臨床級(jí)間充質(zhì)干細(xì)胞開發(fā)的技術(shù)壁壘：給藥方式

間充質(zhì)干細(xì)胞的掃描電鏡圖? ? Steve Gschmeissner/SPL

臨床試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，必須確保進(jìn)入臨床的每一劑細(xì)胞制品都能達(dá)到最佳效果。有時(shí)候并不是干細(xì)胞治療無(wú)效，有可能是給藥方式的選擇出現(xiàn)了問(wèn)題。本期，我們將針對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的給藥方式展開論述。

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正如活細(xì)胞的效力需要體外評(píng)估一樣，間充質(zhì)干細(xì)胞的給藥方式同樣也會(huì)影響其進(jìn)入體內(nèi)后的行為（包括藥代動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)特性）。

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具體來(lái)講，注射點(diǎn)部位、注射器、載體材料和緩沖液等因素都會(huì)影響細(xì)胞的給藥效果。不同的注射部位可能導(dǎo)致細(xì)胞注射液回流的變化，注射器（針頭的大小/形狀）可能導(dǎo)致細(xì)胞注射液剪切速率和剪切應(yīng)力的變化，而這些變化都會(huì)影響射細(xì)胞的活力。

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干細(xì)胞目前常見的給藥方式是循環(huán)系統(tǒng)給藥（靜脈注射，動(dòng)脈注射），局部注射。局部給藥比較復(fù)雜，包括鞘內(nèi)注射（常見于神經(jīng)系統(tǒng)病變），局部注射（關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射，椎間盤，心肌注射，肌內(nèi)注射，氣管注射）；結(jié)合生物材料或基質(zhì)（燒傷燙傷，膝關(guān)節(jié)炎，子宮內(nèi)膜損傷，椎間盤等等）。

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在干細(xì)胞臨床中，無(wú)論是局部給藥，還是循環(huán)系統(tǒng)給藥，都面臨著各種臨床挑戰(zhàn)。

局部給藥并不適合所有的適應(yīng)癥，因?yàn)榫植拷o藥可能造成新的創(chuàng)傷或嚴(yán)重并發(fā)癥。這時(shí)候，臨床治療會(huì)考慮選擇循環(huán)系統(tǒng)給藥。循環(huán)系統(tǒng)給藥分為靜脈給藥和動(dòng)脈給藥。靜脈輸注由于操作簡(jiǎn)便、侵襲性小、可重復(fù)性強(qiáng)，所以臨床治療中較為常見。但比起局部給藥，使用循環(huán)系統(tǒng)給藥的間充質(zhì)干細(xì)胞，由于靶點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，歸巢性往往不足，從而影響治療效果。

采用循環(huán)系統(tǒng)給藥方輸注間充質(zhì)干細(xì)胞，有兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：立即經(jīng)血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)（IBMIR）及細(xì)胞留存時(shí)間不足。

▉? 血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)

至少在一定程度上,?大量細(xì)胞輸注產(chǎn)生的微血栓、即時(shí)血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)（instantblood-mediated inflammatory reaction，IBMIR）等不良反應(yīng)的出現(xiàn)與輸注間充質(zhì)干細(xì)胞的特性、數(shù)量以及病人的個(gè)體情況有關(guān)。間充質(zhì)干細(xì)胞表面上的促凝劑（如組織因子）的濃度升高，是IBMIR發(fā)生的誘因，會(huì)影響細(xì)胞定植，存活時(shí)間和治療功效。一個(gè)案例中，兩名患有腎移植和慢性腎病的患者，經(jīng)靜脈內(nèi)注射UC-MSCs觸發(fā)了血栓形成，這個(gè)要值得注意。

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另外，組織來(lái)源不同、供體來(lái)源不同和倍增次數(shù)不同的間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品，對(duì)組織因子（TF）的表達(dá)和IBMIR嚴(yán)重程度有很大影響。除引發(fā)凝血外，間充質(zhì)干細(xì)胞與人血清接觸后的IBMIR已被證明可以激活所有三種經(jīng)典途徑，替代途徑和凝集素途徑的補(bǔ)體。因此，采用循環(huán)系統(tǒng)給藥，間充質(zhì)干細(xì)胞治療的臨床安全性取決于IBMIR的最佳控制。

▉? 駐留和歸巢時(shí)間不足

采用循環(huán)系統(tǒng)給藥時(shí)，關(guān)鍵因素是保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，需要克服從輸注點(diǎn)到病灶路上的“九九八十一難”，方能將間充質(zhì)干細(xì)胞遞送到受損組織。然而，眾所周知的是，通過(guò)靜脈輸注的間充質(zhì)干細(xì)胞大部分都會(huì)快速集中（24小時(shí)內(nèi)）到肺毛細(xì)血管，而后被單核-巨噬細(xì)胞吞噬，造成間充質(zhì)干細(xì)胞的體內(nèi)循環(huán)及歸巢時(shí)間嚴(yán)重不足，同樣影響著臨床療效。

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經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)給藥的間充質(zhì)干細(xì)胞常常無(wú)法到達(dá)目標(biāo)組織，從而使其不足以將治療細(xì)胞輸送到患病部位。

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–02–

圖1. 如何提高間充質(zhì)干細(xì)胞給藥方式的效率

▉? 體外預(yù)處理

▉?生物材料封裝

▉? 延長(zhǎng)體內(nèi)留存時(shí)間

微囊化是將間充質(zhì)干細(xì)胞封裝在直徑30-50μm的微粒水凝膠內(nèi)，既不干擾間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌作用，又可顯著增加其在體內(nèi)的留存時(shí)間。有趣的是，微凝膠內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量可能是控制間充質(zhì)干細(xì)胞留存時(shí)間的重要因素。

微凝膠

研究表明，多細(xì)胞微凝膠的半衰期大于50小時(shí)，單細(xì)胞微凝膠半衰期約20小時(shí)，未經(jīng)修飾的間充質(zhì)干細(xì)胞半衰期則小于2小時(shí)。單細(xì)胞微凝膠的優(yōu)勢(shì)是能減少纖維化囊形成，增加表面積體積比，有利于間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮旁分泌作用。而多細(xì)胞微凝膠的優(yōu)勢(shì)是膠原蛋白I水平更高，氧張力更低，更能延長(zhǎng)間充質(zhì)干細(xì)胞留存時(shí)間。

▉? 改善歸巢能力

上調(diào)間充質(zhì)干細(xì)胞配體的生物工程技術(shù)，可強(qiáng)化間充質(zhì)干細(xì)胞與炎癥部位內(nèi)皮細(xì)胞或趨化因子之間的相互作用，從而改善間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢。例如在大鼠腦缺血模型中發(fā)現(xiàn)，用丙戊酸和鋰可以誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞的CXCR4和MMP-9上調(diào)，增加間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢，改善功能恢復(fù)并縮小腦梗塞體積。

▉? 磁場(chǎng)靶向

通過(guò)磁靶向技術(shù)可將經(jīng)磁性標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞引導(dǎo)到靶組織，大大提高間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢的數(shù)量。氧化鐵標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞在大鼠模型中靜脈輸注后，顯示出在視網(wǎng)膜歸巢率增加了10倍，與非磁性間充質(zhì)干細(xì)胞相比，注射后1周，磁性間充質(zhì)干細(xì)胞更好地穿透了內(nèi)部和外部視網(wǎng)膜。

磁靶向

整體而言，改善細(xì)胞留存時(shí)間和歸巢能力的給藥方式，目前大多處于臨床前研究階段，少部分進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。這些策略可以解決間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞留存時(shí)間和歸巢到病灶部位的挑戰(zhàn)，有助于改善各種疾病的臨床結(jié)果。

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本期內(nèi)容，我們簡(jiǎn)單介紹了間充質(zhì)干細(xì)胞治療的給藥方式。目前常見的給藥方式是循環(huán)系統(tǒng)給藥和局部注射。循環(huán)系統(tǒng)給藥方式，細(xì)胞常常無(wú)法到達(dá)目標(biāo)組織，從而使其不足以將治療細(xì)胞輸送到患病部位。局部給藥方式，細(xì)胞可以快速定位在病灶，相對(duì)效果更好，但缺點(diǎn)是容易造成新的創(chuàng)傷或并發(fā)癥。不同的適應(yīng)癥，選擇合適的給藥方式尤為重要。

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如果細(xì)胞產(chǎn)品的效力得到了保證，給藥方的選擇式也合適，那么是否就能一定保證間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床效果呢？顯然不行！事實(shí)上，患者的選擇也是一個(gè)重要的考慮因素。患者的細(xì)胞毒性反應(yīng)、炎癥狀態(tài)和病灶微環(huán)境的變化，是用藥后間充質(zhì)干細(xì)胞臨床療效的重要因素。