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《CELL》丨如何从75000份间充质干细胞出版物中找到真实的临床意义?

时间: 2022-07-09

转载自:微信公众号 科普干细胞,原题:《CELL》丨如何从75000份间充质干细胞出版物中找到真实的临床意义?
微信公众号 科普干细胞
迄今为止,总共有75000多种关于MSCs的出版物发表。这些文献中有许多证明了MSC在各种临床前和体外模型中的治疗效果。
  FDA目前列出了超过1400个介入性临床试验,其中超过350个早期试验(1期或2期)已经完成,超过80个已经进入3期。

自从Friedenstein等人在20世纪70年代首次描述它们以来,研究人员已经开始集体研究间充质基质细胞(MSC)的功能和治疗潜力。特别是20世纪90年代末发现MSC具有干细胞特性,引发了MSCs相关出版物数量的急剧上升。

Pubmed.gov(2022年2月18日访问)在2000年的时候关于MSC只有167个出版物,这个数字在2021年上升到8000多个。

目前,每天都有20多种出版物面世。

在这么多的出版物和临床试验中,不可避免的是,有相互矛盾的结果,有关于MSC的作用机制和治疗效果的各种假说。问题在于研究人员如何从如此大量的数据中找到真实的临床意义。

01

间充质干细胞的治疗作用

MSC结合了再生和免疫调节特性,因此代表了对高度多样化的变性疾病和免疫疾病有吸引力的治疗选择。

MSC可以从可再生的或废弃的不同组织中获得,包括骨髓、脂肪组织、新生儿组织(脐带、胎盘、羊水、羊膜)。MSC具有多向分化潜能和分化成脂肪细胞、软骨细胞或骨细胞能力。为间充质干细胞作为骨或软骨修复的治疗选择和改善血液恶性肿瘤患者骨髓移植的初步研究奠定了基础。

人们还担心基础疾病可能会影响间质干细胞的表现。如系统性红斑狼疮(SLE)研究报告称,与健康供体相比,SLE患者MSC体外生长迟缓,某些细胞因子分泌减少,这些发现可能仅限于特定的疾病环境。来自系统性硬化症患者的骨髓间充质干细胞表现出与健康患者相同的特性,来自终末期肾病患者和健康个体的自体MSC的比较揭示了表型和功能的相似性,这表明它们可能同样适合于MSC治疗。

而异体间充质干细胞提供了一种方便的“现成”解决方案,有越来越多的不同来源的不同供体可供选择,并且总是有足够的细胞数量。与受体免疫系统的相互作用是一个关于抉择使用同种异体或自体MSC的热点讨论话题,因为有动物研究报道了重复同种异体注射的抗供体免疫反应,以及间充质干细胞分化后从所谓的“免疫优先”到免疫原性状态的转变研究。

直接比较同种异体和自体间充质干细胞应用的临床试验很少,也没有定论。POSEIDON试验比较了不同类型心肌病患者的同种异体与自体骨髓间充质干细胞,证明了两种细胞类型都具有良好的安全性,但没有发现一种细胞类型具有明显的优势。

在1型糖尿病患者中,同种异体和自体骨髓间充质干细胞与造血干细胞(HSC)联合应用,自体骨髓间充质干细胞和HSC联合应用比同种异体移植组能更好地长期控制高血糖症。

因此,这两种应用都有各自的风险和局限性,但也有各自的优势。

这些年来,我们对间充质干细胞功能特征的了解拓宽了可能的治疗应用范围。因此,使用MSC替代受损细胞的最初想法,由于发现了它们分泌细胞因子和生长因子的能力而得以扩充 ,所述细胞因子和生长因子刺激天然组织修复途径并调节受体的免疫反应。

因此,针对几乎所有适应症都有应用MSC的可能:如再生医学中肌肉骨骼和神经系统的软骨或组织修复;器官移植与移植物抗宿主病的预防;缺血性损伤;糖尿病;自身免疫性疾病和慢性炎性疾病如多发性硬化;炎症性肠病和慢性阻塞性肺疾病;甚至精神疾病,如自闭症等。

上述领域的临床前研究主要报告了积极的结果。临床前MSC疗法能够证明对各种疾病的安全性和有效性,如结肠炎,伤口愈合、心血管疾病,关节炎,以及器官移植等等。

在人类临床试验中已有大量MSC疗法。包括在肾脏中进行的I/II期临床试验,肝脏,肺和肠道疾病中证实了安全性和可行性,但高级别临床试验的结果未达到研究界对MSC治疗疗效的预期。

需要明白的是,从1995年Lazarus进行的MSC作为人类细胞治疗的第一次试验到第一个显示出统计学显著疗效的临床III期试验间隔了20多年。其中,Alofisel对克罗恩病患者难治性复杂肛周瘘的临床缓解长达104周,remestemcel-1治疗显示对急性GvHD类固醇治疗无效的儿科患者的有效率有所提高。

很明显,III期试验非常耗时耗钱,企业的参与对这种大规模的努力是必不可少的。目前,还没有支持鼓励MSC疗法的强大市场,至少与小分子疗法的发展相比没有,这种资本上的改变对于未来的MSC疗法至关重要。

综合来看,对临床前动物研究和人类临床试验之间关于MSC治疗效果的差异的可能解释是多种多样的,并且可以通过缺乏免疫相容性、可变的剂量和时间方案以及培养的MSC的整体适应性来最好地概括。例如,研究表明,在接受肾移植的患者中,用于免疫调节的MSC输注的时机特别重要。移植前MSC输注相对于移植后第7天的MSC输注提供了安全优势,因为当在肾移植后第7天施用MSC时,观察到了移植物功能受损,而在移植前施用时则没有。此外,我们对间充质干细胞所处的炎症微环境仍知之甚少,体外研究表明,周围微环境的表面结构导致细胞分泌组的改变,进而可能会损害MSC疗法的疗效。

未来研究的主要挑战将是通过解决以上问题,以及建立标准化方案来缩小动物模型的功效和人类临床试验结果之间的差距。

02

MSC疗法的标准化

在过去的十年中,MSC产品、治疗适应症和给药方法发生了巨大的变化。这导致MSC生产协议缺乏标准化,以及对细胞培养过程中差异的认知。

事实上,对间充质干细胞供体和组织异质性的研究是一个高度讨论的研究领域,具有最矛盾的结果。许多研究表明,来自不同组织的间充质干细胞在生长动力学、分化能力、免疫表型、蛋白质组、分泌组和免疫调节能力方面存在差异。

然而,据推测,分离效率、频率和扩增等方面更有可能影响MSC的临床应用,对来自同一供体的骨髓间充质干细胞和脂肪组织来源的间充质干细胞的比较分析也表明,两种类型的间充质干细胞具有相似的免疫调节能力,在抑制不同白细胞亚群的能力上仅有微小差异。此外,也有关于同一组织来源的间充质干细胞供体间差异的报道,表明供体年龄或健康状况可能影响间充质干细胞的功能或可用性。在相同年龄的健康供体中也发现了不同的增殖速率和分化能力。最近的研究表明,体外培养的间充质干细胞的老化和扩增,而非体内供体的老化,改变了间充质干细胞的特性,并诱导了可能影响其治疗结果的表观遗传变化。广泛传代的人MSC经历形态、表型和遗传变化,也发现这些变化受用于扩增细胞的培养基组成的调节。此外,新鲜和长期培养的MSC在全基因表达谱(尤其是细胞表面标记)之间存在差异。

许多研究不仅难以重现,而且难以评估其可比性和在该领域内的影响,这也可能是因为在单个研究项目中很少调查异质性,并且这些研究中使用的独特细胞群可能没有完全确定。此外,与适用于传统药物的监管指南相比,MSC疗法在质量保证和质量控制方面的监管要求是过时的。对于诸如MSC的细胞治疗产品,效力分析可能比表型细节更能提供信息。面临的挑战将是制定考虑安全性和有效性的指南,并在所需的质量控制和经济及治疗效果之间找到一个折中方案。

03

间充质干细胞作用机制

成千上万的出版物关注MSC的作用机制。这些年来,据信MSC发挥其治疗作用的模式已经发生了相当大的变化。

最初,人们认为MSC会在给药后移植,并从其在组织中的移植位点显示长期效应。对MSC的生物分布和寿命的深入研究表明,由于其尺寸,MSC在通过狭窄的毛细血管网络时存在问题,并且它们具有短的血管内存活时间。

这些结果导致了目前流行的假说,即MSC的治疗作用是通过其分泌组介导的。MSC分泌组富含细胞因子、趋化因子和生长因子,微环境条件可以改变这些因子的丰度。对各种体外和体内疾病模型的大量研究表明,MSC通过其旁分泌功能介导血管生成过程,并且广泛的分泌因子在免疫和损伤模型中介导MSC的免疫调节和器官再生作用。

目前,pubmed上列出了近8000篇研究或综述MSC免疫调节作用的出版物,尽管细胞和分子机制尚未完全阐明,但某些途径已被反复指明发挥作用。MSCs通过多种类型免疫细胞上的直接细胞-细胞接触和可溶性因子的组合发挥作用,包括树突细胞(DC)、单核细胞/巨噬细胞、B/调节性B细胞(Breg)、T/调节性T细胞(Treg)、Th1/Th2和Th17辅助细胞、自然杀伤(NK)/自然杀伤T (NKT)细胞、先天淋巴细胞(ILC)、髓源性抑制细胞(MDSC)、中性粒细胞和肥大细胞。

根据环境或疾病的不同,MSC应用所观察到的效果或者促进或者抑制免疫反应。此外,许多研究表明,MSC的生存能力不是其免疫调节作用的先决条件,并且MSC的一些免疫调节作用可由凋亡、代谢失活或片段化的MSC介导。

MSC分泌组的一个重要组成部分是细胞外小泡(EV)。在过去的十年中,对MSC衍生的EV的研究数量急剧上升,今天,已有超过3500份出版物。MSC衍生EV含有细胞外基质蛋白和细胞粘附蛋白和300多种微小核糖核酸,通过它们可以诱导免疫调节和再生过程。例如,MSC衍生的细胞外小泡已被证明在急性肾损伤中介导再生过程和缺血诱导的肝损伤。它们通过毛细血管网的能力和它们的非复制性质,以及因此而具有的优异的安全性,已经引起了对不同领域的细胞外囊泡的生物学和治疗作用的研究的极大兴趣。

虽然分泌组假说肯定可以解释MSC在某些模型中的作用,但问题是在MSC短暂存在于大量体液中时,静脉输注后MSC的有效作用是否与相应量的可溶性因子和细胞外小泡的分泌相一致。一种解释可能是MSC指示宿主细胞改变它们的行为,进而调节生物过程。已经证明MSC在输注后被诱导经历凋亡,并随后被吞噬细胞吞噬,这些吞噬细胞随后调整它们的表型和功能,甚至在MSC消失后也调节生物学过程。

上述研究表明,对MSC作用机制的认识多年来已经发生了变化。新的、更好的假说的发展将有助于基于MSC的疗法的发展。

04

MSC研究最终会走向何方?

不断扩大的MSC数据库充满了对MSC的生物学和治疗作用的有用研究,但也有矛盾的研究和一次性报告。

关于MSC的出版物跨越了不同时代医学领域的各个角落。MSC出版物的丰富性使得筛选出与特定适应症的治疗发展相关的发现变得复杂。虽然出版物的数量仍在急剧增加,但能够证明疗效的临床研究却很有限。

问题是,这一波出版物是否暗示着MSC治疗时代的到来,或者它们是否仅仅反映了研究活动,而不一定预示着临床突破。在接下来的几年里,可能会有更多的出版物出现,其中一些将有助于确定间充质干细胞在特定条件下是否具有治疗效果。当这个问题解决后,该领域可能会集中在一些有希望的选择上,然后可能是一个受欢迎的出版物数量下降。

05

结论

MSC研究上拥有75000份出版物,这意味着有大量的数据是不可能被完整阅读的,即使对于一个大型的研究人员集体来说也是如此。

特别是对于该领域的新研究人员来说,大量的出版物是熟悉所有已发表数据的障碍,除了所有这些出版物,他们可能会错过大量未发表的负面研究,这些研究有助于形成对MSC治疗可能性和不可行性的平衡观点。

除了使用影响因子作为已发表研究的质量指标之外,重现性指标将有助于筛选出足够可靠的数据,用作设计合理的MSC临床研究的基础。这可能有助于选择间充质干细胞可能具有治疗益处的适应症,并重新考虑测试间充质干细胞的适应症,因为这些证据并不存在。

对成功的研究进行有重点的随访,放弃不可重复和阴性的研究,可能会推动该领域的发展。

75000份MSC出版物的“感觉”是我们拥有所有这些问题的信息。我们只需要为特定的临床目的筛选出有用的信息。

来源:细胞plus
参考文献:
Mönch D, Reinders MEJ, Dahlke MH, Hoogduijn MJ. How to Make Sense out of 75,000 Mesenchymal Stromal Cell Publications? Cells. 2022 Apr 22;11(9):1419. doi: 10.3390/cells11091419. PMID: 35563725; PMCID: PMC9101744.

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