我觉得这是应该是很深刻的吧,不然不会拿到诺贝尔吧。
细胞是身体内的生物组成的人体表皮,细胞存活是需要氧气的。
论细胞如何承受缺氧之轻? 本篇主要针对 动物细胞 从以下两个方面展开
1.细胞 感知氧气水平 与 缺氧应激
2.细胞 损伤与坏死
【背景介绍】
氧气的重要性很早就被人类认识到,地球上绝大部分的生命需要依靠这些氧气不断地进行新陈代谢。比如普通人可以十几天不吃饭,也可以几天不喝水,但如果不呼吸,一般情况下几分钟就会死亡。
但是,氧气在地球上的分布并不是均匀的,生物体对于氧气水平的适应也存在个体差异性,比如高原鼠兔,藏羚羊,藏族人群能够很好地适应空气稀薄的高原环境,普通人在高原环境中生活一段时间后,也可以适应相对缺氧的环境(相较于平原地区)。
那么,动物细胞是怎样感知和适应氧气含量变化的呢?
【更新教科书的发现】
早期理论基础:
早期,科学家认为对氧气的感受是 少数细胞特有的能力 。例如在颈动脉体和主动脉体就存在感受血液中氧气浓度的化学感受器,能通过神经反射调节呼吸频率和血压。(1938年的诺贝尔生理学或医学奖就授予相关研究)
新的发现:
20世纪90年代初,Semenza和Ratcliffe发现了缺氧诱导因子(Hypoxia-induciblefactors,HIF),并证实它是 许多细胞感受低氧的共同分子 。
1995年,Semenza和博士后王光纯化了HIF-1,Semenza和Ratcliffe又发现了HIF的多种调控作用。
1996年,肿瘤专家Kaelin通过研究VHL综合征(一种与氧气调控通路有关的肿瘤疾病),发现VHL蛋白可以通过氧依赖的蛋白水解作用负性调HIF-1。
三位科学家的研究成果形成了一个完美的闭环,诠释了 细胞感知和适应氧气的机制 ,为许多疾病的治疗提供了新的途径,获得了2019年诺贝尔生理学或医学奖。
【细胞感知和适应氧气的机制】
缺氧诱导因子HIF-1是一种由两个亚单位组成(HIF-1α&HIF-1β)的蛋白,其中只有HIF-1α蛋白受氧调控,而HIF-1β与氧无关。作为转录因子,HIF-1能够通过与顺式作用元件(即启动子,增强子)结合,进而调节下游多个基因的表达。
如下图A所示,在正常氧水平下, HIF-1α会被羟基化标记,再泛素化标记(死亡标签),最终被蛋白酶体降解,在这一过程中(泛素化连接)需要VHL蛋白协助。
如B所示,当氧水平低时(缺氧) ,HIF-1α则受到保护,与HIF-1β结合并在核中聚集,,并结合到缺氧调节基因中的特定DNA片段,调节下游靶基因的表达。
如C所示,VHL综合征 则是由于VHL蛋白功能异常,导致HIF-1α不能被正常降解而累积,引起下游基因表达升高而导致多肿瘤的发生。
那么,哪些基因的表达会受到调控呢?
HIF的靶基因涉及EPO、VEGF、糖酵解酶、葡萄糖转运体等等
EPO(Erythropoietin):促红细胞生成素激素 水平升高,会导致红细胞产量的增加,进而促进造血增强携氧能力。
VEGF(VascularEndothelialGrowthFactor):为血管内皮细胞生长因子, 这种活性成分会促使血管内皮细胞增殖,从而促进毛细血管的生成,为组织和细胞送去更多血液,从而提供更多氧气。
另外,细胞膜上的 葡萄糖转运体 增多,促进细胞摄取利用葡萄糖。
与此同时,由于缺氧使葡萄糖有氧氧化出现障碍,与 糖酵解相关的磷酸化酶和磷酸果糖激酶 活性增高,葡萄糖无氧酵解增强,以维持细胞内的低能量供应。
(这便很好地解释了当人们在高海拔地区活动时,人体的新陈代谢发生的变化;比如我们看到一些高原地区生活的人们面颊出现红色斑块,形成有地域特色的‘高原红’,就与EPO、VEGF相关)
小结: 当细胞处于缺氧的环境中,会 感知氧气水平 ,并出现一系列的 缺氧应激 。
【细胞损伤与细胞坏死】
当然,细胞对缺氧的适应 存在一定的限度 。长时间的缺氧必然导致细胞损伤,甚至坏死,主要体现在以下几个方面。
酸中毒: 由于糖酵解使乳酸增多和磷酸酯水解产生的无机磷酸增加导致酸中毒。在早期,可使核染色质块状聚集
细胞水肿: 正常情况下,细胞膜上的钠钾泵(Na+,K+-ATP酶)能主动将钠和钾排出和摄入细胞,以维持各自在细胞内外液的化学梯度。而缺乏ATP使钠钾泵主动转运功能障碍,钠在细胞内蓄积,钾外流,而钠的净内流量增多;细胞内分解代谢产物如无机磷酸、乳酸等增多,均使细胞内渗透压增高,水内流增加。内质网和线粒体亦水肿膨胀[3]。
核蛋白从粗面内质网脱落,蛋白和酶等合成减少。
细胞膜严重损伤,线粒体发生严重的不可逆转的功能和形态异常[4],溶酶体膜损伤或破裂……
最终,细胞坏死!
【彩蛋】
既然氧气那么重要,为什么有些细胞生物中又能在没有氧气的环境中生活呢?
这又是另外一个故事了!
参考文献
因为皮肤和生命都是由细胞构成,细胞想存活就需要适应氧气。
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干细胞是人体内最原始的细胞,它具有较强的再生能力,在干细胞因子和多种白细胞介素的联合作用下可扩增出各类的细胞。在99年末的年度世界十大科技成果评选中,"干细胞研究的新发现"荣登榜首。干细胞研究有不可估量的医学价值。分离、保存并在体外人工大量培养使之成长为各种组织和器官成为干细胞研究的首要课题。当前,对干细胞的分离和培养技术获得了重大进展,利用单克隆免疫吸附能识别细胞类型或细胞谱系的表面抗原,其分离纯度和细胞活力都很高。99年以色列魏茨曼科学院将白介素-6与干细胞内的受体分子合并研制出一种新分子,可使干细胞在维持原本特性的基础上进行自我增殖且细胞寿命也有所延长。在临床运用中,造血干细胞应用较早,在五十年代,临床上就开始应用骨髓移植来治疗血液系统疾病。到八十年代,外周血干细胞移植技术逐渐推广。美国StmlellsCsliifornia公司用血液干细胞在小鼠体内培育出成熟的肝细胞。胚胎干细胞目前许多研究工作都是以小鼠胚胎干细胞为研究对象,神经干细胞的研究仍处于初级阶段。我国现已掌握了脐血干细胞分离、纯化、冷冻保存以及复苏的一整套技术,并开始在上海筹建我国第一个脐血库。在北京,北京医科大学人民医院细胞治疗中心也正在筹建全世界最大的异基因脐带血干细胞库,计划到2002年完成冷冻5万份异基因脐带血干细胞,为全世界华人患者提供脐带血干细胞做移植用。2000年初,我国东北地区首例脐血干细胞移植成功。我国在"治疗性克隆"研究领域获得重大突破,"治疗性克隆"课题被列为国家级重点基础研究项目。此课题分为上、中、下游三块,上海市转基因研究中心成国祥博士负责上游研究,上海第二医科大学盛惠珍教授和曹谊林教授分别主持中、下游的研究工作。其整体目标是,用病人的体细胞移植到去核的卵母细胞内,经过一定的处理使其发育到囊胚,再利用囊胚建立胚胎干细胞,在体外进行诱导分化成特定的组织或器官,如皮肤、软骨、心脏、肝脏、肾脏、膀胱等,再将这些组织或器官移植到病人身上。利用这种方法,将从根本上解决同种异体器官移植过程中最难的免疫排斥反应,同时还使得组织或器官有了良好的、充分的来源。目前,由上海市转基因研究中心负责的上游研究工作,即把病人的体细胞移到去核的卵母细胞并经一系列的处理发育至囊胚取得成功。这个中心创建的三种技术路线方法,即"体细胞克隆哺乳动物的制备方法"、"获得治疗性克隆植入前的制备方法"以及"用于治疗性克隆的人体细胞组织器官保存方法"均已收到国家知识产权局同意专利申请的受理通知。为了一个人的形成,单个受精卵将产生数以亿计的细胞和250多种不同的细胞类型。幸而,直到最后一个细胞和器官发育形成之时,所有的一切仍未结束。贯穿于整个生命的,是大多数组织继续产生新的细胞以替换损耗的老细胞或满足新的生命活动的需要。比如,当运动员在高海拔地区进行训练的时候,循环系统中血细胞的数量相应增加以满足运输更多氧气的需要。很显然,在诸如皮肤,毛发,骨骼,骨髓,肠这样的组织中,细胞再生能力已得到证实;但这种现象很可能在所有器官中都不同程度地存在着,包括大脑在内,而惯常的观点是,神经元是不可再生的。组织更新和修补自身的能力来源于称为干细胞的小细胞团。干细胞存在于生命的全过程,在体内微环境中被专门的“看护”细胞紧密包围。“看护”细胞提供生长因子和信号分子保持干细胞的特性――分化能力,以及在特定生命周期中分化为特化细胞的同时又能自我复制的能力。矛盾的是,干细胞的自身分裂十分有限,而它们的子细胞在最终形成特化细胞的过程中,有非凡的繁殖力。干细胞以及他们能维持一定数量的能力一直深深吸引着生物学家们[1],如今更为狂热。由于人们意外的发现成熟组织中的干细胞可以重新程序化,即使效率极低,但仍然可以分化为其他来源的细胞。[2]比如,在正常情况下,成年鼠的少数造血干细胞可生成肌肉组织,神经系干细胞可生成血液。这些报告使得将来受损组织用同一个体内其他组织的残余干细胞来修复成为可能。悬而未决的问题另外两项研究也引起了科学界和公众的广泛关注。去年,有两个研究小组宣布他们从人类胚胎和胎儿的生殖细胞中分离出了多能干细胞(pluripotential)――可以分化为多种细胞类型的干细胞。紧跟着,就是众所周知的来自成熟体细胞的克隆羊多莉(dolly)及克隆鼠的诞生。这些有着巨大新闻价值的研究层出不穷,引起了世界性的关于道德和伦理规范的讨论风暴,而且到现在还在争论。比如在美国,公众的反对迫使NIH停止对人胚胎干细胞的研究提供资助。这些争论使许多研究人员开始意识到,他们必须就一些基本问题与迫切的公众和立法者进行有效的交流,其中包括“人的生命何时开始?”“成为人意味着什么?”“什么是胚胎,它在什么时候变成人?”。科学家们是否能回答这些复杂的问题还有争执,这里我不打算继续深入讨论。我只想确定这个事实:在回答另一个更重要的基本问题“我们怎样才可能把干细胞用于医药领域?”之前,我们的确还需要更多的信息。采取哪种方法?最基本的,我们必须进一步研究人体所有组织的干细胞。第一步,我们需要确定分子标记,它们能将寥寥无几的干细胞从他们庞大的子细胞中区分开来。此外,还需了解干细胞与所处的微环境之间的相互作用,以及微环境如何对机体的需求作出反应。我们仅对骨髓中的造血干细胞的相关信息有一定了解,这将有助于在临床治疗中增加受损组织中残留的干细胞的数量。现在,我们已经能够培养少量造血干细胞以重建人的血液系统。设定一个最坏的状况,一个慢性病患者失去了某种组织的大部分干细胞,必须要用替代疗法才能生存。如今,最可行的方案是采用另一个体相应组织的干细胞来补充。但是,这种方案也相当危险,由于捐献者与患者没有遗传上的相容性,移植很快因免疫排斥而失败。一种改进方案是用所谓“自体同源干细胞(autologous stem cells)”的干细胞来进行治疗,这种干细胞与患者的基因型完全相同。虽然目前还不可行,但是我们已经有了一定的设想。一种方案是分离、培养患者的另一组织的干细胞,比如骨髓或皮肤的,再把这些成熟干细胞在体外重新程序化。为了了解怎样才能重新程序化干细胞,我们需要一系列的实验,来研究沉默基因的重新激活,以及激活基因被关闭的机制。例如“早期胚胎细胞分化为不同细胞系的机制研究”就会给我们相当的启示。如果我们理解了遗传基因控制正常发育的实现过程,我们将更容易地在实验室里进行有目的地控制基因表达和细胞分化的方向。另一种方法是用来源于囊胚期的胚胎的多能干细胞。囊胚期是指卵子刚刚受精但尚未种植到子宫的阶段,此时胚胎称为胚泡。胚泡大约由100个细胞组成,其中包含一些特化性较少的干细胞,可在培养中不确定地诱导分化为多种细胞形式(如图)。最早的人类多能干细胞是从体外受精的临床病例中得来的多余胚泡。这个里程碑式的事件是James Thomson领导的University of Wisconsin, Madison的实验室在1998年的成果。另一个在澳大利亚的Monash University的实验室最近宣布了相似的实验结果。现在这两个小组正在进一步研究这些多能干细胞和子细胞的特征。这些工作为人类胚胎早期发育中基因功能研究提供无价的数据资料。不幸的是直到现在,我们对这一领域知之甚少,部分由于联邦经费对胚胎研究的限制。尽管胚胎发育在进化中高度保守,但是脊椎动物胚胎发育中一些细节上的差异,足以证明鼠和人之间并不是所有的基因都具有相同功能。因此,在模式动物研究中得来的信息不能充分体现出我们在人类干细胞中研究中的问题。公众眼中的干细胞用人类多能干细胞进行研究引起争议是由于他们来自人类的受精卵,在某些人认为人的生命始于受精。那么在理论上,用体细胞核转移的方法生成自体同源干细胞引起的争议会少一些。这种方法是把成熟细胞的细胞核转入一个去核的未受精卵细胞中,在实验室里,这个卵细胞发育成胚泡,研究人员可从中分离培养多能干细胞系。最近,Monash University的研究人员用这项技术在小鼠上取得了成功。他们在1000多个转移基因标记的细胞核的去核卵细胞中,获得一个胚胎干细胞系。如果这种“治疗性克隆”能够在效率上更提高一些,那么这对人类干细胞的研究同样有意义。既然实验用的卵细胞是去核和未受精的,无不同个体的遗传物质融合,从而未发生受精过程,所以用这种方法制造的干细胞在道德和伦理上将更容易被人们所接受。此外,由于胚胎干细胞不能独立发育成胎儿,所以他们不是胚胎。然而,从理论上讲,体细胞核转移产生的胚泡不仅只用于干细胞的产生,把这样的胚泡移植到妇女子宫中也有可能克隆人。尝试此类研究与现行道德准相驳,也是违法行为。另外,这样的行为会使许多不负责任的人们有所企图,无法控制伦理道德标准,而且有可能使人为的和有目的地制造畸形婴儿成为可能。这些争议对一些更极端的反对者来说还不是关键,他们认为只有对于一个已经去世的人,体细胞核转移技术才可以接受。往往在联邦经费资助人类干细胞的科学研究之前,一个基于相互尊重的信仰的公众讨论就已经开始,无论这种研究是以治疗人类疾病为目的还是以基础研究为目的。可以认为这种争论本身,是一个好的事情,因为它激发了公众对生物学和复制的兴趣及关注,这些内容以往在学校里不能有效的传授给学生。(克隆青蛙往往不能象克隆人类自己那样使高中的学生们产生兴趣,而且人类肢体再生的案例就可以引导学生展开有关人类肢体的形成和哪些基因产生手臂而不产生腿之类的讨论,象这样的说法未免太牵强了一点。)无论怎样,干细胞研究的前提是将会得到新的实质意义上的治疗方法。因此,科学家们必须十分谨慎,避免媒体对基因治疗过分夸大的报道,否则会失去公众的信任和信心。在应用人多能干细胞时,也必须十分留心。就像我们看到的那样,对公众中的某些人来说,这些细胞的来源相当于破坏人的生命。事实是在我们确切知道干细胞治疗的实际用途之前,还有许多障碍要跨越。当我们向前继续探索的每时每刻,我们必须诚实.http://
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心力衰竭是21世纪流行病,是心血管疾病中的第一杀手。当前,全球心脏病发病率日益增加,每年心脏相关死亡数达到2000万,5年死亡率50%左右。然而,心衰治疗不尽如人意,为此,人们不断探索着新的治疗手段。 干细胞治疗是目前心脏疾病领域研究的热点之一。干细胞应用于心血管疾病再生治疗已有10余年的历史,全世界而言,已有数千名患者接受干细胞治疗。 干细胞治疗心衰的 真实 案例 2014年,干细胞治疗缺血性心衰中国区三期临床试验正式启动。全世界心力衰竭患者数量为亿人,其中,中国心衰患者数量为万,占全世界心衰患者总数的。2016年,卡拉特先生心脏严重衰弱,爬一层楼梯都很困难,接受干细胞治疗的3个月后,心脏输送的血液量比以前增加了25%,并且重返篮球场。干细胞治疗心衰的作用机制 大多数心力衰竭由心脏病发作导致心肌死亡所致,因为心肌无法再生,所以受损区域被瘢痕组织代替,瘢痕组织不会收缩,进而使心脏丧失功能。干细胞可帮助重建受损心肌并恢复心功能,是心力衰竭治疗的新兴疗法。 干细胞具有无限繁殖、多向分化潜能、自我复制等特点,在体外能分化为心肌细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞。当组织损伤时,干细胞可归巢到缺血区,分化成内皮细胞,促进新生毛细血管的形成,挽救濒死心肌细胞,从而达到改善心功能的目的。 干细胞具有旁分泌的作用,它可以通过释放细胞因子、趋化因子等信号趋向周围组织中发挥旁分泌作用,可抑制受损部位炎症反应,减少心肌瘢痕形成。 干细胞治疗心衰的临床研究进展 近年来,干细胞治疗心力衰竭的临床试验已经在多个地区开展。截止目前,在Clinical 上登记的已有106项干细胞治疗心衰的临床研究。2015年7月,在《journal Stem Cells Translational Medicine》(干细胞转化医学)杂志上发表的一篇研究报告,该研究招募了60名严重心脏衰竭的病人,并随机分配其中48名接受干细胞治疗;另外12名维持传统治疗。一年后,48名接受干细胞治疗的患者心脏的“射血分数”相对另外12名患者都有明显改善,同时试验也证实了干细胞疗法在治疗心脏衰竭领域是安全可行的,并没有对患者产生不利影响。该研究表明为受损心肌提供干细胞的新方法已经在治疗严重心脏衰竭领域取得了初步成效。 2016年8月,生物技术公司CardioCell在欧洲心脏病协会大会(European Society of Cardiology Congress)上公布了其使用干细胞治疗慢性心脏衰竭(HF)适应症的良好结果。这是世界上首个2a期临床试验,研究了通过静脉注射缺血耐受间充质干细胞(itMSC)的手段来治疗慢性心脏衰竭的效应。这项研究表明itMSC治疗可能为心衰病人提供更实际的选择,开辟了未来干细胞创新疗法的可能性。 2016年12月,国家卫计委公布的官方备案的干细胞临床研究项目中,上海市东方医院的“人脐带间充质干细胞治疗心衰的临床研究” 顺利通过备案,这意味着国家层面对这一临床研究的认可。 2018年,《循环研究》杂志(Circulation Research)在线公布了干细胞疗法CardiAMP治疗心力衰竭的III期临床试验结果——队列研究中前10名患者的治疗结果令人满意。这是首次公布干细胞治疗心力衰竭关键性试验的结果数据。该疗法采用个体化的微创方法利用患者自体骨髓来源细胞,通过心脏导管进行细胞移植治疗心血管疾病。治疗组患者的六分钟步行距离有所改善,相对改善率为;心脏功能分级也有所改善。在这篇论文中,骨髓来源干细胞在心力衰竭患者身上的不同特性和效力得到了认可。目前的研究表明干细胞具有治疗心衰的潜力,但对心衰患者不同的疾病阶段选择的干细胞类型、剂量、治疗途径和治疗频次,尚需进行大规模、多中心、随机双盲的临床研究来进一步探索。干细胞疗法作为一种潜在的治疗心脏衰竭的方法,相信未来将有望帮助心衰患者重获健康!
细胞生物是指所有具有细胞结构的生物。这是我为大家整理的关于细胞生物学术论文,仅供参考!
细胞因子的生物学活性
关键字: 细胞因子
细胞因子具有非常广泛的生物学活性,包括促进靶细胞的增殖和分化,增强抗感染和细胞杀伤效应,促进或抑制其它细胞因子和膜表面分子的表达,促进炎症过程,影响细胞代谢等。
一、免疫细胞的调节剂
免疫细胞之间存在错综复杂的调节关系,细胞因子是传递这种调节信号必不可少的信息分子。例如在T-B细胞之间,T细胞产生IL-2、4、5、6、10、13,干扰素γ等细胞因子刺激B细胞的分化、增殖和抗体产生;而B细胞又可产生IL-12调节TH1细胞活性和TC细胞活性。在单核巨噬细胞与淋巴细胞之间,前者产生IL-1、6、8、10,干扰素α,TNF-α等细胞因子促进或抑制T、B、NK细胞功能;而淋巴细胞又产生IL-2、6、10,干扰素γ,GM-CSF,巨噬细胞移动抑制因子(MIF)等细胞因子调节单核巨噬细胞的功能。许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生自身调节单核巨噬细胞的功能。许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生自身调节作用。例如T细胞产生的IL-2可刺激T细胞的IL-2受体表达和进一步的IL-2分泌,TH1细胞通过产生干扰素γ抑TH2细胞的细胞因子产生。而TH2细胞又通过IL-10、IL-4和IL-13抑制TH1细胞的细胞因子产生。通过研究细胞因子的免疫 网络调节,可以更好地理解完整的免疫系统调节机制,并且有助于指导细胞因子做为生物应答调节剂(biologicalresponsemodifier’BRM)应用于临床 治疗免疫性疾病。图4-1 细胞因子与TH1、TH2的相互关系(略)
二、免疫效应分子
在免疫细胞针对抗原(特别是细胞性抗原)行使免疫效应功能时,细胞因子是其中重要效应分子之一。例如TNFα和TNFβ可直接造成肿瘤细胞的凋零(apoptosis)’使瘤细胞DNA断裂’细胞萎缩死亡;干扰素α、β、γ可干扰各种病毒在细胞内的复制,从而防止病毒扩散;LIF可直接作用于某些髓性白血病细胞,使其分化为单核细胞,丧失恶性增殖特性。另有一些细胞因子通过激活效应细胞而发挥其功能,如IL-2和IL-12刺激NK细胞与TC细胞的杀肿瘤细胞活性。与抗体和补体等其它免疫效应分子相比,细胞因子的免疫效应功能,因而在抗肿瘤、抗细胞内寄生感染、移植排斥等功能中起重要作用。
三、造血细胞刺激剂
从多能造血干细胞到成熟免疫细胞的分化发育漫长道路中,几乎每一阶段都需要有细胞因子的参与。最初研究造血干细胞是从软琼脂的半固体培养基开始的,在这种培养基中,造血干细胞分化增殖产生的大量子代细胞由于不能扩散而形成细胞簇,称之为集落,而一些刺激造血干细胞的细胞因子可明显刺激这些集落的数量和大小因而命名为集落刺激因子(CSF)。根据它们刺激的造血细胞种类不同有不同的命名,如GM-CSF、G-CSF、M-CSF、multi-CSF(IL-3)等。目前的研究表明,CSF和IL-3是作用于粒细胞系造血细胞,M-CSF作用于单核系造血细胞,此外Epo作用于红系造血细胞,IL-7作用于淋巴系造血细胞,IL-6、IL-11作用于巨核造血细胞等等。由此构成了细胞因子对造血系统的庞大控制 网络。某种细胞因子缺陷就可能导致相应细胞的缺陷,如肾性贫血病人的发病就是肾产生Epo的缺陷所致,正因如此,应用Epo 治疗这一疾病收到非常好的效果。目前多种刺激造血的细胞因子已成功地用于临床血液病,有非常好的 发展前景。
四、炎症反应的促进剂
炎症是机体对外来刺激产生的一种病理反应过程,症状表现为局部的红肿热痛,病理检查可发现有大量炎症细胞如粒细胞、巨噬细胞的局部浸润和组织坏死,在这一过程中,一些细胞因子起到重要的促进作用,如IL-1、IL-6、IL-8、TNFα等可促进炎症细胞的聚集、活化和炎症介质的释放’可直接刺激发热中枢引起全身发烧’IL-8同时还可趋化中性粒细胞到炎症部位’加重炎症症状.在许多炎症性疾病中都可检测到上述细胞因子的水平升高.用某些细胞因子给动物注射’可直接诱导某些炎症现象’这些实验充分证明细胞因子在炎症过程中的重要作用.基于上述理论研究结果’目前已开始利用细胞因子抑制剂治疗炎症性疾病’例如利用IL-1的受体拮抗剂(IL-1receptor antagonist’IL-lra)和抗TNFα抗体治疗败血性休克、类风湿关节炎等,已收到初步疗效。
五、其它
许多细胞因子除参与免疫系统的调节效应功能外,还参与非免疫系统的一些功能。例如IL-8具有促进新生血管形成的作用;M-CSF可降低血胆固醇IL-1刺激破骨细胞、软骨细胞的生长;IL-6促进肝细胞产生急性期蛋白等。这些作用为免疫系统与其它系统之间的相互调节提供了新的证据。
细胞衰老的分子生物学机制
摘要:细胞衰老(cellular aging)是细胞在其生命过程中发育到成熟后,随着时间的增加所发生的在形态结果和功能方面出现的一系列慢性进行性、退化性的变化。细胞衰老是基因与环境共同作用的结果,是细胞生命活动过程的客观规律。为研究细胞衰老分子生物学机制,本文就此展开研究。
关键词:细胞衰老;分子生物学;机制研究
细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡是两个不同的概念,个体的衰老并不等于所有细胞的衰老,但是细胞的衰老又是同个体的衰老紧密相关的。细胞衰老是个体衰老的基础,个体衰老是细胞普遍衰老的过程和结果。
细胞衰老是正常环境条件下发生的功能减退,逐渐趋向死亡的现象。衰老是生界的普遍规律,细胞作为生物有机体的基本单位,也在不断地新生和衰老死亡。生物体内的绝大多数细胞,都要经过增殖、分化、衰老、死亡等几个阶段。可见细胞的衰老和死亡也是一种正常的生命现象。我们知道,生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡,同时又有新增殖的细胞来代替它们。
衰老是一个过程,这一过程的长短即细胞的寿命,它随组织种类而不同,同时也受环境条件的影响。高等动物体细胞都有最大增殖能力(分裂)次数,细胞分裂一旦达到这一次数就要死亡。各种动物的细胞最大裂次数各不相同,人体细胞为50~60次。一般说来,细胞最大分裂次数与动物的平均寿命成正比。通过细胞衰老的研究可了解衰老的某些规律,对认识衰老和最终找到延缓或推迟衰老的方法都有重要意义。细胞衰老问题不仅是一个重大的生物学问题,而且是一个重大的社会问题。随着科学发展而不断阐明衰老过程,人类的平均寿命也将不断延长。但也会出现相应的社会老龄化问题以及呼吸系统疾病、心血管系统疾病、脑血管病、癌症、关节炎等老年性疾病发病率上升的问题。因此衰老问题的研究是今后生命科学研究中的一个重要课题。
1 细胞衰老的特征
科学研究表明,衰老细胞的细胞核、细胞质和细胞膜等均有明显的变化:①细胞内水分减少,体积变小,新陈代谢速度减慢;②细胞内酶的活性降低;③细胞内的色素会积累;④细胞内呼吸速度减慢,细胞核体积增大,核膜内折,染色质收缩,颜色加深。线粒体数量减少,体积增大;⑤细胞膜通透性功能改变,使物质运输功能降低。形态变化总体来说老化细胞的各种结构呈退行性变化。
衰老细胞的形态变化表现有:①核:增大、染色深、核内有包含物;②染色质:凝聚、固缩、碎裂、溶解;③质膜:粘度增加、流动性降低;④细胞质:色素积聚、空泡形成;⑤线粒体:数目减少、体积增大;⑥高尔基体:碎裂;⑦尼氏体:消失;⑧包含物:糖原减少、脂肪积聚;⑨核膜:内陷。
2 分子水平的变化
①从总体上DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制,但也有个别基因会异常激活,端粒DNA丢失,线粒体DNA特异性缺失,DNA氧化、断裂、缺失和交联,甲基化程度降低;②mRNA和tRNA含量降低;③蛋白质含成下降,细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应,导致蛋白质稳定性、抗原性,可消化性下降,自由基使蛋白质肽断裂,交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋;④酶分子活性中心被氧化,金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失,酶分子的二级结构,溶解度,等电点发生改变,总的效应是酶失活;⑤不饱和脂肪酸被氧化,引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联,膜的流动性降低。
3 细胞衰老原因
迄今为止,细胞衰老的本质尚未完全阐明,难以给明确的定义,只能根据现有的认识,从不同的角度概括细胞衰老的内涵。细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后,因缺乏完善的修复,使“差错”积累,导致细胞衰老。根据对导致“差错”的主要因子和主导因子的认识不同,可分为不同的学说,这些学说各有其理论基础和实验证据[1]。
差错学派 有以下七种学说,有代谢废物积累学说、大分子交联学说、自由基学说、体细胞突变学说、DNA损伤修复学说、端粒学说、生物分子自然交联说等。其中最主要的自由基学说和端粒学说。
自由基学说 自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团,普遍存在于生物系统。其种类多、数量大,是活性极高的过渡态中间产物。正常细胞内存在清除自由基的防御系统,包括酶系统和非酶系统。前者如:超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX),非酶系统有维生素E,醌类物质等电子受体。机体通过生物氧化反应为组织细胞生命活动提供能量,同时在此过程中也会产生大量活性自由基。自由基的化学性质活泼,可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质,造成损伤,如DNA的断裂、交联、碱基羟基化。实验表明DNA中OH8dG(8-羟基-2‘-脱氧鸟苷)随着年龄的增加而增加。OH8dG完全失去碱基配对特异性,不仅OH8dG被错读,与之相邻的胞嘧啶也被错误复制。大量实验证明实,超氧化物岐化酶与抗氧化酶的活性升高能延缓机体的衰老。Sohal等(1994、1995),将超氧化物岐化酶与过氧化氢酶基因导入果蝇,使转基因株比野生型这两种酶基因多一个拷贝,结果转基因株中酶活性显著升高,平均年龄和最高寿限有所延长。
英国学者提出的自由基理论认为自由基攻击生命大分子造成组织细胞损伤,是引起机体衰老的根本原因,也是诱发肿瘤等恶性疾病的重要起因。自由基就是一些具有不配对电子的氧分子,它们在机体内漫游,损伤任何于其接触的细胞和组织,直到遇到如维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、OPC(原花青素)之类的生物黄酮等抗氧化剂将其中和掉或被机体产生的一些酶(如SOD)将其捕获。自由基可破坏胶原蛋白及其它结缔组织,干扰重要的生理过程,引起细胞的DNA突变。此外还可引起器官组织细胞的破坏与减少[2]。例如神经元细胞数量的明显减少,是引起老年人感觉与记忆力下降、动作迟钝及智力障碍的又一重要原因。器官组织细胞破坏或减少主要是由于自由基因突变改变了遗传信息的传递,导致蛋白质与酶的合成错误以及酶活性的降低。这些的积累,造成了器官组织细胞的老化与死亡。
生物膜上的不饱和脂肪酸易受自由基的侵袭发生过氧化反应,氧化作用对衰老有重要的影响,自由基通过对脂质的侵袭加速了细胞的衰老进程[3]。 自由基作用于免疫系统,或作用于淋巴细胞使其受损,引起老年人细胞免疫与体液免疫功能减弱,并使免疫识别力下降出现自身免疫性疾病。
端粒学说 染色体两端有端粒,细胞分裂次数多,端粒向内延伸,正常DNA受损。
遗传学派 认为衰老是遗传决定的自然演进过程,一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命,而细胞寿命又决定种属寿命的差异,而外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动。
参考文献:
[1]郭齐,李玉森,陈强,等.脱氧核苷酸钠抗人肾脏细胞衰老的分子机制[J].中国老年学杂志,2013,33(15):3688-3690.
[2]胡玉萍,吴建平.细胞衰老与相关基因的关系[J].中外健康文摘,2012,09(14):35-37.
[3]孔德松,魏东华,张峰,等.肝纤维化进程中细胞衰老的作用及相关机制的研究进展[J].中国药理学与毒理学杂志,2012,26(05):688-691.
您好:
肿瘤免疫疗法已成为未来“治愈”癌症的希望。因为最强大的抗癌力量,不是来自药物,也不是手术或者放疗,而是我们自身强大的免疫系统。
近年来,除了风头正盛的PD-1类免疫检查点抑制剂,全球医疗界对细胞免疫疗法的新研究、新突破、新认识,也使其身份逐渐从“非主流疗法”向“标准疗法的辅助疗法”过渡,许多大型医疗机构都开始接纳它、研究它、应用它,成为继PD1抑制剂后的抗癌“新宠”,在人类抗癌进程的春天里百花齐放,方兴未艾。
目前,国内细胞免疫疗法政策法规正快速完善,暂未正式进入临床应用,我们的邻国日本,是国际上率先批准使用免疫疗法的国家之一,并且相关研究处于世界前沿。很多国内的癌症患者已经从中获益,还有更多的癌症患者希望了解日本的细胞免疫疗法,今天,全球肿瘤医生网医学部就给大家详细介绍下。
一图看懂癌症与免疫机制
免疫防御机制
正常人体内也会产生突变细胞进一步变为癌细胞。由于我们有免疫系统的保护,通常我们不会得癌症。简单来说,体内的肿瘤细胞信息在循环过程中,会被体内的巡逻兵树突细胞识别,但巡逻兵不会直接杀死癌细胞,而是把癌细胞的特征也就是癌抗原“告诉”杀手T细胞,杀手T细胞就会在体内杀死这些有特异性抗原的癌细胞。
癌症的发生
癌症的发生好比是癌细胞与免疫系统在身体里面的一场大战,最后免疫系统战败,癌细胞一统天下,在身体里任意生长,诱发癌症。免疫系统战败的原因有很多,归根结底有两个:
1、癌细胞伪装得好,使得树突细胞无法识别和杀灭癌细胞;
2、体内免疫细胞数量下降,没有足够的兵力(杀手T细胞)去消灭癌细胞。
日本主要的细胞免疫治疗类型
针对癌症患者面临的两大免疫问题,日本经过20多年的临床研究,研发出全新细胞免疫疗法,能够让树突细胞重新识别癌细胞,同时,增加杀手T细胞的数量,一举歼灭敌人。
目前日本的细胞免疫治疗主要分为两大类:
一:树突细胞疗法(增强抗原呈递,解除免疫抑制)
树突细胞是已知体内功能最强、惟一能活化静息T细胞的专职抗原提呈细胞,相当于是免疫系统的司令部,它能够识别癌细胞,并将癌细胞的抗原呈递给T淋巴细胞,使数量庞大的淋巴细胞能够识别癌细胞,命令更多的淋巴细胞去攻击带有相应抗原的癌细胞。因此,通过大量体外活化培养负载肿瘤抗原的树突细胞,当细胞数量达到一定数量后回输给病人,可诱导机体产生强烈的抗肿瘤免疫反应。
红色的树突细胞将抗原呈递给蓝色的淋巴细胞,命令其识别杀灭癌细胞
二:淋巴细胞--效应细胞疗法(增加免疫细胞数量,增强杀伤力)
关键词: 自身免疫性疾病;免疫机制;临床科研 自从1980's免疫学蓬勃发展以来,无论自身免疫性疾病、还是其他疾病发病中的免疫学机制,都备受重视。免疫治疗更是成为自身免疫性疾病、癌症、感染性疾病等发展最快速的领域。 经常有朋友问,对于疾病的免疫学研究,怎么做最合适? 我们先以一张自身免疫性疾病中的示意图来展示免疫发生机制,这篇综述发表于2021年6月17日,由瑞典苏黎世大学完成【1】。 (图源:Ref1) 可以看到,免疫研究可以分为以下几个层面。 1,研究外周血中免疫抗体、免疫分子和免疫细胞,观察病程当时的免疫状态; 2,还可以研究淋巴结/胸腺的生发中心,观察中长期免疫应答; 3,更可以研究骨髓中长寿浆细胞,观察长期免疫应答。 为方便大家更直观了解免疫研究的策略,我们针对三个方面各给出一篇在 Nature 发表的研究论文。 1,外周血研究 ,免疫球蛋白(IgG) 除了区分IgG、IgM和IgA之外,对于IgG的亚型研究特别值得关注。 尤其是对于自身免疫性疾病,IgG1和IgG3型抗体主要由Th1及其细胞因子介导;而IgG4抗体的产生是由Th2及IL-4, IL-10等介导。 最近几年IgG4相关疾病受到特别的关注,有很多临床工作可以做。 比如,不同类似的重症肌无力对利妥昔单抗治疗的敏感性就有很大差别。IgG4型抗体介导的MuSK抗体阳性重症肌无力对于如利妥昔单抗等通过耗竭B细胞为主要作用机制的疗法特别明显;而IgG1型抗体介导的AChR抗体阳性重症肌无力则稍逊。而对于其机制,可能需要从治疗前后外周血B细胞、生发中心记忆性B细胞和骨髓长寿浆细胞变化中找到答案。 我们的小鼠动物试验研究中也曾区分总IgG、IgG1、IgG2a、IgG2b等亚型。 最常用的免疫学指标 如 C-反应蛋白(CRP),红细胞沉降率(ESR)、铁蛋白 等三项。 我们在检索中发现,CRP和ESR已经有了足够的研究,但是 铁蛋白在自身免疫性疾病中研究还很欠缺 。 细胞 因子 辅助性T细胞及其细胞因子在启动和激活免疫应答中常常起到关键作用。 针对一个细胞因子的患者血清水平发现增高/降低、在动物试验中过表达或敲除来看其功能,都可以是非常好的科研课题。 (IL-17基因敲除后关联细胞因子的研究) 针对上述三项蛋白的检测,ELISA是最常规方法。 免疫细胞的变化 流式细胞会起到关键作用。通过层层标记从而拣选自己想要的亚组、或者比较不同亚型细胞的比例,从而确定免疫细胞的改变。 (常用的细胞群及标记) 为了更清楚地展示对外周血中免疫蛋白及免疫细胞的研究技术手段和策略,我们引用发表于英国剑桥大学发表于 Nature 的论文【2】,大家可以从中获得很多借鉴。 本研究从抗体水平、特异性B细胞免疫、辅助性T细胞免疫等方面检测了针对突变株的 特异性 免疫分子和 免疫细胞 情况,并做了全面分析。 对于研究感染性疾病、自身免疫性疾病,都有非常好的借鉴价值。 A,免疫抗体 B,记忆性B淋巴细胞 C,辅助性T细胞免疫 2,生发中心研究 人类淋巴结/小鼠脾脏或者淋巴结中的生发中心是研究免疫应答的重要领域。 所以,想研究更长期的免疫应答,则可以研究 淋巴结( 外周免疫器官 )中的生发中心 。 最简单的可以比较生发中心形成的大小。 更可以研究抗原特异性的生发中心B细胞(GC B)。如研究 淋巴结中抗原特异性的GC B和浆母细胞出现频率及持续时间。 大家可以从美国华盛顿大学发表在 Nature 的一篇文章【3】中学习到如何对淋巴结生发中心进行研究。 3,骨髓长寿浆细胞 长寿骨髓浆细胞(BMPC)是持久性的中和抗体的关键来源。 如果要研究最长期的免疫应答,则可以研究 骨髓( 中枢免疫器官 )中的长寿浆细胞 。 如美国华盛顿大学在 Nature 发表的论文【4】,就分别从1)证实骨髓中长寿浆细胞被激活和2)与外周浆细胞区别来做了研究。 通读这三篇 Nature 论文的时候,我们一直在思索,为什么这三篇研究可以发表在Nature,尤其是第二篇淋巴结生发中心的研究和第三篇骨髓长寿浆细胞的研究,试验设计相对简单。 这些研究之所以能够发表,最关键的是 1,严谨性。 这是所有论文的基本要求。也就是我们一直强调的last:这篇论文发表之后,这个题目就不需要重复了。因为本研究规范、严谨。 2,创新性。 这是顶刊论文的要求。比如外周血抗体、细胞因子、免疫细胞等做得已经太多,研究者就做了针对高龄老人的研究;而淋巴结和骨髓样本都很难得,之前还没有类似研究。 如果您还是对自己的研究课题的方向没有太明确的想法,也可 以从COVID-19研究寻找思路 。 因为 1)COVID-19已经成为研究 最全面而深入 的疾病; 2)从来没有任何一个疾病吸引这么多 全球最顶级科学家和试验室 的参与; 3)还有关键的是,这些研究大都是最近1年完成的,采用了 最新的研究方法和设计 。 所以COVID-19研究中有太多经典的研究设计,几乎各个研究领域都可以从中得到启发。 WOSCI沃斯编辑-SCI论文润色等。
相对来说免疫细胞在治疗癌症上升的优势就是相当于容易对这些癌细胞或者是病变部位的炎症进行一个修复而已,在治疗上没什么太大的优势。
第三军医大学综合:中国现代医学杂志。第四军医大学学报(改名为:医疗争)4 5中国现代医学南方医科大学,第二军医大学7解放军医学8。北京大学医学科学..... 肿瘤:肿瘤放射肿瘤学杂志。中国临床肿瘤学杂志。肿瘤的5名中国癌症癌症研究中国肺癌杂志中国癌症预防医学中国期刊杂志......很多。 需要为=发=表= 5 =来=发现= I。
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1995年以来我国造血干细胞工程与相关的生物学领域的研究发展迅速。有关造血干/祖细胞基因表达的研究,上海国家人类基因组研究中心陈竺、陈赛娟等为正常和急性白血病人骨髓造血干祖细胞cDNA文库的基因表达建立了一套先进的工作体系。他们在许多白血病细胞系的干/祖细胞中发现了300个新的相关基因。中山大学医学院李树浓、黄绍良等从人的桑葚期胚胎干细胞成功地诱导出造血细胞等。北京输血研究所裴雪涛等从成人和胎儿的骨髓分离出成年源干细胞,又进一步诱导分化为骨、软骨、脂肪和神经原细胞等。他们成功地构建了胎儿和成人间充质干细胞cDNA扣除文库,获得了胎儿和成人间充质干细胞的差异表达基因及在胎儿特异表达基因。中国医学科学院天津血液学研究所、国家血液学重点实验室赵春华等证实从胚胎胰腺、骨髓和肝脏中都可以分离出人间充质干细胞,又证明G-CSF可以使输注的间充质干细胞在体内促造血重建。北京基础医学研究所毛宁等的实验不支持间充质干细胞可以“横向分化“。最近他们发现小鼠胚胎干细胞的体外分化重现了胚胎早期造血发生的生物学程序以及Smad5基因调控在胚胎造血发生中的必要性和多样性,又表明其上游配体TGF-beta家族分子在胚胎发生中的作用和特点。本文针对干细胞可塑性研究作了评论。国际上曾风靡一时的“横向分化“有关的实验都没有用完全纯化的胚层干细胞或组织干细胞来证实。然而,完全纯的胚层或组织定向的干细胞克隆是无法制备的。成年或胎儿全身各类组织中混有一些定向某胚层的或某组织的干细胞,甚至还混有桑葚胚干细胞。它们是胚胎发育过程的每个阶段中停止参与胚胎发育而残留下来的。它们在体内处于静止期,寿命长,长期存留在成人的各种组织中。各胚层和组织干细胞混杂在一起,它们都没有特异的形态、表型和功能,无法分离纯化,甚至和成人组织细胞也很难分开。它们在体外实验适当的条件诱导下可分化为各种组织细胞。在那些想证明组织干细胞“横向分化“的实验中,都无法排除上述可能。本专论指出,只有桑葚胚干细胞是全能的胚胎干细胞,具有向各个胚层分化的潜能,即具有全能分化的可塑 性。当它发育成为各个胚层的或各种组织的干细胞时,它的分化潜能只限于本胚层或本组织,不能向其它胚层其它组织分化。本专论又指出间充质干细胞的制备过程很长,经过许多次的换代。等到出现许多分化抗原标志时,已经是后代的各种不同的成熟间充质细胞了。当然,它们的存在可证实最初培养的是间充质干细胞。大量扩增后所获得的集落主要是各种成熟的间充质细胞,其中也包含一些未来参与分化的间充质干细胞和中胚层干细胞。间充质干细胞和造血干细胞都是来自中胚层。然而它们都是培养中的贴壁幼儿,无法区分也无法分离它们。因此在实验中无法排除所制备的间充质干细胞样品中,绝对没有中胚层或其它胚层干细胞的存在。至今,完全纯化的间充质干细胞是不可能制备的。所以,很可能从间充质干细胞体外诱导出各类不同的,甚至内、外胚层的组织细胞,切不可轻率地推率为“横向分化“。临床支持造血干/祖细胞移植的,主要是成熟而有调控功能的各种间充质细胞。总之,“横向分化“等的推论缺乏实验证据,在生物自然界和人类疾病史中都找不到佐证。想要推翻经无数科学家实践充分证明了的细胞遗传学的最基本原理,必须在生物自然界找到非常充足的科学证据唐佩弦 军事医学科学院基础医学研究所 我国造血干细胞基础研究的新进展兼论干细胞可塑性
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你看看这是不是你需要的类型论文,不过我还是建议只是参考,自己写最好了。 干细胞作为一种既有自我更新能力、又有多分化潜能的细胞,具有非常重要的理论研究意义和临床应用价值。近几年来,干细胞的研究取得了重大突破, 1999和2000年,世界最权威的美国《Science》杂志连续2年将干细胞和人类基因组计划列为当年的10大科学突破之首。美国《时代》周刊认为干细胞和人类基因组计划将同时成为新世纪最具有发展和应用前景的领域。为抢占这一科技制高点,世界各国纷纷投入大量的人力、物力和财力加紧研究开发,并已取得应用性成果:2005年10月,美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞移植入人体大脑;2005年11月,美国心脏协会报道了干细胞治疗心肌梗塞的204例临床病例的研究报告,其结论是干细胞对心脏功能的改善效果,是没有任何现有临床药物能达到的;日本在2000年启动的“千年世纪工程”中,将干细胞工程作为四大重点之一,于第一年度就投入了108亿日元的巨额资金;瑞典、巴西也于2005年通过立法继续支持干细胞研究,并于2005年进行一项多中心1200病例的用干细胞治疗心脏病的临床应用研究。干细胞技术作为生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术,将可能导致一场医学和生物学革命,给无数疑难病症治疗带来了新的希望。 按照科学家描绘的美妙蓝图,通过干细胞技术的有效应用,今后更换人体器官就像给汽车换零件一样简单,血细胞、脑细胞、骨骼和内脏都将可以更换,即使患上绝症也能绝处逢生。其实,干细胞技术不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景,而且其对动物克隆、植物转基因生产、发育生物学、新药物的开发与药效、毒性评估等领域也将产生极其重要的影响。干细胞技术是世纪之交最为引人注目的科技成果,被认为是人类生命科学研究的重要里程碑,预示着生命科学研究将进入快速发展时期。 参考资料:
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研究的目的要说明问题是如何发现的,即该研究的研究背景是什么,是根据什么、受什么启发而搞这项研究。也要说明该选题在理论上的创新性,来突出自己选题与各个主流观点的差异。而研究的意义,要对所研究问题的实际用处有所了解从生活实际出发进行解读。
已经发表的科研论文80多篇 (SCI收录英文文章30篇):
1. Xuebin Liu, Xiaojun Fu, Guanghui Dai, Xiaodong Wang, Zan Zhang, Hongbin Cheng, Pei Zheng and Yihua An*(安沂华,通讯作者). Comparative analysis of curative effect of bone marrow mesenchymal stem cell and bone marrow mononuclear cell transplantation for spastic cerebral palsy. J Transl Med (2017) 15:48.
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