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  • 神经干细胞移植技术将治疗脑卒中推向临床应用

    1970-01-01 08:00来源:人参果细胞网 作者:

    中风是全球死亡和残疾的主要原因,缺血性中风占中风的80%以上。在美国,估计约有700万成年人有中风病史,约占人口的2.5%。目前有效的治疗方法包括再灌注疗法,例如重组组织纤溶酶原激活剂;但这必须在有限的时间窗口内进行(中风发作后4.5小时内);因此,只有2-4%的患者从中受益。中风后残疾带来严重的社会和经济负担;很少有人自发康复,很多人永久残疾。传统的康复治疗往往收效甚微。

    受损的中枢神经系统(CNS)自我修复的能力是有限的,因此寻找促进恢复的替代方法将彻底改变中风治疗。干细胞疗法是一种新型疗法,有望替代急性期溶栓和慢性期康复。神经干细胞(NSC)和神经干/祖细胞(NSPC)被认为是建立干细胞库的理想候选者,干细胞库可以为修复神经网络和血管重塑提供持续供应的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。

    使用神经干细胞进行移植治疗脑卒中具有四个被广泛接受的优点:(1)比胚胎干细胞(ESCs)具有更高的脑样相似性;神经干细胞可以分裂和分化成与其周围微环境中的细胞相对应的细胞类型,并且它们的形态和功能与附近的宿主细胞非常相似。

    (2)比间充质干细胞更容易递送;中枢神经系统具有特殊的结构,即血脑屏障(BBB),使外源性“种子细胞”难以进入,而常规移植到室管膜下区或齿状回的神经干细胞具有“占位符”效应。

    (3)比神经元类似物更低的排斥反应;即使对于移植的个体间或物种神经干细胞,免疫排斥也极为罕见。

    (4)较强的趋化性和迁移能力;神经干细胞具有迁移到受损部位的能力。

    本综述总结了近期发表的研究成果,重点关注神经干细胞来源、和机制以及临床试验,旨在为治疗干预提供决策依据,并为未来神经干细胞移植治疗脑卒中推向临床应用的研究方向提供建议。

    神经干细胞的类型和来源

    胚胎干细胞衍生的神经干细胞系(胚胎供体):这些细胞系是源自早期胚胎或胚胎神经组织的NSC。早期ESC是受精后5-7天、植入子宫之前胚泡中的未分化细胞。它们是全能干细胞,具有发育成任何细胞类型的能力。部分外胚层会分化成神经系统的细胞。

    成人脑神经干细胞系(成人供体):人脑中有两个主要的神经源性生态位,即脑室下区(SVZ)和亚颗粒区,可以从中获得成人NSC。

    诱导多能干细胞衍生的神经干细胞:高桥等人成功将人类细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSC),这些细胞已成为理想的自体移植细胞资源。移植的iPSC-NSCs在中风治疗中的优势很多,例如增强运动感觉功能、减少梗死面积、促进轴突发育、促进血管生成和调节炎症因子。

    目前神经干细胞移植治疗脑卒中的临床级产品有哪些已在临床试验中探索了转基因干细胞系。修饰的细胞系可以在体外以稳定的速率无性繁殖,形成永生化细胞系。永生化细胞系具有增殖能力强、对环境适应性好、细胞身份易控制和同化入人体组织等优点。

    CTX0E03:CTX0E03是一种人类神经干细胞系,已使用与突变雌激素受体融合的条件永生化c-MYC基因进行基因修饰。无血清生产的CTX0E03被认为是最有希望的治疗级人类神经干细胞系。

    Sinden等人的评论详细介绍了CTX细胞治疗从实验室起源到临床进展的全过程。人类神经干细胞(CTX0E03)的移植促进了中风患者的显著行为恢复。恢复程度与细胞剂量和旁分泌机制呈正相关(表格1)。

    代号初始来源处理方法细胞来源临床前研究证据临床试验疾病限制参考CTX0E3同种异体用c-mycER转染永生化人类神经干细胞系神经发生和血管发生(外泌体)NCT01151124慢性缺血性中风入学后长期恢复Stroemer等人2009年;Kalladka等人2016年NT2N同种异体视黄酸处理后的体外神经元表型克隆人畸胎癌细胞系多巴胺能表型纳尔逊等人。(2002)PD、HD、外伤肿瘤形成经历;凋亡样细胞死亡;对中风的治疗影响可忽略不计Borlongan等人1998年;赫尔伯特等人1999年;贝克等人2000年;尼尔森等人2002年SB623同种异体含有Notch-1胞内结构域的转染表达载体骨髓间充质干细胞神经营养、血管生成和神经保护作用NCT01287936慢性稳定性中风和外伤更少的研究和试验;非随机设计Dezawa等人2004年;斯坦伯格等人2016年NSI-566同种异体未经基因改造的单个胎儿脊髓原代贴壁人神经干细胞系与宿主组织整合;免疫抑制作用NCT03296618肌萎缩侧索硬化症、脊髓损伤较少的临床试验Glud等人2016年;柯蒂斯等人2018年;张等人2019a临床级神经干细胞产品

    NT2N:NT2N(hNT)细胞是源自克隆人畸胎癌细胞系的神经元,在体外视黄酸处理后获得永久性的有丝分裂后神经元表型,并已显示在体内形成操作性突触和分泌神经递质。

    SB623:SB623细胞是通过用编码人NOTCH1细胞内结构域的表达载体瞬时转染间充质干细胞而开发的,并且已显示在实验性局灶性缺血后递送至啮齿动物大脑后可减少病变体积并促进功能恢复。

    NSI-566:NSI-566是一种来自单个胎儿脊髓的稳定的初级贴壁人-NSC系,未经基因改造,已获得美国食品和药物管理局的临床试验授权。它在完成的II期肌萎缩侧索硬化症和I期脊髓损伤试验中显示出良好的安全性和耐受性。

    神经干细胞移植治疗脑卒中的作用机制

    归巢和细胞更换:归巢是神经祖细胞(NPC)/NSC利用趋化性移动到损伤部位的过程。

    旁分泌作用:随着研究的进展,用干细胞替代丢失的神经元被证明不是主要的神经重塑机制,因为干细胞替代不能完全解释在体内实验中观察到的现象。

    旁分泌证据:首先,示踪方法表明,归巢干细胞的数量远小于移植的干细胞数量,通过动静脉途径注射的细胞仍然可以发挥作用。此外,人们认为血管通路中的干细胞很少通过BBB。其次,细胞替代机制不能解释早期NSC移植的功效;神经细胞的分化、突触的重建和神经网络的重排很难在短时间内完成。

    旁分泌囊泡:细胞外囊泡被认为是介导受损脑组织恢复的关键。外泌体和microRNA(miR)的发现为大脑重塑过程和细胞修复机制提供了基础。

    炎症效应:继发性炎症加剧中风后少突胶质细胞死亡,和含有内源性T调节细胞的干细胞可以调节成纤维细胞生长因子和白细胞介素6的水平并抑制白质损伤。调节炎症反应的关键步骤是抑制小胶质细胞的活化。

    神经干细胞移植治疗脑卒中的临床试验概述

    临床试验比动物模型实验更难推进。自2020年4月20日以来,已有88项中风临床试验在ClinicalTrials.gov注册。在涉及神经干细胞的六项研究中,三项已公布了结果。还有两项针对儿童缺氧缺血性脑病和缺血相关性脑瘫的神经干细胞移植的临床试验。表2)。

    使用神经干细胞治疗中风的临床试验(主动和募集)

    NCTnumberTittleStatusInterventionsStudytypeOutcomemeasurePopulationSponsorProcessobservedNCT03296618IntracerebraltransplantationofneuralstemcellsforthetreatmentofischemicstrokeActive(completed)NSI-566:Agroup:1.2×107;Bgroup:2.4×107;Cgroup:7.2×107Interventional(one-timeintra-cerebralinjections)AE&NIHSS&mRS,MMSE,FMMSEnrollment:9;age:33–65yr(150–743dpost-stroke)SuzhouNeuralstemBiopharmaceuticalsNeuralstemInc.NP;NG;MR;VRNCT03725865AclinicalstudyofiNSCinterventcerebralhemorrhagicstrokeNotyetrecruitingiNSCsInterventionalEmergentAEEnrollment:12;age:30–65yr;sex:bothAllifeMedicalScienceandTechnologyCo.Ltd.NP;NG;MR;VRNCT01151124PilotinvestigationofstemcellsinstrokeActive(completed)CTX0E03(NSCs),singledosesof2million,5million,10million,or20millioncellsIntervention(stereotacticipsilateralputameninjection)AE&BI&MMSE,mRS,EQ-5DEnrollment:12;age:60–85yr(29monpost-stroke);sex:maleReNeuronLimited(DivisionofClinicalNeurosciences,Glasgow)NP;NG;MR;VRNCT03629275InvestigationofneuralstemcellsinischemicstrokeRecruitingCombinationproduct:CTX0E03drugproductanddeliverydevice;Drug:placeboInterventionmRSat6monBI;basicmobilitychangingandTUG,CAHAI&SDMT&COWAT&MNT&MCAEnrollment:110;Age:35–75yr(adult,olderadult);aex:bothReNeuronLimited(UniversityofCalifornia,Irvine,CA,USA)NP;NG;MR;BN;VRNCT02854579NeuralprogenitorcellandparacrinefactorstotreathypoxicischemicencephalopathyActive(completed)Biological:NPC;Biological:paracrinefactors;Biological:progenitorcellandparacrinefactorsInterventional;intra-cerebralinjectionsNeonatalbehavioralassessment;adverseevents;Bayleyscore;Peabodydevelopmentmeasurescale;MRIorCTEnrollment:120;age:upto14d(child);sex:bothNavyGeneralHospital,Beijing,ChinaNP;NG;MR;BN;VRNCT02117635PilotinvestigationofstemcellsinstrokephaseIIefficacyCompleteBiological:CTXDPInterventionalARATandafterCTX;NIHSS;RFA&BIafterCTX;Safety/Tolerability;FMMSafterCTXEnrollment:23;age:40yrolder(adult,olderadult);sex:bothReNeuronLimited(QueenElizabethHospital,Birmingham,UK)NP;NG;MR;VR;NCT04047563Efficacyofsovateltide(PMZ-1620)inpatientsofacuteischemicstrokeRecruitingDrug:PMZ-1620(sovateltide)alongwithstandardtreatmentInterventional,phase3NIHSS/mRS;changeinquality-of-life;changeinStroke-SpecificQualityofLifeEnrollment:110;age:18–78yr(adult,olderadult);sex:bothPharmazz,Inc.NP;NG;MR;VRNCT03005249NeuralstemcellstherapyforcerebralpalsyRecruitingBiological:NSCInterventional,intranasaladministrationGMFM-88score;FineMotorFunctionMeasurescore;modifiedAshworthScalescore;AEEG/MRI/EMGEnrollment:20;age:1–12yr(child);cerebralpalsyTheFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian,ChinaNP;NG;MR;VR2020年4月20日从ClinicalTrials.gov获得的信息

    AE:不良事件;AEEG:振幅综合脑电图;ARAT:行动研究手臂测试;BI:巴塞尔指数;BN:大脑网络;CAHAI:Chedoke手臂和手部活动量表;COWAT:受控的口语联想任务(语言技能);CTX:CTX0E03,人类NSC系;DP:药品;肌电图:肌电图;EQ-5D:EuroQol-5D;FMMS:Fugl-Meyer运动评分;GMFM-88:粗大运动功能测量仪-88;iNSC:诱导的NSC;MCA:蒙特利尔认知评估(语言技能);MMSE:简易精神状态检查;MNT:多语言命名测试(语言技能);MR:髓鞘修复;mRS:改良Rankin量表;NG:神经突生长;NIHSS:美国国立卫生研究院卒中量表;NP:神经元极性;NPC:神经祖细胞;NSCs:神经干细胞;射频识别:Rankin重点评估;SDMT:符号数字模式测试(语言技能);TUG:定时启动测试;VR:血管再生。

    NCT01151124是近年来干细胞治疗脑卒中最有影响的临床研究之一。CTX0E03细胞的良好功效和安全性为人类神经干细胞移植项目的开展提供了足够的信心。由ReNeuron(PISCES-III)公司主持的NCT03629275研究将包括比NCT01151124试验(12个中心,预计110名患者)更多的参与者,以进一步证明CTX0E03细胞的临床效果。

    需要注意的是,ReNeuron还为中风患者使用了人胎神经干细胞移植,并且在I期和II期研究中未发现细胞相关或免疫学不良事件(分别为11和42名患者)。然而,从Steinberg等人的SB623移植试验的积极结果来看。招募了18名稳定的慢性卒中患者,还应该认识到,尽管具有长期疗效,但移植的安全性不容忽视。

    使用NSI-566细胞进行的NCT03296618研究最近发表了令人鼓舞的结论,这些细胞以前曾在脊髓损伤方面进行过临床试验(Curtis等人,2018年)。三个队列被一次性脑内注射1.2×107、2.4×107或7.2×107的NSI-566细胞移植,用于治疗慢性运动性卒中导致的偏瘫,以确定未来试验的最大耐受剂量。用他克莫司进行免疫抑制治疗28天。12个月后,9名参与者的平均Fugl-Meyer运动评分显示改善16点(P=0.0078),平均改良Rankin量表显示改善0.8点,平均美国国立卫生研究院卒中量表显示改善3.1个点。在24个月的随访中,这些变化保持稳定。

    神经干细胞移植治疗脑卒中目前面临的问题细胞来源:尽管取得了积极的成果,但神经干细胞的临床应用却很困难。神经干细胞临床试验中遇到的问题之一是细胞来源。自体细胞的排斥相对不常见,但与胎儿神经干细胞相比,成人神经干细胞的数据非常有限,缺乏系统表征和提取部位的差异。

    时间:移植时间是否应选择在卒中急性期(24-72小时内)尚有争议。在此期间接收者的状态很难估计。在卒中恢复期和慢性卒中期(卒中后90天)可提倡神经干细胞治疗。总之,神经干细胞移植时间最有可能在受伤后一百天左右最有益。目前进行的所有I期临床试验都假设治疗期越长,细胞对人身安全构成的风险就越小。

    评估移植途径和细胞剂量:不同给药途径的有效剂量显著不同:静脉内>动脉内>鞘内>脑内。

    对于中风,NSPCs主要使用脑内途径进行研究。脑内注射的神经元可以重建宿主大脑中受损的长轴突投射和突触连接。与康复对照组相比,接受治疗的慢性中风患者的运动功能也得到了显著改善。

    脑内和鞘内给药快速而直接,但两者都是具有高风险的侵入性治疗,如继发性脑水肿和颅内高压。基础研究表明,细胞替代不是干细胞的主要治疗机制,干细胞具有迁移能力;因此,需要重新评估以这种方式将细胞运送到现场的风险。

    与手术植入相比,动脉内和血管内注射侵入性更小,更容易进行,但可能会发生严重后果,例如血管闭塞和肺栓塞。血管输送可能对细胞存活产生重大影响,并且很难确保有效数量的细胞通过BBB。所以,没有足够的证据表明NSC递送的血管途径具有治疗潜力。

    值得注意的是,正在评估一些更无创且可接受的递送途径。例如,在鼻内给药后,干细胞和神经营养因子可以通过喙状板迁移到中枢神经系统中。这NCT03005249试验已注册用于神经干细胞鼻内给药。

    结论

    神经干细胞移植有利于损伤后大脑结构和功能的修复,并在临床前和临床研究中得到充分验证。预计神经干细胞移植将在脑卒中的治疗中取得显著成果。然而,神经干细胞的临床应用仍有几个紧迫的问题需要解决。

    1、对网络微环境的功能恢复过程和结构修复机制进行了深入细致的解释;2、深入研究神经干细胞移植的治疗机制;3、选择最合理的给药途径、剂量和时机;4、完善评价体系和伦理标准。我们的综述初步总结了目前神经干细胞神经再生和脑卒中损伤后功能恢复的机制。图2。图2:综述总结了神经干细胞移植基础研究和中风治疗临床试验的步骤和挑战。NSCs具有独特的细胞替代、旁分泌作用、炎症调节和神经保护机制。NSC治疗的基础和临床研究有望实现中风后的功能恢复。CP:脑瘫;NPC:神经祖细胞;NSC:神经干细胞;NSPC:神经干/祖细胞;RMS:喙洄游流;SGZ:亚粒区;SVZ:脑室下区。

    神经干细胞移植治疗脑部疾病的相关科研及临床研究正在多方位展开,得到了快速的发展,取得了可喜的成绩。相信随着科学研究与医疗技术的不断进步,神经干细胞移植疗法可以将脑部疾病的治疗窗口延长,为脑部疾病的治疗提供新型的解决方案。

    参考资料:JiaoY,LiuYW,ChenWG,LiuJ.Neuroregenerationandfunctionalrecoveryafterstroke:advancingneuralstemcelltherapytowardclinicalapplication.NeuralRegenRes.2021Jan;16(1):80-92.doi:10.4103/1673-5374.286955.PMID:32788451;PMCID:PMC7818886.

    标签:神经干细胞移植·神经干细胞移植治疗脑卒中·脑卒中

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