Adipose-Derived Stem Cells in Wound Healing Research

เซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันในการวิจัยการสมานแผล

เซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSCs) ได้กลายเป็นตัวแทนบำบัดที่มีศักยภาพสำหรับการรักษาแผล เนื่องจากสามารถเข้าถึงได้ง่าย มีปริมาณมาก และมีคุณสมบัติในการฟื้นฟูที่ทรงพลังได้จากไขมันที่ดูดออกมาหรือเนื้อเยื่อไขมันที่ตัดออก ADSCs สามารถเก็บเกี่ยวได้ในปริมาณมากผ่านขั้นตอนที่รุกรานน้อยที่สุด ความสามารถในการส่งเสริมการสร้างหลอดเลือดใหม่, ปรับการอักเสบ, และเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ประเภทที่เกี่ยวข้องทำให้ ADSCs เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการรักษาแผลเรื้อรัง, แผลไฟไหม้, และการบาดเจ็บของเนื้อเยื่ออื่น ๆ ที่วิธีการแบบดั้งเดิมไม่สามารถแก้ไขได้

ประเด็นสำคัญ

• เซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) สามารถแยกได้ในปริมาณมากจากไขมันที่ดูดออกมาผ่านกระบวนการย่อยด้วยเอนไซม์หรือการแปรรูปทางกล
• เซลล์เหล่านี้ส่งเสริมการหายของแผลผ่านกลไกพาราคริน ซึ่งรวมถึงการหลั่งปัจจัยการเจริญเติบโตและไซโตไคน์
• การสร้างหลอดเลือดใหม่โดย ADSC ช่วยเร่งการสร้างเนื้อเยื่อแผลเป็นและการปิดแผล
• คุณสมบัติการปรับภูมิคุ้มกันของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ช่วยลดการอักเสบและส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่
• การทดลองทางคลินิกแสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยและประสิทธิผลเบื้องต้นของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ในการรักษาแผลเรื้อรัง

การแยกและประมวลผลเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC)

เนื้อเยื่อไขมันเป็นแหล่งที่อุดมสมบูรณ์และเข้าถึงได้ง่ายที่สุดของเซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่ในร่างกายมนุษย์ การดูดไขมันจะได้ลิโพแอสพาราตซึ่งประกอบด้วยเซลล์สโตรมาวัลคิวลาร์แฟคชั่น (SVF) ซึ่งสามารถแยกเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ได้ผ่านการย่อยด้วยเอนไซม์หรือการประมวลผลทางกล การดูดไขมันเพียงครั้งเดียวสามารถให้เซลล์ SVF ได้หลายล้านเซลล์ ซึ่งมากกว่าปริมาณที่ได้จากการดูดไขกระดูกอย่างมาก

การแยกด้วยเอนไซม์ใช้การย่อยเนื้อเยื่อไขมันด้วยคอลลาจีเนส ตามด้วยการปั่นเหวี่ยงเพื่อแยก SVF ออกจากเซลล์ไขมันที่โตเต็มที่ เศษตะกอน SVF ประกอบด้วย ADSCs พร้อมกับเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด เซลล์เพอริไซต์ และเซลล์ภูมิคุ้มกัน การเพาะเลี้ยงบนพื้นผิวพลาสติกในขั้นตอนถัดไปจะคัดเลือกเฉพาะ ADSCs ในขณะที่กำจัดกลุ่มที่ไม่เกาะติดออกไป กระบวนการนี้ให้ผลผลิต ADSCs ที่มีความบริสุทธิ์ค่อนข้างสูง เหมาะสำหรับการวิจัยและการประยุกต์ใช้ทางคลินิก

เซลล์ต้นกำเนิดชนิดมีเซนไคม์ของมนุษย์ - เนื้อเยื่อไขมันมีให้บริการในรูปแบบที่ได้รับการคัดสรรและเก็บรักษาด้วยความเย็น พร้อมสำหรับการวิจัยการรักษาแผล สำหรับการศึกษาเปรียบเทียบเซลล์ต้นกำเนิดชนิดมีเซนไคม์ของมนุษย์ - ไขกระดูก (HMSC-BM)เป็นมาตรฐานทองคำของเซลล์ต้นกำเนิดชนิดมีเซนไคม์แบบดั้งเดิมเซลล์ต้นกำเนิดชนิดมีเซนไคม์ของมนุษย์ - วาร์ตันเจลลี่ (HMSC-WJ)เป็นทางเลือกที่มีความสามารถในการเพิ่มจำนวนสูงขึ้น

กลไกพาราไครน์ในการสมานแผล

ผลทางการรักษาของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) มีสาเหตุหลักมาจากการหลั่งสารชีวภาพผ่านกระบวนการพาราคริน (paracrine secretion) มากกว่าการเปลี่ยนรูปของเซลล์โดยตรง (direct cell differentiation) เซเครโทม (secretome) ของ ADSC ประกอบด้วยปัจจัยการเจริญเติบโต (growth factors), ไซโตไคน์ (cytokines), เคโมไคน์ (chemokines), และเวสิเคิลนอกเซลล์ (extracellular vesicles) ซึ่งช่วยส่งเสริมการหายของแผลร่วมกัน สารละลายที่ผ่านการปรับสภาพจากวัฒนธรรมของ ADSC (conditioned medium) แสดงกิจกรรมการหายของแผลโดยไม่ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของเซลล์ ซึ่งยืนยันถึงความสำคัญของกลไกพาราคร

การหลั่งสารกระตุ้นการเจริญเติบโตของหลอดเลือด (VEGF) โดยเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) เป็นตัวขับเคลื่อนการสร้างหลอดเลือดใหม่ซึ่งจำเป็นต่อการหายของแผล ปัจจัยกระตุ้นการสร้างหลอดเลือดรวมถึงปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์พื้นฐาน (bFGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์ตับ (HGF) และปัจจัยการเจริญเติบโตที่มาจากเกล็ดเลือด (PDGF) ช่วยส่งเสริมการสร้างหลอดเลือดเพิ่มเติม การเพิ่มการสร้างหลอดเลือดช่วยปรับปรุงการส่งผ่านออกซิเจนและสารอาหารไปยังบริเวณแผล ทำให้การฟื้นฟูเนื้อเยื่อเกิดขึ้นได้เร็วขึ้น

ตัวกระตุ้นการเจริญเติบโตแบบเปลี่ยนแปลงเบต้า (TGF-β) และตัวกระตุ้นการเจริญเติบโตของผิวหนัง (EGF) ส่งเสริมการเพิ่มจำนวนของไฟโบรบลาสต์และการสะสมของสารตั้งต้นนอกเซลล์ ตัวกระตุ้นการเจริญเติบโตของเคราติโนไซต์ (KGF) กระตุ้นการเคลื่อนที่และการเพิ่มจำนวนของเซลล์เยื่อบุผิว เร่งการฟื้นฟูเยื่อบุผิวของแผล โปรไฟล์การหลั่งตัวกระตุ้นการเจริญเติบโตที่ครอบคลุมนี้อธิบายถึงประสิทธิภาพของ ADSC ในหลายระยะของการหายของแผล

คุณสมบัติในการปรับภูมิคุ้มกัน

เซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSCs) ปรับการตอบสนองการอักเสบผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ภูมิคุ้มกันที่แทรกซึมเข้าสู่บริเวณแผล การหลั่งพรอสตาแกลนดิน E2 (PGE2) ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของเซลล์ T และส่งเสริมการพัฒนาของเซลล์ T ควบคุมการแสดงออกของเอนไซม์อินโดลเอมีน 2,3-ไดออกซิจีเนส (IDO) ทำให้ทริปโตเฟนที่จำเป็นสำหรับการกระตุ้นเซลล์ T ลดลง กลไกเหล่านี้ร่วมกันลดการอักเสบที่มากเกินไปซึ่งขัดขวางการสมานแผล

การโพลาไรเซชันของแมคโครฟาจเป็นกลไกสำคัญในการปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกันของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ADSC ส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงจากแมคโครฟาจชนิด M1 ที่กระตุ้นการอักเสบไปเป็นแมคโครฟาจชนิด M2 ที่ส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ ผ่านการหลั่ง IL-10 และ TGF-β แมคโครฟาจชนิด M2 จะหลั่งไซโตไคน์ต้านการอักเสบและปัจจัยการเจริญเติบโตที่ช่วยซ่อมแซมเนื้อเยื่อ การเปลี่ยนแปลงการโพลาไรเซชันนี้เร่งการเปลี่ยนผ่านจากระยะการอักเสบไปสู่ระยะการเพิ่มจำนวนของแผล

การศึกษาการเพาะเลี้ยงร่วมแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ ADSC ต่อการทำงานของเซลล์ภูมิคุ้มกันเซลล์ THP-1ที่ถูกทำให้แตกต่างเป็นแมคโครฟาจเป็นแบบจำลองสำหรับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่าง ADSC กับแมคโครฟาจ ระบบการเพาะเลี้ยงร่วมเหล่านี้เผยให้เห็นการส่งสัญญาณสองทิศทางซึ่งปัจจัยที่มาจากแมคโครฟาจมีอิทธิพลต่อองค์ประกอบของสารที่หลั่งจาก ADSC สร้างวงจรป้อนกลับที่ขยายการตอบสนองในการฟื้นฟู

การส่งเสริมการสร้างหลอดเลือดใหม่

การล้มเหลวในการหายของแผลเรื้อรังมักสะท้อนถึงการขาดการไหลเวียนของหลอดเลือดในบริเวณแผล ADSCs ช่วยส่งเสริมการสร้างหลอดเลือดใหม่ผ่านการกระตุ้นเซลล์ผนังหลอดเลือดโดยตรงและกลไกการสื่อสารระหว่างเซลล์ VEGF, angiopoietin-1 และปัจจัยการสร้างหลอดเลือดอื่น ๆ ที่ถูกหลั่งออกมาโดย ADSCs กระตุ้นการเพิ่มจำนวนของเซลล์ผนังหลอดเลือด, การเคลื่อนที่, และการสร้างท่อของเซลล์ผนังหลอดเลือด การสร้างหลอดเลือดใหม่นี้ช่วยปรับปรุงการไหลเวียนของเลือดและสนับสนุนการพัฒนาของเนื้อเยื่อแผลที่เจริญเติบโต

สภาพแวดล้อมของแผลที่มีออกซิเจนต่ำช่วยเพิ่มการผลิตปัจจัยสร้างหลอดเลือดของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ผ่านการคงตัวของ HIF-1α กลไกการตรวจจับออกซิเจนนี้จะเพิ่มการแสดงออกของ VEGF ในสภาวะขาดออกซิเจนซึ่งการสร้างหลอดเลือดใหม่มีความจำเป็นมากที่สุด การเตรียมเซลล์ ADSC ให้ผ่านสภาวะเพาะเลี้ยงแบบขาดออกซิเจนก่อนนำไปใช้กับแผลอาจช่วยเพิ่มศักยภาพในการสร้างหลอดเลือดของเซลล์เหล่านี้ได้

การดึงดูดเซลล์ต้นกำเนิดของเอนโดทีเลียมโดยเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันในกระดูก (ADSC) มีส่วนช่วยในการสร้างหลอดเลือดใหม่บริเวณแผล การหลั่ง SDF-1 (CXCL12) จะดึงดูดเซลล์ต้นกำเนิดที่หมุนเวียนอยู่ในกระแสเลือดซึ่งแสดง CXCR4 มาสู่บริเวณดังกล่าว เซลล์ที่ถูกดึงดูดเหล่านี้จะรวมตัวเข้ากับหลอดเลือดที่กำลังก่อตัวและช่วยในการสร้างหลอดเลือดใหม่อย่างต่อเนื่อง ซึ่งยาวนานกว่าผลพวงจากสารพาราครินของ ADSC ในทันที

การมีส่วนร่วมในการสร้างความแตกต่าง

แม้ว่ากลไกพาราไครน์จะมีความสำคัญเหนือกว่า แต่การเปลี่ยนสภาพของเซลล์ไขมันสีขาว (ADSC) ไปเป็นเซลล์ชนิดที่เกี่ยวข้องกับแผลยังช่วยส่งเสริมการฟื้นฟูเพิ่มเติม การเปลี่ยนสภาพของเซลล์ไฟโบรบลาสต์จะสร้างเซลล์ที่ผลิตองค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์ซึ่งจำเป็นสำหรับเนื้อเยื่อแผลเป็น การเปลี่ยนสภาพของเซลล์เคราติโนไซต์ แม้ว่าจะมีความขัดแย้ง แต่ก็สามารถช่วยส่งเสริมการฟื้นฟูผิวหนังใหม่ในสภาวะที่เหมาะสมได้

การแยกตัวเป็นเซลล์บุผนังหลอดเลือดของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) มีส่วนช่วยในการพัฒนาหลอดเลือดภายในบริเวณแผล การเพาะเลี้ยงที่ส่งเสริมการแยกตัวเป็นเซลล์บุผนังหลอดเลือดได้รับการพัฒนาแล้ว และเซลล์บุผนังหลอดเลือดที่ได้จาก ADSC แสดงลักษณะการทำงานรวมถึงการสร้างท่อและการแสดงออกของเครื่องหมายที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม การมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของ ADSC ที่แยกตัวแล้วกับเซลล์ต้นกำเนิดภายในร่างกายที่ถูกดึงดูดมายังคงอยู่ระหว่างการวิจัย

การแยกตัวเป็นเซลล์ไขมัน (Adipogenic differentiation) ซึ่งเป็นเส้นทางเริ่มต้นโดยธรรมชาติของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) มีบทบาทในการฟื้นฟูเนื้อเยื่อไขมันใต้ผิวหนังในบาดแผลลึก ไขมันใต้ผิวหนังมีหน้าที่สำคัญในการรักษาสมดุลของผิวหนังและการสมานแผล ผ่านการหลั่งสารอะดิโพไคน์ (adipokine) และการมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ผิวหนังชนิดอื่น ๆ การสร้างเนื้อเยื่อไขมันใหม่โดยเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันที่กระตุ้นด้วย ADSC ช่วยฟื้นฟูชั้นเนื้อเยื่อที่มีหน้าที่สำคัญนี้

วิธีการจัดส่งและโครงสร้างพื้นฐาน

การฉีดสารแขวนลอย ADSC โดยตรงเข้าสู่ขอบแผลให้วิธีการส่งมอบที่ง่าย แต่ส่งผลให้การคงอยู่และการรอดชีวิตของเซลล์ไม่ดี โปรโตคอลการฉีดซ้ำช่วยปรับปรุงผลลัพธ์โดยการรักษาการมีอยู่ของเซลล์ตลอดกระบวนการหาย การฉีดเฉพาะที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแผลขนาดเล็กหรือแผลที่สามารถเข้าถึงได้ซึ่งการรักษาซ้ำเป็นไปได้

การส่งมอบโดยใช้โครงนั่งร้านช่วยเพิ่มการคงอยู่ของเซลล์ การอยู่รอด และการกระจายตัวในเชิงพื้นที่ภายในแผล ฐานคอลลาเจน ไฮยาลูโรนิกแอซิดไฮโดรเจล และโครงนั่งร้านพอลิเมอร์สังเคราะห์ให้สภาพแวดล้อมสามมิติที่สนับสนุนการทำงานของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) การเลือกโครงนั่งร้านพิจารณาคุณสมบัติทางกลที่สอดคล้องกับตำแหน่งของแผล อัตราการสลายตัว และความเข้ากันได้กับการอยู่รอดและการหลั่งสารของ ADSC

แนวทางแบบไร้เซลล์ที่ใช้สารอาหารจากเซลล์ไขมัน (ADSC-conditioned medium) หรือถุงน้ำเซลล์ (extracellular vesicles) ช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาการส่งเซลล์และการเก็บรักษาเซลล์ได้ สารอาหารที่เข้มข้นซึ่งมีปัจจัยการหลั่งของเซลล์ไขมัน (ADSC secretome factors) แสดงประสิทธิภาพในการรักษาแผลในแบบจำลองก่อนคลินิก การเตรียมเอ็กโซโซม (exosome preparations) ช่วยรักษาฤทธิ์การสื่อสารระหว่างเซลล์ (paracrine effects) ของเซลล์ไขมันไว้ในรูปแบบที่เสถียรและสามารถเก็บรักษาได้ ซึ่งเหมาะสำหรับการนำไปใช้ในทางคลินิก

หลักฐานจากการทดลองทางคลินิก

การทดลองทางคลินิกระยะที่ I/II ได้ยืนยันความปลอดภัยของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) สำหรับการรักษารอยแผลเป็นที่ต้องการการรักษา การเตรียมเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันแบบออโตโลกัสและอัลโลโลกัสแสดงให้เห็นถึงโปรไฟล์ความปลอดภัยที่ดีโดยไม่มีเหตุการณ์ไม่พึงประสงค์ที่สำคัญในการรักษาแผลเรื้อรัง ความกังวลเกี่ยวกับภูมิคุ้มกันกับเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันอัลโลโลกัสยังไม่ปรากฏในทางคลินิก ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติการปรับภูมิคุ้มกันของพวกมัน

การทดลองรักษาแผลเบาหวานที่เท้าแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่น่าพอใจของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) การปิดแผลที่รวดเร็วขึ้น, เวลาการรักษาที่สั้นลง, และอัตราการตัดขาที่ลดลงได้ถูกบันทึกไว้ในผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาเมื่อเปรียบเทียบกับการรักษาตามมาตรฐาน ผลลัพธ์เหล่านี้ช่วยตอบสนองความต้องการที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในด้านการจัดการแผลเบาหวาน ซึ่งวิธีการรักษาแบบดั้งเดิมมักล้มเหลว

การรักษาแผลไฟไหม้ด้วยเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) แสดงให้เห็นถึงการฟื้นฟูผิวหนังชั้นนอกที่ดีขึ้นและการเกิดแผลเป็นลดลง การสร้างหลอดเลือดใหม่ในแผลที่ได้รับการรักษาช่วยส่งเสริมการรอดชีวิตของผิวหนังที่ถูกปลูกถ่ายและการหายของแผล ผลลัพธ์ทางความงามได้รับประโยชน์จากผลกระทบของ ADSC ต่อการเจริญเติบโตและการปรับโครงสร้างของแผลเป็น

วัฒนธรรมและคุณภาพที่ควรพิจารณา

การเพาะเลี้ยง ADSC มาตรฐานใช้สื่อพื้นฐานDMEMหรือ DMEM/F12 ร่วมกับเซรั่มวัวตัวเมีย 10% การเสริมปัจจัยการเจริญเติบโตด้วย bFGF (5-10 ng/mL) ช่วยเพิ่มการแบ่งตัวของเซลล์สำหรับการขยายในระดับคลินิกสื่อแช่แข็ง CM-1ช่วยให้สามารถแช่แข็งธนาคาร ADSC ได้ ในขณะที่ทางเลือกที่ปราศจากเซรั่มรองรับการผลิตในระดับคลินิก

การตรวจสอบสายพันธุ์เซลล์และการติดตามผู้บริจาคช่วยให้สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตลอดกระบวนการผลิตและการใช้งานทางคลินิกการทดสอบเชื้อไมโคพลาสมาช่วยป้องกันการปนเปื้อนที่อาจส่งผลเสียต่อผลลัพธ์การรักษาแผล การทดสอบเชิงหน้าที่ที่ยืนยันความสามารถในการเปลี่ยนแปลงลักษณะและการประกอบส่วนของสารที่หลั่งออกมาให้ข้อมูลคุณภาพที่เหนือกว่าการระบุลักษณะด้วยเครื่องหมายบนพื้นผิว

สรุป

เซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่สำคัญในการนำไปใช้รักษาแผลผ่านกลไกการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ (paracrine), การปรับระบบภูมิคุ้มกัน (immunomodulatory), และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่าง ๆ (differentiation) หลักฐานทางคลินิกสนับสนุนความปลอดภัยและประสิทธิภาพเบื้องต้นสำหรับการรักษาแผลเรื้อรัง, แผลไฟไหม้, และแผลผ่าตัด การปรับปรุงวิธีการส่งมอบ, รูปแบบการให้ยา, และมาตรฐานคุณภาพอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้การรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมัน (ADSC) ก้าวไปสู่การปฏิบัติทางคลินิกมาตรฐานสำหรับการรักษาแผลในอนาคต