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  • 脐带间充质干细胞疗法如何从实验室走向临床应用

    1970-01-01 08:00来源:人参果细胞网 作者:

    近年来,间充质干细胞(MSC)因其旁分泌和免疫调节特性而受到广泛关注。

    鉴于间充质干细胞(MSC)的旁分泌、抗炎和免疫调节能力,间充质干细胞(MSC)疗法在再生医学中具有巨大潜力。研究人员把间充质干细胞作为一种潜在的治疗药物在骨关节炎、心肌梗死、移植物抗宿主病(GVHD)、糖尿病、多发性硬化症、系统性红斑狼疮、肾损伤、肌萎缩性侧索硬化、脊髓损伤和其他几种疾病等多种临床应用中受到广泛关注。

    此外,MSCs释放可溶性因子、细胞外囊泡(EVs),如外泌体和微泡(MVs),它们可以共同以旁分泌和自分泌方式起作用,以修复组织并调节组织微环境。来自胚胎的基质细胞,例如来自内细胞团的基质细胞,被与胚胎破坏相关的伦理问题所包围。虽然诱导多能干细胞规避了伦理问题,但它们通过转移多能基因引入了肿瘤形成的风险。相比之下,可以从成人(骨髓、外周血、脂肪组织和牙髓)和出生相关组织(脐带血、羊膜和羊水)中分离出的MSC具有低至不存在的致瘤潜力,结合主要组织相容性复合体II的缺失和共刺激因子CD80、CD86和CD40的低表达,允许在广泛的临床应用中异体施用MSC。 

    多年来,脐带(UC)被认为是医疗废物,在分娩时使用无痛、简单和安全的方法回收,近年来作为MSCs的潜在来源引起了人们的极大兴趣。现有的间充质干细胞分离程序一直导致从脐带组织中有效收集大量的MSCs。此外,脐带间充质干细胞(UC-MSCs)还具有更强的自我更新能力(300次细胞分裂)和更短的倍增时间(30-36小时)。

    临床试验表明,UC-MSCs可以治愈神经、骨骼、心脏和肾脏损伤,并促进血管形成;这些发现已在ClinicalTrials.gov数据库中报告的几项临床试验中得到报告——请参阅表1有关详细信息。与其他来源的MSC相比,UC-MSC的主要优势在于它们的可用性以及它们的高增殖和可塑性。

    表1从ClinicalTrials.gov招募患者的脐带间充质干细胞的临床试验。

    什么是脐带,如何从脐带当中分离出脐带间充质干细胞

    从UC的各个区域分离的MSC为BM和脂肪组织(AD)衍生的MSC提供了可能的替代方案,因为两者都涉及侵入性分离程序,并且具有低细胞恢复和较短的干性。UC是在怀孕期间连接母亲和婴儿的导管,由细管结构制成,可防止脐带本身受压、弯曲或扭曲。

    UC在人类胚胎发生的第4周和第8周之间发育,平均长度为55厘米,平均直径为14.42毫米,平均重量为40克。UC由两条动脉和一条静脉组成,包裹在富含蛋白多糖的凝胶状沃顿氏胶(WJ)中,并与羊膜层相连。UC的示意图显示在图1。

    图1:代表四个主要隔间的脐带(UC)的示意图:羊膜(AM)、沃顿氏胶(WJ)、羊膜下(SA)和血管周围(PV)区域以及动脉和静脉。细胞外基质富含成纤维细胞生长因子和、血小板衍生生长因子(PDGF)、胰岛素样生长因子1(IGF-1)、表皮生长因子(EGF)和转化生长因子(TGF)。与其他MSC组织来源相比,UC收集期间的集落形成单位成纤维细胞(CFU-F)频率更高。

    通常,从UC分离的MSC分为四个主要部分:沃顿氏胶质(WJ)、血管周围区域(PV)、亚羊膜(SA)和羊膜(AM)。

    WJ-MSCs是通过解剖动脉并使用刀或钳子从UC中提取WJ来分离的。

    PV-MSCs通过循环收集的血液动脉和酶消化它们来分离,以允许细胞解离以进一步培养。

    SA-MSCs是通过使用剪刀或手术刀解剖脐带衬里,然后培养外植体以获得贴壁细胞来分离的。

    AM-MSCs是通过解剖UC并将羊膜侧浸入酶溶液中分离出来的,用于细胞解离和随后在培养基中的扩增。

    脐带间充质干细胞的治疗潜力MSCs已被证明在皮肤、骨骼、软骨、肝脏和角膜等受损或受伤的组织中发挥再生功能,因为它们能够分泌直接诱导组织内在祖细胞、调节局部免疫细胞、抑制细胞凋亡、防止疤痕的因子形成,并刺激血管生成,如图所示图2。

    图2:重点介绍UC-MSCs在治疗皮肤、神经、心肌、肾脏、肝脏、骨骼和肌肉功能障碍等多种疾病中的应用。神经再生Ryu等人证明了WJ-MSCs在促进神经更新、神经保护和预防脊髓损伤(SCI)部位炎症方面的旁分泌潜力,有证据表明它比BM-和AD-MSCs更有效。穆罕默迪等人。已经证明在SCI模型中鞘内给药后WJ-MSC具有抗炎特性。WJ-MSCs在治疗的脊髓组织中显示出IL-1b的表达减少和神经生长因子(NGF)的表达增加;这导致以剂量依赖的方式更新脊髓的运动功能和完整性,并且重复给药。使用来自WJ-MSCs的条件培养基进一步改善了治疗效果。

    最近,Wang等人与AD-MSC相比,使用WJ-MSC证明了小鼠横断坐骨神经的功能恢复、神经再生和神经营养因子增强。

    此外,Kim等人已表明通过UC-MSCs的抗星形胶质细胞、抗凋亡和抗炎因子在缺氧缺血性脑病(HIE)诱导的脑梗死大鼠中的行为作用得以恢复。

    在另一项研究中,Lee等人检查sRAGE是否分泌UC-MSC通过CRISPR/Cas9技术保护帕金森病动物模型中的神经元细胞死亡。该研究表明,减少AGE-RAGE结合可能是通过预防神经元细胞死亡来治愈帕金森病的潜在治疗方法。

    心肌再生多项研究证实了UC-MSCs在治疗心肌组织中的治疗效果。刘等人。在猪模型中显示出左心室功能、灌注和再生的改善。UC-MSC治疗导致心肌病大鼠心脏组织中TNF-α的表达减少和Erk1/2激酶的激活,从而防止间质纤维化和心功能障碍。此外,UC-MSCs的表观遗传修饰已被证明可通过心脏损伤小鼠的Wnt信号增强心肌细胞分化。

    拉巴尼等人已经提出了使用WJ-MSCs和IGF-1的联合疗法来再生心肌组织,增强血管生成,减少纤维化,并改善兔子模型的心脏功能。这项研究表明,WJ-MSCs中抗纤维化因子的过表达在保护心脏纤维化方面发挥重要作用,因为它们具有更高的活力、胶原沉积和增殖特性。

    赵等人使用CRISPR/Cas9研究了来自表达淋巴增强结合因子1(LEF1)的大鼠的UC-MSCs的心脏保护作用,并证明了梗塞心肌中细胞存活率和心脏保护作用的增加。

    皮肤再生UC-MSCs作为其他MSCs的潜在替代品已被广泛探索用于皮肤组织的再生。阿诺等人。在皮肤切除小鼠模型中显示皮肤成纤维细胞的血管化、再上皮化、存活、增殖和迁移得到改善。此外,据报道,UC-MSCs通过支持辐射引起的皮肤损伤大鼠皮脂腺的增殖、血管生成和再生来改善伤口愈合。通过在特应性皮炎中使用IFN-γ和聚(I:C)启动UC-MSC,进一步增强了抗炎潜力。此外,在丝素蛋白支架中培养WJ-MSCs已显示出改善的再上皮化和减少纤维化疤痕的形成。

    最近,Martin-Piedra等人提出WJ-MSC比其他类型的MSC(例如AD-MSC、牙髓和BM-MSC)更适合制备生物工程皮肤组织。

    肝再生蔡等人。证明血清谷氨酸草酰乙酸转氨酶、TGF-β1、谷氨酸丙酮酸转氨酶和胶原蛋白沉积减少,导致间充质上皮转化因子和HG上调,从而导致肝纤维化减少。WJ-MSCs在大鼠模型中显示脓毒症相关肝损伤和内皮功能障碍显着减少。有趣的是,WJ-MSCs改善了肝功能并减轻了d-半乳糖胺诱导的急性肝损伤小鼠的肝毒性。

    肾再生WJ-MSCs给药揭示了内分泌效应在治疗IR诱导的急性和慢性肾损伤中的作用,通过激活肾小管上皮细胞中的Akt,从而抑制细胞凋亡和上调HGF。胡等。显示通过在大鼠中通过TGF-β/Smad途径抑制间充质-上皮细胞转变,在脱细胞肾支架中施用UC-MSCs后肾纤维化减少。总体而言,UC-MSCs具有更强的增殖能力、更高的免疫抑制作用和低免疫原性等特点,适合大规模、普遍生产。

    软骨再生UC-MSCs已被证明是一种有吸引力的来源,与所需的支架相结合,用于软骨组织的再生。Saulnier等人。有报道称,在30只患有骨关节炎(OA)的兔子的膝关节中关节内施用WJ-MSC可调节滑膜中的MMP蛋白并防止软骨剥夺。最近,Cheng等人提出了一种使用WJ-MSC和冲击波的联合疗法作为大鼠早期OA的有效治疗方法。

    骨再生几项研究报告说,UC-MSCs是BM-MSCs的潜在替代品,用于骨再生。托德斯基等人已报道在骨缺损小鼠皮下植入装载UC-MSC的支架后血管生成增强。

    肌肉再生WJ-MSCs及其分泌的XCL1蛋白因其抗细胞凋亡潜力而被提议作为治疗肌病的新方法。王等已证明骨骼肌细胞增殖激活后肌肉减少症减少,老年小鼠细胞凋亡和炎症受到抑制。

    脐带间充质基质细胞的临床应用许多最近的临床试验已经证明了脐带间充质干细胞在治疗许多疾病中的重要性,如在表1。我们使用在ClinicalTrials.gov上引用“UC-MSCs,脐带衍生的间充质基质细胞”的研究请求检索了119项研究,其中完成36个,招募54个,不招募13个,推断不明63个。简而言之,UC-MSCs的免疫调节、抗炎和再生特性是其大部分治疗应用的原因。这些临床试验得出的结论将在下文讨论。

    脐带间充质基质细胞安全且耐受性良好智利洛斯安第斯大学举办的一项I/II期随机对照研究评估了单次/重复关节内注射UC-MSCs治疗膝骨关节炎患者的安全性和有效性(NCT02580695),结果显示没有不良事件在12个月内疼痛明显减轻,软骨退化、炎症反应和骨硬化减少。

    另一项I/II期,一项关于气管内注射UC-MSCs对支气管肺发育不良(BPD)高危早产儿的安全性和有效性的开放标签剂量递增临床试验(NCT02381366)由MedipostAmericaInc.进行。显示这些细胞在12名极低出生体重婴儿(<28周妊娠和<1,000g出生时5-14天)中表现出良好的耐受性和安全性,需要进行更大规模的随机对照盲法研究。

    当通过不同的给药途径给药时,UC-MSCs在临床上是有效的。由智利洛斯安第斯大学举办的一项针对心脏病患者静脉输注UC-MSCs的随机临床试验( NCT01739777)表明,在治疗后的第一个90天内,细胞输注没有不良反应,也没有产生同种抗体。当通过经胸超声心动图和心脏MRI评估时,接受治疗的患者的左心室射血分数也有显着改善。另一项研究检查了球周注射UC-MSCs对视网膜色素变性患者的影响(NCT04315025; PT。ProdiaStemCellIndonesia)并显示出光感和视觉的改善,这是由于UC-MSCs能够再生新的光感受器和视网膜色素上皮细胞。

    脐带间充质干细胞可以改善疾病AnkaraUniversitesiTeknokent进行了一项前瞻性、序贯、开放标签的III期临床研究,该研究涉及眼球腱下施用UC-MSCs治疗患者视网膜色素变性(RP)( NCT04224207)。12个月后对患者的随访表明,无论基因突变如何,UC-MSC在第一年内可有效治疗RP,通过减缓或阻止疾病进展而没有任何不利影响。

    在另一项已完成的试验中,“静脉输注UC-MSCs治疗克罗恩病”(NCT02445547福州总医院进行的一项研究表明,即使在接受治疗12个月后,克罗恩病活动度、Harvey-Bradshaw指数、皮质类固醇剂量和结肠镜检查也显示患者粘膜有明显改善。

    脐带间充质干细胞可安全地与生物构建体一起使用中国解放军总医院开展了一项名为“UC-MSCs凝胶治疗难愈性皮肤溃疡”(NCT02685722)的研究,得出的结论是UC-MSCs的治疗效果是由于自噬通过清除受损组织中的晚期糖基化终产物而产生的。

    另一项由南京大学医学院完成的名为“加载UC-MSCs的胶原支架治疗复发性宫腔粘连所致不孕症的临床研究”(NCT02313415)由南京大学医学院完成,未发现治疗相关不良反应,子宫内膜增生导致子宫内膜厚度增加、分化、新血管形成和宫内粘连评分降低,在30个月的随访期结束时将妊娠率提高到38.4%以上。

    总结:脐带一度被视作医疗废弃物抛弃。但随着科技的进步和医学知识的普及,脐带间充质干细胞的巨大医疗价值不断显现,无疑为更多患者带来新的医疗希望!

    参考资料:ChettyS,YaraniR,SwaminathanG,PrimaveraR,RegmiS,RaiS,ZhongJ,GangulyA,ThakorAS.Umbilicalcordmesenchymalstromalcells-frombenchtobedside.FrontCellDevBiol.2022Oct12;10:1006295.doi:10.3389/fcell.2022.1006295.PMID:36313578;PMCID:PMC9597686.

    标签:干细胞疗法·脐带间充质干细胞·间充质干细胞

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