中(zhōng)國第一(yī)個進入III期臨床的膝骨關節炎幹細胞藥物(wù),有望改寫1.3億人的"命運"

發布日期:2023-06-29 09:51:20


關節損傷多數人都會碰上,要解決這個問題,還得從頭談起。骨關節炎是一(yī)種常見的慢(màn)性退行性關節疾病,全球範圍近2.2億人罹患關節炎病痛。
骨關節炎是一(yī)種關節軟骨的退行性損傷,主要包括關節軟骨的破壞、軟骨下(xià)骨硬化和滑膜增生(shēng)。引起因素有很多,如衰老、肥胖、疲勞損傷、創傷、關節先天畸形、關節畸形等。



骨關節炎主要發生(shēng)在中(zhōng)年以後,40-70歲人群中(zhōng),女性的發病率高于男性,70歲以後,兩性發病率持平。骨關節炎的臨床表現爲關節疼痛、關節僵硬,嚴重者會表現爲關節功能喪失,到2021年骨關節炎将成爲第四大(dà)緻殘性疾病。

由于骨關節表面的透明軟骨組織沒有神經和血管,因此,軟骨的自我(wǒ)(wǒ)修複和再生(shēng)能力較差,一(yī)旦受損,很難自行恢複。目前,骨關節炎的臨床治療方法主要有非藥物(wù)療法,如有針對性的鍛煉、熱療法、冷療、鞋墊、針灸等;藥物(wù)療法和手術治療,但這些隻能緩解疼痛,在一(yī)定程度上改善症狀、延緩病情、矯正畸形,并不能徹底的延緩病情發展。自體(tǐ)軟骨細胞移植已經成功運用到修複軟骨,但是通過體(tǐ)外(wài)培養的軟骨細胞表現出分(fēn)化,降低了軟骨細胞特異性基因的表達,從而影響治療效果。

近年來,基于幹細胞治療骨關節炎的新型療法越來越受到關注。間充質幹細胞具有自我(wǒ)(wǒ)更新和定向分(fēn)化潛能,可修複軟骨組織,抑制軟骨細胞分(fēn)泌炎症因子和歸位特性,是逐步治療骨關節炎非常具有潛力的細胞。


間充質幹細胞作用機理

間充質幹細胞存在于各種組織中(zhōng),如骨髓、臍帶、胎盤、肌腱、牙周組織、脂肪組織。2006年,國際細胞治療學會(ISCT)用三個标準定義了間充質幹細胞:
· 可貼附在塑料表面生(shēng)長;
· 表達CD105,CD73和CD90,以及缺乏CD45,CD34,CD14或CD11b,CD79a或CD19和HLA-DR表面分(fēn)子;
· 經體(tǐ)外(wài)誘導,間充質幹細胞能向成骨細胞、脂肪細胞及軟骨細胞分(fēn)化。

除具有分(fēn)化潛能外(wài),間充質幹細胞還表達分(fēn)泌多種酶并分(fēn)泌多種參與旁分(fēn)泌活動的營養因子,包括生(shēng)長因子,細胞因子和趨化因子,這些因子通過激活細胞和血管生(shēng)成途徑來滋養軟骨。

間充質幹細胞還參與了局部免疫調節機制,可以抑制T細胞的增殖、樹(shù)突細胞成熟及B細胞的活化增殖和抗體(tǐ)分(fēn)泌,從而影響巨噬細胞的極化以及抗體(tǐ)分(fēn)泌細胞的分(fēn)化,從基本上消除了排異反應和疾病的傳播。其中(zhōng),影響巨噬細胞的極化是受到INF-γ和IL-1β的刺激,将巨噬細胞從促炎性(M1)轉化爲消炎性(M2);而且,間充質幹細胞還可以與巨噬細胞互相作用,抑制巨噬細胞的活化以及IL-1β,TGF-α和其他炎性因子的分(fēn)泌。

當然,間充質幹細胞的調節功能可能會因個體(tǐ)、物(wù)種、組織來源、培養條件和激活狀态而異。間充質幹細胞的歸巢作用可以在體(tǐ)内微環境的作用下(xià)遷移到軟骨缺血或受損部位。除此之外(wài),間充質幹細胞還可以通過分(fēn)泌生(shēng)長因子、細胞因子和細胞外(wài)基質對受損組織進行修複和重建。據研究顯示,間充質幹細胞分(fēn)泌的細胞因子可以靶向滑膜和軟骨細胞,他們可以調節合成代謝因子和分(fēn)解代謝因子,以及誘導抗炎和軟骨形成分(fēn)子的表達。

随着研究的深入,最近大(dà)多數研究表明,間充質幹細胞主要通過旁分(fēn)泌機制來調節局部炎症、細胞的凋亡和增殖,而非直接分(fēn)化成軟骨細胞來參與組織修複研究人員(yuán)指出,内源性間充質幹細胞通過細胞修複的資(zī)源儲備庫以及免疫調節的前哨來維護組織的健康,在激活修複反應中(zhōng),間充質幹細胞的旁分(fēn)泌信号的傳導要比分(fēn)化更重要。這就意味着,間充質幹細胞并非用于替換受損的軟骨,而是協調增強修複應答

1.MSC在骨關節損傷中(zhōng)的修複機制

臨床研究


1. 局部關節内間充質幹細胞注射以及混合注射

混合注射是指将生(shēng)長因子、細胞因子和支架混合間充質幹細胞混合注入以提高療效。常用的支架有血凝素、纖維蛋白(bái)凝膠等聚合物(wù),以及高濃度血小(xiǎo)闆血漿(PRP)等富營養體(tǐ)液。其中(zhōng),在關節腔内注射間充質幹細胞(
MSCs)/PRP混合液的臨床研究較多。PRP是一(yī)種自體(tǐ)組織,富含軟骨源性生(shēng)長因子(如TGF-β和血小(xiǎo)闆源性生(shēng)長因子),可以作爲治療受損軟骨的組織來源。
PRP複合支架具有較高的成骨誘導活性,能夠促進骨愈合PRP與由脂肪間充質幹細胞及脂肪組織血管基質混合組成的MSCs結合,可以創建合适的微環境,來促進血液的供應,減少局部炎症反應,促進軟骨機制的合成,提高間充質幹細胞治療膝關節炎的療效。目前,PRP存在的問題仍然在于其制備方法及表達生(shēng)物(wù)活性因子的數量的可變性RPR分(fēn)泌的一(yī)些生(shēng)長因子(如血管内皮生(shēng)長因子可能對關節和間充質幹細胞均有不良影響。

随着幹細胞技術在動物(wù)和體(tǐ)外(wài)實驗中(zhōng)成功應用的證據越來越多,應用幹細胞的移植技術治療骨關節炎也展現出使軟骨再生(shēng)的潛力。迄今爲止,已經有近80項相關臨床研究在Clinicaltrail.gov上注冊,其中(zhōng)一(yī)些已經完成臨床試驗以及對安全性和有效性的初步評估。根據已有的研究成果,間充質幹細胞(來自于骨髓、脂肪和臍帶)療法在治療骨關節炎中(zhōng)顯示出非常好的療效,并且在将來有代替傳統療法的可能。

2. 骨髓間充質幹細胞

骨髓間充質幹細胞是最早用于治療骨關節炎和最常見的有效來源,在臨床修複膝關節軟骨中(zhōng)獲得了可喜的成果。2008年,有研究報道一(yī)例應用骨髓間充質幹細胞治療嚴重膝關節骨關節炎。注射時,骨髓間充質幹細胞配合10%的血小(xiǎo)闆裂解液和10ng地塞米松以刺激軟骨。注射6個月後,MRI顯示出關節軟骨和半月闆顯著增長,疼痛明顯降低。即使在不适用輔助鎮痛藥、抗炎藥或免疫抑制劑的情況下(xià),單次注射骨髓間充質幹細胞到關節腔内,也取得了積極的成果。研究表明,骨髓間充質幹細胞移植比自體(tǐ)軟骨細胞治療更有效,并且并發症相對較少。盡管骨髓間充質幹細胞的安全性也有效性已經得到了廣泛的證實,但在實際的臨床應用中(zhōng)很難獲取足夠量的初代幹細胞,這很大(dà)程度上
受捐贈者年齡的影響,幹細胞會有不同程度的創傷和分(fēn)化

3. 脂肪間充質幹細胞

脂肪間充質幹細胞也是用于治療骨關節炎的有效來源之一(yī)。通常通過吸脂或者髌下(xià)脂肪墊提取獲得,脂質體(tǐ)通過離(lí)心分(fēn)離(lí)并加入膠原酶I溶解來制備濃縮間充質幹細胞。據報道,關節内注射1.0x10
8脂質間充質幹細胞可以顯著改善膝關節疼痛和功能,且無不良事件。使用中(zhōng)劑量(5.0x107)的患者體(tǐ)現出臨床指标的改善,而注射低劑量組(1.0x107)的大(dà)多數患者并沒有體(tǐ)現出臨床指标的改善。這些結果表明,
關節内注射間充質幹細胞療效與劑量明顯相關還需要進一(yī)步臨床試驗來證明高劑量注射的長期安全性和臨床優勢。與骨髓幹細胞相比,脂肪間充質幹細胞生(shēng)成軟骨的潛能較低,生(shēng)成軟骨特異基質蛋白(bái)的能力和I型膠原基因的表達能力也相對較低。因此,脂肪間充質幹細胞的軟骨再生(shēng)潛能的激發還需進一(yī)步優化和提升。


間充質幹細胞移植的問題


雖然有很多相關證據證明了間充質幹細胞治療骨關節炎的能力,但是存在的問題也不容忽視。

· 注射成活的幹細胞數量極低,無法預測持久的改善和細胞間的相互作用,以及是否可以維持足夠的細胞儲存以達到希望的療效;
· 供體(tǐ)的适應性可能是另一(yī)個重要挑戰,已有發現從舊(jiù)的或不健康的供體(tǐ)中(zhōng)分(fēn)離(lí)出的間充質幹細胞性能和增殖能力下(xià)降;
· 移植前,間充質幹細胞離(lí)體(tǐ)擴增時間長有可能導緻誘導衰老,喪失增值能力和降低分(fēn)化能力(特别是超過10-20倍的種群倍增);
· 由于遺傳程序将軟骨誘導後的鈣化作爲正常軟骨内成骨過程的一(yī)部分(fēn),因此如果将分(fēn)化的間充質幹細胞維持在軟骨表型并組織其鈣化向成骨表型擴展也是一(yī)個需要解決的問題;
· 間充質幹細胞對一(yī)些“環境響應”因素敏感,并響應微環境中(zhōng)微量未知(zhī)物(wù)質而進行特定的修飾行爲。雖然這種反應在再生(shēng)醫學中(zhōng)經常被利用,但是在患病的· 關節環境中(zhōng)會對間充質幹細胞反應産生(shēng)負面影響。有報道表明,人類脂肪間充質細胞在與腫瘤壞死因子(TNF)反應後,會轉化爲促炎性分(fēn)泌組,增強炎症反應。

2.外(wài)泌體(tǐ)與骨關節炎的關系



間充質幹細胞外(wài)泌體(tǐ)


因爲上述幹細胞移植的一(yī)些問題,間充質幹細胞外(wài)泌體(tǐ)的發現有希望規避這些風險。

正如前文提到,越來越多的研究表明注射間充質幹細胞治療骨關節炎真正發揮作用的是幹細胞的旁分(fēn)泌系統分(fēn)泌的生(shēng)物(wù)分(fēn)子,調節患處微環境,激活原有幹細胞修複受損組織。幹細胞外(wài)泌體(tǐ)也越來越被人們關注。外(wài)泌體(tǐ)是從間充質幹細胞培養基中(zhōng)分(fēn)離(lí)出來的一(yī)種可溶性生(shēng)物(wù)介質。外(wài)泌體(tǐ)是在病理和生(shēng)理條件下(xià)産生(shēng)的,他們是細胞間通訊的主要介質,通過将mRNA、脂質、siRNA、蛋白(bái)質、miRNA和核糖體(tǐ)RNA轉移到相鄰或遠端細胞實現通訊。研究已經發現,間充質幹細胞外(wài)泌體(tǐ)可以通過增加軟骨細胞标志(zhì)物(wù)(如II型膠原蛋白(bái)和聚集蛋白(bái)聚糖),減少炎症标志(zhì)物(wù)(iNOS),保護軟骨細胞免于凋亡,阻斷巨噬細胞被激活。間充質幹細胞外(wài)泌體(tǐ)可以通過刺激軟骨細胞遷移和增殖來減弱骨關節炎


注射間充質幹細胞外(wài)泌體(tǐ)跟注射完整的幹細胞在生(shēng)物(wù)學效應上有許多相似之處,并且相較注射完整間充質幹細胞有顯著優勢,如體(tǐ)積小(xiǎo),免疫原性低,消除了直接細胞注射的程序問題。外(wài)泌體(tǐ)被認爲是一(yī)種強大(dà)的細胞間信使,不僅可以介導病理過程,還可以維持組織内穩态,并在多種治療方法中(zhōng)調節生(shēng)理功能。盡管已有多項研究利用幹細胞來源的外(wài)泌體(tǐ)治療關節損傷和骨關節炎,但目前仍缺乏确鑿證據。作爲一(yī)種無細胞治療骨關節炎和關節損傷的新療法,還需要進行大(dà)量的臨床試驗來證實其有效性。


骨關節炎雖然很常見,但是嚴重影響着人們的生(shēng)活。傳統的治療方法很難在根本上解決病痛,還會造成一(yī)系列副作用,對患者造成重大(dà)傷害。随着間充質幹細胞及幹細胞外(wài)泌體(tǐ)的深入研究,基于間充質幹細胞的新型療法在治療骨關節炎方面逐漸呈現出優勢。

關節腔内注射間充質幹細胞可以降低疼痛,改善功能和顯著增加軟骨體(tǐ)積。當然,這個新型療法還需要大(dà)量的臨床試驗來獲得更高水平的證據以及全面規範和優化治療。


參考資(zī)料


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2.Mianehsaz, Elaheh, et al. "Mesenchymal stem cell-derived exosomes: a new therapeutic approach to osteoarthritis?." Stem cell research & therapy 10.1 (2019): 340.




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