et al. Human Wharton’s Jelly Stem Cells Have Unique Transcriptome Profiles Compared to Human Embryonic Stem Cells and Other Mesenchymal Stem Cells. Stem Cell Rev Rep. 2011;7(1):1-16.

• Song YS, Joo HW, Park IH, et al. Paracrine Effects of Wharton’s Jelly-Derived Mesenchymal Stem Cells on Neonatal Hyperoxic Lung Injury in Mice. Pediatr Res. 2018;83(4):791-798.

• Manochantr S, U-pratya Y, Kheolamai P, et al. Intrinsic Characteristics of Human Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells and Extracellular Vesicles from Various Sources. J Stem Cells. 2013;8(1):45-59.