第二章 肝細胞移植 Hepatocyte Transplantation

第 二 章 肝 細 胞 移 植 Hepatocyte Transplantation 生 技 碩 專 研 一 黃 國 清

Anatomy 人 體 內 最 大 器 官 (1.5 公 斤 )

LIVER ANATOMY Liver lobules hexagonal structures consisting of hepatocytes Hepatocytes radiate outward from a central vein At each of the six corners of a lobule is a portal triad Liver sinusoids

LIVER ANATOMY

Functions Metabolic Synthesis Breakdown Other functions storage of vitamin A,D,B12,F Excretion of waste products from bloodstream into bile Vascular storage of blood

Synthesis Protein metabolism Synthesis of amino acids Carbohydrate metabolism Gluconeogenesis Glycogenolysis Glycogenesis Lipid metabolism Cholesterol synthesis Lipogenesis Production of coagulation factors I, II, V, VII, IX, X and XI, and protein C, protein S and antithrombin Main site of red blood cell production Produces insulin-like growth factor 1 (IGF-1), a polypeptide protein anabolic effects Production of trombopoetin

Breakdown Breaks down insulin and other hormones Breaks down hemoglobin Breaks down or modifies toxic substances (methylation) sometimes results in toxication Converts ammonia to urea

Other functions Produces albumin, the major osmolar component of blood serum Synthesizes angiotensinogen, the hormone responsible for raising blood pressure when activated by renin (enzyme released when the kidney senses low blood pressure)

細 胞 移 植 器 官 來 源 缺 乏 不 需 要 所 有 的 細 胞 同 時 工 作 以 維 護 我 們 的 生 理 需 求 這 將 可 能 使 一 名 捐 贈 者 可 以 分 享 給 更 多 受 贈 者, 並 且 擴 大 有 限 的 捐 贈 器 官 其 實 用 的 效 率 便 利 性 完 整 的 器 官 無 法 長 期 保 存, 分 離 的 細 胞 可 以 冷 凍 保 存 且 在 任 何 我 們 需 要 的 時 刻 解 凍 安 全 的 完 整 的 器 官 移 植 仍 然 有 潛 在 的 外 科 手 術 風 險 細 胞 移 植 可 以 透 過 經 皮 注 射 的 方 式 達 到 治 療 目 的

Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

Transplantation 2012;93:342-347

Desmosome: a cell structure specialized for cell-to-cell adhesion J Intern Med 2012;272:201-223

Current Opinion in Nephrology and Hypertension 2009, 18:481 488

J Intern Med 2012;272:201-223

Transplantation 2012;93:342-347

J Intern Med 2012;272:201-223

Transplantation 2012;93:342-347

肝 細 胞 移 植 的 基 礎 研 究 成 果

移 植 肝 細 胞 的 位 置 肝 外 位 置 不 是 生 理 上 正 常 的 肝 細 胞 生 長 環 境 需 要 生 長 因 子 和 大 量 的 細 胞 外 間 質 來 重 建 移 植 的 肝 細 胞 其 功 能 基 因 表 現 顯 示 當 移 植 入 宿 主 肝 臟 時 其 表 現 較 好

Intraperitoneal transplantation of rat hepatocyte microbeads in rats with ALF. Jitraruch, Suttiruk; Dhawan, Anil; Hughes, Robin D.; Filippi, Celine; Soong, Daniel; Philippeos, Christina; Lehec, Sharon C.; Heaton, Nigel D.; Longhi, Maria S.; Mitry, Ragai R. (2014): Intraperitoneal transplantation of rat hepatocyte microbeads in rats with ALF. Figure_6.tif. PLOS ONE. 10.1371/journal.pone.0113609.g006.

細 胞 如 何 移 植 進 入 到 宿 主 肝 臟

1. 細 胞 嵌 入, 繁 殖 和 細 胞 - 細 胞 相 互 作 用 (cell engraftment, proliferation, and cell-cell interaction) hepatocyte transplantation efficacy is limited because the transplanted cells become entrapped in portal spaces and are subsequently destroyed by the innate immune system remaining transplanted hepatocytes are poorly engrafted in the liver parenchyma Cell Medicine, Vol. 4, pp. 85 98, 2012

經 由 肝 動 脈 移 植 的 細 胞 仍 將 由 於 受 到 較 高 的 壓 力 而 損 害 經 由 門 靜 脈 移 植 的 細 胞 佔 據 門 靜 脈 分 枝 而 引 起 短 暫 缺 血 性 的 再 灌 流 傷 害 (Ischemia reperfusion injury)

Ischemia reperfusion injury tissue damage caused when blood supply returns to the tissue after a period of ischemia or lack of oxygen restoration of circulation results in inflammation and oxidative damage through the induction of oxidative stress http://en.wikipedia.org/wiki/reperfusion_injury

Mechanisms Reperfusion of ischemic tissues is often associated with microvascular injury, particularly due to increased permeability of capillaries and arterioles These "activated" endothelial cells produce more reactive oxygen species

Figure 1 Multifaceted hepatic ischemia-reperfusion injury. Kupffer and endothelial cells produce cytokines and chemokines, recruiting neutrophils that further accentuate injury. EC: Endothelial cell; KC: Kupffer cell; ATP: Adenosine triphosphate; TNF: Tumor necrosis factor; IL: Interleukin; ICAM: Intercellular adhesion molecule; VCAM: Vascular adhesion molecule; PAF: Platelet activation factor; LTB4: Leukotriene B4; GMS-CSF: Granulocyte macrophage colony stimulating factor; INF: Interferon; ROS: Reactive oxygen species World J Gastroenterol. 2010 December 28; 16(48): 6079-6086

僅 僅 只 有 20% 移 植 的 細 胞 透 過 內 皮 細 胞 的 裂 縫 能 夠 嵌 入 到 宿 主 肝 板 內

需 要 多 少 細 胞 去 達 到 治 療 效 果? 取 決 於 肝 臟 疾 病 的 特 性 和 嚴 重 程 度 急 性 肝 臟 衰 竭 較 多 肝 細 胞 代 謝 性 肝 臟 疾 病 較 少 肝 細 胞 通 常 一 次 的 肝 細 胞 移 植 只 能 移 植 約 宿 主 肝 臟 質 量 2~5% 的 捐 贈 者 細 胞 單 次 移 植 中 小 於 1% 的 移 植 肝 細 胞 是 不 足 以 達 到 治 療 的 目 標

提 高 移 植 效 率 增 加 細 胞 嵌 入 的 比 例 刺 激 移 植 細 胞 本 身 的 繁 殖 多 次 的 移 植

增 加 細 胞 嵌 入 的 比 例 以 gadonium 使 Kupffer 細 胞 失 去 活 性 rapamycin 或 是 加 上 tacrolimus 干 擾 單 核 白 血 球 和 嗜 中 性 白 血 球 的 浸 潤 血 管 擴 張 劑 和 cyclophosphamide, doxorubicin 和 monocrotaline(mct) 化 學 藥 劑 引 起 內 皮 細 胞 的 破 壞 改 善 細 胞 嵌 入

刺 激 肝 細 胞 的 繁 殖 部 分 肝 臟 切 除, 局 部 缺 血,CCl4, 肝 細 胞 生 長 因 子 同 時 刺 激 宿 主 和 捐 贈 者 細 胞 將 在 1~2 次 細 胞 循 環 (cell cycle) 後 停 止 繁 殖 需 要 選 擇 性 抑 制 宿 主 細 胞 繁 殖 能 力 或 是 提 升 捐 贈 者 細 胞 繁 殖 能 力

宿 主 前 置 處 理 輻 射 Inhibition of native hepatocytes promoted proliferation of transplanted hepatocytes (transplantation 2010;93:342-347) 甲 狀 腺 素 對 於 肝 細 胞 而 言, 甲 狀 腺 素 是 一 種 強 烈 的 繁 殖 刺 激 因 子 但 是 它 也 會 促 進 細 胞 凋 零 的 程 序, 特 別 是 先 前 帶 有 基 因 損 害 的 細 胞 因 此 細 胞 移 植 後 運 用 甲 狀 腺 素 提 高 了 捐 贈 者 細 胞 的 繁 殖 競 爭 並 且 有 助 於 大 量 的 繁 殖

多 次 的 移 植

細 胞 排 斥 機 制 和 免 疫 抑 制 肝 臟 是 一 個 免 疫 豁 免 (immunoprivileged) 器 官 分 離 的 肝 細 胞 較 容 易 受 到 攻 擊 並 且 引 起 強 烈 的 異 體 免 疫 反 應 (alloimmunity)

冷 凍 保 存 Cryopreservation Needed Emergency treatment For repeated use of cell from the same donor Detrimental effect Viability and metabolic functions of hepatocytes May reduce engraftment in the liver Acceptable agents Dimethyl sufoxide (DMSO) Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

代 替 細 胞 來 源 Liver stem and/or progenitor cells Fetal liver cells Mature-liver-derived stem cells Bone-marrow-derived stem cells Embryonic stem cells Xenotransplantation Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

Summarized possible mechanism for hepatic stem cell differentiation. Suzuki A et al. Development 2003;130:2513-2524

http://www.revivicor.com/technology.html

臨 床 研 究 結 果

Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 7, 288-298(2010)

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