臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞療法如何從實驗室走向臨床應(yīng)用

近年來，間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 因其旁分泌和免疫調(diào)節(jié)特性而受到廣泛關(guān)注。

鑒于間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 的旁分泌、抗炎和免疫調(diào)節(jié)能力，間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 療法在再生醫(yī)學(xué)中具有巨大潛力。研究人員把間充質(zhì)干細(xì)胞作為一種潛在的治療藥物在骨關(guān)節(jié)炎、心肌梗死、移植物抗宿主病 (GVHD)、糖尿病、多發(fā)性硬化癥、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、腎損傷、肌萎縮性側(cè)索硬化、脊髓損傷和其他幾種疾病等多種臨床應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注。

此外，MSCs釋放可溶性因子、細(xì)胞外囊泡 (EVs)，如外泌體和微泡 (MVs)，它們可以共同以旁分泌和自分泌方式起作用，以修復(fù)組織并調(diào)節(jié)組織微環(huán)境。來自胚胎的基質(zhì)細(xì)胞，例如來自內(nèi)細(xì)胞團的基質(zhì)細(xì)胞，被與胚胎破壞相關(guān)的倫理問題所包圍。雖然誘導(dǎo)多能干細(xì)胞規(guī)避了倫理問題，但它們通過轉(zhuǎn)移多能基因引入了腫瘤形成的風(fēng)險。

相比之下，可以從成人（骨髓、外周血、脂肪組織和牙髓）和出生相關(guān)組織（臍帶血、羊膜和羊水）中分離出的MSC具有低至不存在的致瘤潛力，結(jié)合主要組織相容性復(fù)合體II的缺失和共刺激因子CD80、CD86 和CD40的低表達(dá)，允許在廣泛的臨床應(yīng)用中異體施用MSC。 

多年來，臍帶 (UC) 被認(rèn)為是醫(yī)療廢物，在分娩時使用無痛、簡單和安全的方法回收，近年來作為MSCs的潛在來源引起了人們的極大興趣。現(xiàn)有的間充質(zhì)干細(xì)胞分離程序一直導(dǎo)致從臍帶組織中有效收集大量的MSCs。此外，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UC-MSCs）還具有更強的自我更新能力（300次細(xì)胞分裂）和更短的倍增時間（30-36小時）。

臨床試驗表明，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以治愈神經(jīng)、骨骼、心臟和腎臟損傷，并促進(jìn)血管形成；這些發(fā)現(xiàn)已在ClinicalTrials.gov數(shù)據(jù)庫中報告的幾項臨床試驗中得到報告——請參閱表1有關(guān)詳細(xì)信息。與其他來源的MSC相比，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的主要優(yōu)勢在于它們的可用性以及它們的高增殖和可塑性。

什么是臍帶，如何從臍帶當(dāng)中分離出臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞

從UC的各個區(qū)域分離的MSC為BM和脂肪組織 (AD) 衍生的MSC提供了可能的替代方案，因為兩者都涉及侵入性分離程序，并且具有低細(xì)胞恢復(fù)和較短的干性。UC是在懷孕期間連接母親和嬰兒的導(dǎo)管，由細(xì)管結(jié)構(gòu)制成，可防止臍帶本身受壓、彎曲或扭曲。

UC在人類胚胎發(fā)生的第4周和第8周之間發(fā)育，平均長度為55厘米，平均直徑為14.42毫米，平均重量為40克。UC由兩條動脈和一條靜脈組成，包裹在富含蛋白多糖的凝膠狀沃頓氏膠 (WJ) 中，并與羊膜層相連。UC的示意圖顯示在圖1。

細(xì)胞外基質(zhì)富含成纖維細(xì)胞生長因子和、血小板衍生生長因子 (PDGF)、胰島素樣生長因子1 (IGF-1)、表皮生長因子 (EGF) 和轉(zhuǎn)化生長因子 (TGF)。與其他 MSC 組織來源相比，UC 收集期間的集落形成單位成纖維細(xì)胞 (CFU-F) 頻率更高。

通常，從UC分離的MSC分為四個主要部分：沃頓氏膠質(zhì) (WJ)、血管周圍區(qū)域 (PV)、亞羊膜 (SA) 和羊膜 (AM)。

• WJ-MSCs是通過解剖動脈并使用刀或鉗子從UC中提取WJ來分離的。
• PV-MSCs通過循環(huán)收集的血液動脈和酶消化它們來分離，以允許細(xì)胞解離以進(jìn)一步培養(yǎng)。
• SA-MSCs是通過使用剪刀或手術(shù)刀解剖臍帶襯里，然后培養(yǎng)外植體以獲得貼壁細(xì)胞來分離的。
• AM-MSCs是通過解剖UC并將羊膜側(cè)浸入酶溶液中分離出來的，用于細(xì)胞解離和隨后在培養(yǎng)基中的擴增。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療疾病潛力

MSCs已被證明在皮膚、骨骼、軟骨、肝臟和角膜等受損或受傷的組織中發(fā)揮再生功能，因為它們能夠分泌直接誘導(dǎo)組織內(nèi)在祖細(xì)胞、調(diào)節(jié)局部免疫細(xì)胞、抑制細(xì)胞凋亡、防止疤痕的因子形成，并刺激血管生成，如圖所示圖2。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)神經(jīng)再生

Ryu等人證明了WJ-MSCs在促進(jìn)神經(jīng)更新、神經(jīng)保護(hù)和預(yù)防脊髓損傷 (SCI) 部位炎癥方面的旁分泌潛力，有證據(jù)表明它比BM-和AD-MSCs更有效。穆罕默迪等人。已經(jīng)證明在SCI模型中鞘內(nèi)給藥后WJ-MSC具有抗炎特性。WJ-MSCs在治療的脊髓組織中顯示出IL-1b的表達(dá)減少和神經(jīng)生長因子 (NGF) 的表達(dá)增加；這導(dǎo)致以劑量依賴的方式更新脊髓的運動功能和完整性，并且重復(fù)給藥。使用來自WJ-MSCs的條件培養(yǎng)基進(jìn)一步改善了治療效果。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)心肌再生

多項研究證實了臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在治療心肌組織中的治療效果。劉等人。在豬模型中顯示出左心室功能、灌注和再生的改善。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療導(dǎo)致心肌病大鼠心臟組織中TNF-α的表達(dá)減少和Erk1/2激酶的激活，從而防止間質(zhì)纖維化和心功能障礙。此外，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的表觀遺傳修飾已被證明可通過心臟損傷小鼠的Wnt信號增強心肌細(xì)胞分化。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)皮膚再生

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞作為其他MSCs的潛在替代品已被廣泛探索用于皮膚組織的再生。阿諾等人。在皮膚切除小鼠模型中顯示皮膚成纖維細(xì)胞的血管化、再上皮化、存活、增殖和遷移得到改善。此外，據(jù)報道，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞通過支持輻射引起的皮膚損傷大鼠皮脂腺的增殖、血管生成和再生來改善傷口愈合。此外，在絲素蛋白支架中培養(yǎng)WJ-MSCs已顯示出改善的再上皮化和減少纖維化疤痕的形成。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)肝再生

蔡等人證明血清谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶、TGF-β1、谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶和膠原蛋白沉積減少，導(dǎo)致間充質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化因子和HG上調(diào)，從而導(dǎo)致肝纖維化減少。WJ-MSCs在大鼠模型中顯示膿毒癥相關(guān)肝損傷和內(nèi)皮功能障礙顯著減少。有趣的是，WJ-MSCs改善了肝功能并減輕了d-半乳糖胺誘導(dǎo)的急性肝損傷小鼠的肝毒性。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)腎再生

WJ-MSCs給藥揭示了內(nèi)分泌效應(yīng)在治療IR誘導(dǎo)的急性和慢性腎損傷中的作用，通過激活腎小管上皮細(xì)胞中的Akt，從而抑制細(xì)胞凋亡和上調(diào)HGF。胡等。顯示通過在大鼠中通過TGF-β/Smad途徑抑制間充質(zhì)-上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變，在脫細(xì)胞腎支架中施用臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞后腎纖維化減少。總體而言，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞具有更強的增殖能力、更高的免疫抑制作用和低免疫原性等特點，適合大規(guī)模、普遍生產(chǎn)。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)軟骨再生

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞已被證明是一種有吸引力的來源，與所需的支架相結(jié)合，用于軟骨組織的再生。Saulnier等人。有報道稱，在30只患有骨關(guān)節(jié)炎 (OA) 的兔子的膝關(guān)節(jié)中關(guān)節(jié)內(nèi)施用WJ-MSC可調(diào)節(jié)滑膜中的MMP蛋白并防止軟骨剝奪。最近，Cheng等人提出了一種使用WJ-MSC和沖擊波的聯(lián)合療法作為大鼠早期OA的有效治療方法。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)骨再生

幾項研究報告說，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞是BM-MSCs的潛在替代品，用于骨再生。托德斯基等人已報道在骨缺損小鼠皮下植入裝載UC-MSC的支架后血管生成增強。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)肌肉再生

WJ-MSCs及其分泌的XCL1蛋白因其抗細(xì)胞凋亡潛力而被提議作為治療肌病的新方法。王等已證明骨骼肌細(xì)胞增殖激活后肌肉減少癥減少，老年小鼠細(xì)胞凋亡和炎癥受到抑制。

臍帶間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞的臨床應(yīng)用

許多最近的臨床試驗已經(jīng)證明了臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在治療許多疾病中的重要性，如在表1。我們使用在ClinicalTrials.gov上引用“UC-MSCs，臍帶衍生的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞”的研究請求檢索了119項研究，其中完成36個，招募54個，不招募13個，推斷不明63個。簡而言之，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)、抗炎和再生特性是其大部分治療應(yīng)用的原因。這些臨床試驗得出的結(jié)論將在下文討論。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療疾病安全且耐受性良好

智利洛斯安第斯大學(xué)舉辦的一項I/II期隨機對照研究評估了單次/重復(fù)關(guān)節(jié)內(nèi)注射臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝骨關(guān)節(jié)炎患者的安全性和有效性 (NCT02580695)，結(jié)果顯示沒有不良事件在12個月內(nèi)疼痛明顯減輕，軟骨退化、炎癥反應(yīng)和骨硬化減少。

另一項I/II期，一項關(guān)于氣管內(nèi)注射臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞對支氣管肺發(fā)育不良（BPD）高危早產(chǎn)兒的安全性和有效性的開放標(biāo)簽劑量遞增臨床試驗（NCT02381366) 由Medipost America Inc. 進(jìn)行。顯示這些細(xì)胞在12名極低出生體重嬰兒（<28周妊娠和<1,000g出生時5-14天）中表現(xiàn)出良好的耐受性和安全性，需要進(jìn)行更大規(guī)模的隨機對照盲法研究。

當(dāng)通過不同的給藥途徑給藥時，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床上是有效的。由智利洛斯安第斯大學(xué)舉辦的一項針對心臟病患者靜脈輸注臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的隨機臨床試驗 ( NCT01739777 ) 表明，在治療后的第一個90天內(nèi)，細(xì)胞輸注沒有不良反應(yīng)，也沒有產(chǎn)生同種抗體。當(dāng)通過經(jīng)胸超聲心動圖和心臟MRI評估時，接受治療的患者的左心室射血分?jǐn)?shù)也有顯著改善。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以改善疾病

Ankara Universitesi Teknokent進(jìn)行了一項前瞻性、序貫、開放標(biāo)簽的III期臨床研究，該研究涉及眼球腱下施用臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療患者視網(wǎng)膜色素變性 (RP) ( NCT04224207 )。12個月后對患者的隨訪表明，無論基因突變?nèi)绾?，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在第一年內(nèi)可有效治療RP，通過減緩或阻止疾病進(jìn)展而沒有任何不利影響。

在另一項已完成的試驗中，“靜脈輸注臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療克羅恩病”（NCT02445547福州總醫(yī)院進(jìn)行的一項研究表明，即使在接受治療12個月后，克羅恩病活動度、Harvey-Bradshaw指數(shù)、皮質(zhì)類固醇劑量和結(jié)腸鏡檢查也顯示患者粘膜有明顯改善。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可安全地與生物構(gòu)建體一起使用

中國解放軍總醫(yī)院開展了一項名為“臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞s凝膠治療難愈性皮膚潰瘍”(NCT02685722) 的研究，得出的結(jié)論是臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果是由于自噬通過清除受損組織中的晚期糖基化終產(chǎn)物而產(chǎn)生的。

另一項由南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院完成的名為“加載臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的膠原支架治療復(fù)發(fā)性宮腔粘連所致不孕癥的臨床研究”（NCT02313415）由南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院完成，未發(fā)現(xiàn)治療相關(guān)不良反應(yīng)，子宮內(nèi)膜增生導(dǎo)致子宮內(nèi)膜厚度增加、分化、新血管形成和宮內(nèi)粘連評分降低，在30個月的隨訪期結(jié)束時將妊娠率提高到38.4%以上。

總結(jié)：臍帶一度被視作醫(yī)療廢棄物拋棄。但隨著科技的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)知識的普及，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的巨大醫(yī)療價值不斷顯現(xiàn)，無疑為更多患者帶來新的醫(yī)療希望！

參考資料：Chetty S, Yarani R, Swaminathan G, Primavera R, Regmi S, Rai S, Zhong J, Ganguly A, Thakor AS. Umbilical cord mesenchymal stromal cells-from bench to bedside. Front Cell Dev Biol. 2022 Oct 12;10:1006295. doi: 10.3389/fcell.2022.1006295. PMID: 36313578; PMCID: PMC9597686.

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