華西醫院何成奇教授 |干細胞治療骨關節炎 如何改進才能提高療效

骨關節炎是一種常見的致殘性疾病，代表著巨大的健康和社會經濟成本，對個人和醫療保健系統具有顯著的影響。

MSCs作為治療骨關節炎的新型治療方式，從韓國已批準的Cartistem細胞關節藥的銷售來看，一切都正方興未艾。

最近華西醫院康復科主任何成奇教授團隊在Stem Cell Research&Therapy上發文，介紹間充質基質細胞治療在骨關節炎上的再生應用。

何成奇 醫學博士、主任醫師、教授、博導、博士后導師。國務院政府特殊津貼專家、教育部高等學校醫學技術教指委委員。1997年獲福建中醫學院醫學碩士學位；1999年美國Loma Linda大學訪問學者；2003年獲四川大學外科學（骨科）臨床醫學博士學位。先后擔任四川大學華西醫院康復醫學中心主任、書記，康復醫學四川省重點實驗室主任，四川大學-香港理工大學災后重建與管理學院副院長，華西醫院康復醫學研究所所長。領導的學科為國家臨床重點專科、2020復旦大學醫院研究所專科聲譽排名全國第二、綜合排名全國第三，領導的四川大學康復治療學專業入選首批國家級一流專業并在2021軟科中國大學專業排名中評級A+，總分位列全國第一。

對于MSCs的研究和應用，目前還沒有一個通用的細胞選擇和制備標準，間充質干細胞移植治療膝關節骨性關節炎的機制也不清楚。何成奇教授團隊綜述了MSCs治療骨關節炎的臨床和基礎進展，提出了如何改進方可提高干細胞治療的療效，我們精選其中關鍵要點進行分享。

如何進行細胞選擇

通常細胞來源是間充質基質細胞療法成功結果的重要考慮因素，目前臨床應用常見來源包括骨髓、脂肪、臍帶、胎盤和滑膜。

根據以往研究的數量，骨髓排第一，脂肪來源排第二。不同來源細胞的臨床療效還缺乏比較研究。

不僅僅細胞有異質性，細胞外泌體也具備異質性。不同的MSC-Exos具有異質性，甚至從來自同一細胞的exosomes和非囊泡中提取的細胞外RNA也具有異質性。

圖一?基于MSC治療的流程圖。首先，選擇合適的間充質干細胞來源，然后分離出間充質干細胞，并對其進行鑒定，注射MSCs或MSCs衍生的外泌體

如何進行細胞培養

MSCs是梭形和貼壁細胞，能夠增殖、自我更新和分化為多譜系細胞。MSCs的特征之一是粘附在組織培養塑料上，并在低密度鋪板時產生集落。

在體外和體內都報道了MSCs具備軟骨分化、成骨分化和成脂分化的能力。

軟骨分化很大程度上取決于培養條件，體外模型闡明了能夠促進軟骨形成的介質，如轉化生長因子-β(TGF-β)。

新的培養技術讓MSCs具備更好的成軟骨分化性。三維培養系統促進了細胞與ECM的更大接觸和相互作用，允許細胞適應其天然形態，在微團培養技術中，誘導的軟骨更類似于透明軟骨。此外，富含血小板的血漿(PRP)、間充質干細胞和軟骨細胞共培養將有利于軟骨形成，而不會引起肥大病理反應，用MSC-Exos培養的軟骨細胞促進了增殖和軟骨形成。

?干細胞如何保護軟骨?

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MSCs可以通過分化為軟骨細胞、影響軟骨細胞、介導線粒體功能、調節細胞因子、平衡合成和分解代謝來保護軟骨。

圖2?注射間充質干細胞或間充質干細胞衍生的外來體的作用

???臨床試驗匯總???

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基于間質干細胞療法的首次注射是在2008年，至今總共有23項基于MSC的膝關節炎臨床治療。

其中13項設計為隨機對照研究。

骨髓是最常用的間充?質干細胞來源(13/23研究；57%)，在7項試驗中使用了脂肪干細胞(30%)，2項試驗中使用了臍帶(9%)，1項研究使用了來自胎盤的間充質干細胞(4%)。

間充質干細胞治療膝骨關節炎軟骨再生的臨床試驗匯總表

??????細胞怎么用更好?

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單次注射劑量范圍從1.56 × 10^4到1 × 10^{^8。}

最廣泛被證明的有效劑量是5 × 10^7細胞。

多次注射或高劑量比單次注射或低劑量更有優勢。

Matas等人闡明了重復臍帶來源的間充質干細胞(2 × 10^7細胞，每半年一次)治療顯示，對于患有KOA的個體，在1年的隨訪中，與僅接受一次注射相比，在疼痛和功能方面有更好的改善。

莫拉-埃斯皮諾薩等人報道了1 × 10^8的高劑量BM-MSCs與透明質酸一起導致更大的臨床和功能改善.

Chahal等人發現，在高劑量的參與者中，軟骨分解代謝生物標志物和MRI滑膜炎較低且效果維持到2年隨訪期。

?對結構、疼痛、活動和生活質量有什么影響?

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關節內注射MSCs改善了膝關節的結構、疼痛和功能，使其成為一種有前途的治療KOA的新方法。

一些好處可能會持續幾年，甚至在幾個月后更加明顯，諸如爬樓梯和行走等活動。

奧羅茲科等人證實，在嚴重的膝關節骨性關節炎中，軟骨缺損面積平均減少了27%。同樣的Vega等人和Dilogo等人報道了軟骨質量的改善。

雖然Lee等人認為在6個月時，MSCs組的軟骨沒有改善，而對照組的缺損增加了。放射學、關節鏡和組織學測量一致表明，透明樣關節軟骨的再生減少了退化。

對于疼痛和功能，Soler等人從第8天開始顯示相關的疼痛緩解，并在一年后保持。

Khalifeh等人闡明了在2周到24周的隨訪中，注射MSCs后膝關節活動范圍的改善是顯著的。無痛行走時間有所改善，雖然膝蓋狀況也在退化，但在5年時仍比基線時好，促炎單核細胞/巨噬細胞和IL-10/12水平在注射MSCs后滑液中減少。與正在進行的傳統保守治療相比，AT-MSCs在一年后表現出顯著的臨床疼痛和功能改善。

在西安大略大學和麥克馬斯特大學接受間充質干細胞治療的患者的骨關節炎指數(WOMAC)總分、WOMAC疼痛和身體功能方面的改善比生理鹽水更大，接受間充質干細胞治療的患者在疼痛、功能、日常生活活動、運動和娛樂活動子量表方面比PRP有更大的改善，但不如兩種治療的組合。

未來的方向在哪里？

間充質干細胞和干細胞外泌體作為治療骨關節炎的新方法，顯示出獨特的優勢。

不同來源的間充質干細胞因為表型表現出不同的特征，所以也有不同的臨床表現。

MSCs和衍生的外泌體在骨關節炎的治療中展現了多種功能，包括增加軟骨生成、軟骨細胞增殖、減少凋亡、維持自噬、調節ECM的合成和分解代謝、調節免疫反應、抑制炎癥、監測線粒體功能障礙和旁分泌效應。這些功能部分通過幾個生物學途徑來證明，如NF-κB、MAPK、ROS和mTOR途徑。

作者認為未來MSCs治療關節炎有三個方向：?

第一，需要制定一個標準，包括細胞選擇、鑒定(表型分析和多能分化潛能，特別是與祖細胞區分)、培養或擴增方法、劑量和注射后的康復計劃。

第二，間充質干細胞外泌體具有臨床應用的潛力，特別是其包含的特定非編碼RNA可能對治療效果有本質的影響。但未來臨床試驗中應該對Exos中的LncRNAs、circRNAs以及Exos的安全性和劑量進行大量研究。

第三，以往的研究主要集中在物理環境對間充質干細胞的影響，但其機制尚不清楚。此外，沒有研究報告了物理條件下MSCs-Exos、RNA或DNA序列的變化，這可能是一個意想不到的方向。在研究間充質干細胞治療中的生物材料或復雜的間充質干細胞三維雜交組織時，納入電磁場的參與，應該是一個有趣的方向。

（本文由“細胞PLUS”整理，轉載請注明）