干细胞外泌体源头供货

华西医院何成奇教授 |干细胞治疗骨关节炎 如何改进才能提高疗效

骨关节炎是一种常见的致残性疾病,代表着巨大的健康和社会经济成本,对个人和医疗保健系统具有显著的影响。

MSCs作为治疗骨关节炎的新型治疗方式,从韩国已批准的Cartistem细胞关节药的销售来看,一切都正方兴未艾。

最近华西医院康复科主任何成奇教授团队Stem Cell Research&Therapy上发文,介绍间充质基质细胞治疗在骨关节炎上的再生应用

华西医院何成奇教授 |干细胞治疗骨关节炎 如何改进才能提高疗效

何成奇 医学博士、主任医师、教授、博导、博士后导师。国务院政府特殊津贴专家、教育部高等学校医学技术教指委委员。1997年获福建中医学院医学硕士学位;1999年美国Loma Linda大学访问学者;2003年获四川大学外科学(骨科)临床医学博士学位。先后担任四川大学华西医院康复医学中心主任、书记,康复医学四川省重点实验室主任,四川大学-香港理工大学灾后重建与管理学院副院长,华西医院康复医学研究所所长。领导的学科为国家临床重点专科、2020复旦大学医院研究所专科声誉排名全国第二、综合排名全国第三,领导的四川大学康复治疗学专业入选首批国家级一流专业并在2021软科中国大学专业排名中评级A+,总分位列全国第一。

 

华西医院何成奇教授 |干细胞治疗骨关节炎 如何改进才能提高疗效

 

对于MSCs的研究和应用,目前还没有一个通用的细胞选择和制备标准,间充质干细胞移植治疗膝关节骨性关节炎的机制也不清楚。何成奇教授团队综述了MSCs治疗骨关节炎的临床和基础进展,提出了如何改进方可提高干细胞治疗的疗效,我们精选其中关键要点进行分享。

 

如何进行细胞选择

通常细胞来源是间充质基质细胞疗法成功结果的重要考虑因素,目前临床应用常见来源包括骨髓、脂肪、脐带、胎盘和滑膜。

根据以往研究的数量,骨髓排第一,脂肪来源排第二不同来源细胞的临床疗效还缺乏比较研究。

不仅仅细胞有异质性,细胞外泌体也具备异质性。不同的MSC-Exos具有异质性,甚至从来自同一细胞的exosomes和非囊泡中提取的细胞外RNA也具有异质性。

华西医院何成奇教授 |干细胞治疗骨关节炎 如何改进才能提高疗效

图一 基于MSC治疗的流程图。首先,选择合适的间充质干细胞来源,然后分离出间充质干细胞,并对其进行鉴定,注射MSCs或MSCs衍生的外泌体

如何进行细胞培养

MSCs是梭形和贴壁细胞,能够增殖、自我更新和分化为多谱系细胞。MSCs的特征之一是粘附在组织培养塑料上,并在低密度铺板时产生集落。

在体外和体内都报道了MSCs具备软骨分化、成骨分化和成脂分化的能力。

软骨分化很大程度上取决于培养条件,体外模型阐明了能够促进软骨形成的介质,如转化生长因子-β(TGF-β)。

新的培养技术让MSCs具备更好的成软骨分化性。三维培养系统促进了细胞与ECM的更大接触和相互作用,允许细胞适应其天然形态,在微团培养技术中,诱导的软骨更类似于透明软骨。此外,富含血小板的血浆(PRP)、间充质干细胞和软骨细胞共培养将有利于软骨形成,而不会引起肥大病理反应,用MSC-Exos培养的软骨细胞促进了增殖和软骨形成。

干细胞如何保护软骨

 

MSCs可以通过分化为软骨细胞、影响软骨细胞、介导线粒体功能、调节细胞因子、平衡合成和分解代谢来保护软骨

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图2 注射间充质干细胞或间充质干细胞衍生的外来体的作用

‍‍临床试验汇总‍‍‍

 

基于间质干细胞疗法的首次注射是在2008年,至今总共有23项基于MSC的膝关节炎临床治疗。

其中13项设计为随机对照研究。

骨髓是最常用的间充质干细胞来源(13/23研究;57%),在7项试验中使用了脂肪干细胞(30%),2项试验中使用了脐带(9%),1项研究使用了来自胎盘的间充质干细胞(4%)

间充质干细胞治疗膝骨关节炎软骨再生的临床试验汇总表

样本量

来源

剂量(细胞)

对照干预

阶段

分级

结果

随访

30

骨髓间质干细胞

4 × 107

透明质酸

2

二至四

MRI、WOMAC、VAS、Lequesne指数

12个月

18

脂肪间充质干细胞

1, 2, 5 × 107

I/IIa

>二

AE、WOMAC、NRS、SF- 36、核磁共振

24个月

15

骨髓间质干细胞

4 × 107

1/2

二至三

不良事件、WOMAC、VAS、SF-36
leque SNE指数、磁共振成像

12个月

18

脂肪间充质干细胞

2, 10, 50 × 106

I

三至四

AE、WOMAC、VAS、KOOS

6个月

12

骨髓间质干细胞

4 × 107

2

二至四

核磁共振成像、WOMAC、血管造影、SF-36

12个月

26

脐带间充质干细胞

2 × 107

透明质酸

1/2

一至三

磁共振成像,WOMAC

12个月

24

脂肪间充质干细胞

1 × 108

盐水

IIb

二至四

磁共振成像,WOMAC,KOOS

6个月

30

骨髓间质干细胞

1, 10 × 107

透明质酸

1/2

>二

核磁共振成像、WOMAC、血管造影

12个月

60

骨髓间质干细胞

1 × 108

PRP

2

>二

核磁共振成像、WOMAC、血管造影

12个月

25

脂肪间充质干细胞

1.89 × 106

PRP,关节镜清理术

2

一至三

Lysholm,Tegner活动量表

16个月

20

胎盘来源的间充质干细胞

5–6 × 107

盐水

2

二至四

视觉模拟系统、KOOS、ROM、核磁共振

6个月

18

脂肪间充质干细胞

1, 5, 10 × 107

1/2

>二

WOMAC,核磁共振,关节镜

6个月

140

骨髓间质干细胞

1.56 × 104

全膝关节成形术

III

二至四

放射照片,核磁共振成像

15年

60

骨髓间质干细胞

25, 50, 75, 150 × 106

透明质酸

1/2

二至三

沃马克,瓦斯

12个月

30

脂肪间充质干细胞

1 × 108

保守治疗

2

二至三

AE、MRI、KOOS、WOMAC、NRS

12个月

43

骨髓间质干细胞

4 × 107

盐水

1/2

二至四

VAS,WOMAC

6个月

29

脐带间充质干细胞

1 × 107

透明质酸

2

一至二

骨关节炎指数

6个月

4

骨髓间质干细胞

8–9 × 106

I

NR

视觉模拟评估、x光检查、活动

12个月

12

脂肪间充质干细胞

5 × 107

I

NR

不良事件,磁共振成像

12个月

12

骨髓间质干细胞

1, 10, 50 × 106

I/IIa

三至四

ROM、KOOS、WOMAC、MRI

12个月

18

骨髓间质干细胞

NR

PRP

2

二至四

KOOS,ROM

12个月

57

骨髓间质干细胞

NR

PRP

2

二至四

KOOS,ROM

12个月

12

骨髓间质干细胞

6 × 107

I

二至三

声发射、KOOS、磁共振成像

24个月

 

‍‍‍‍‍‍细胞怎么用更好

 

单次注射剂量范围从1.56 × 10^4到1 × 10^8。

最广泛被证明的有效剂量是5 × 10^7细胞。

多次注射或高剂量比单次注射或低剂量更有优势。

Matas等人阐明了重复脐带来源的间充质干细胞(2 × 10^7细胞,每半年一次)治疗显示,对于患有KOA的个体,在1年的随访中,与仅接受一次注射相比,在疼痛和功能方面有更好的改善。

莫拉-埃斯皮诺萨等人报道了1 × 10^8的高剂量BM-MSCs与透明质酸一起导致更大的临床和功能改善.

Chahal等人发现,在高剂量的参与者中,软骨分解代谢生物标志物和MRI滑膜炎较低且效果维持到2年随访期。

对结构、疼痛、活动和生活质量有什么影响

 

关节内注射MSCs改善了膝关节的结构、疼痛和功能,使其成为一种有前途的治疗KOA的新方法。

一些好处可能会持续几年,甚至在几个月后更加明显,诸如爬楼梯和行走等活动。

奥罗兹科等人证实,在严重的膝关节骨性关节炎中,软骨缺损面积平均减少了27%。同样的Vega等人和Dilogo等人报道了软骨质量的改善

虽然Lee等人认为在6个月时,MSCs组的软骨没有改善,而对照组的缺损增加了。放射学、关节镜和组织学测量一致表明,透明样关节软骨的再生减少了退化。

对于疼痛和功能,Soler等人从第8天开始显示相关的疼痛缓解,并在一年后保持。

Khalifeh等人阐明了在2周到24周的随访中,注射MSCs后膝关节活动范围的改善是显著的。无痛行走时间有所改善,虽然膝盖状况也在退化,但在5年时仍比基线时好,促炎单核细胞/巨噬细胞和IL-10/12水平在注射MSCs后滑液中减少。与正在进行的传统保守治疗相比,AT-MSCs在一年后表现出显著的临床疼痛和功能改善。

在西安大略大学和麦克马斯特大学接受间充质干细胞治疗的患者的骨关节炎指数(WOMAC)总分、WOMAC疼痛和身体功能方面的改善比生理盐水更大,接受间充质干细胞治疗的患者在疼痛、功能、日常生活活动、运动和娱乐活动子量表方面比PRP有更大的改善,但不如两种治疗的组合

未来的方向在哪里?

间充质干细胞和干细胞外泌体作为治疗骨关节炎的新方法,显示出独特的优势。

不同来源的间充质干细胞因为表型表现出不同的特征,所以也有不同的临床表现。

MSCs和衍生的外泌体在骨关节炎的治疗中展现了多种功能,包括增加软骨生成、软骨细胞增殖、减少凋亡、维持自噬、调节ECM的合成和分解代谢、调节免疫反应、抑制炎症、监测线粒体功能障碍和旁分泌效应。这些功能部分通过几个生物学途径来证明,如NF-κB、MAPK、ROS和mTOR途径。

作者认为未来MSCs治疗关节炎有三个方向: 

第一,需要制定一个标准,包括细胞选择、鉴定(表型分析和多能分化潜能,特别是与祖细胞区分)、培养或扩增方法、剂量和注射后的康复计划。

第二,间充质干细胞外泌体具有临床应用的潜力,特别是其包含的特定非编码RNA可能对治疗效果有本质的影响。但未来临床试验中应该对Exos中的LncRNAs、circRNAs以及Exos的安全性和剂量进行大量研究。

第三,以往的研究主要集中在物理环境对间充质干细胞的影响,但其机制尚不清楚。此外,没有研究报告了物理条件下MSCs-Exos、RNA或DNA序列的变化,这可能是一个意想不到的方向。在研究间充质干细胞治疗中的生物材料或复杂的间充质干细胞三维杂交组织时,纳入电磁场的参与,应该是一个有趣的方向。

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