人類間充質干細胞 (hMSC) 是多能干細胞，能夠自我更新并在體外分化為不同種類的組織。體內 hMSC 是調節免疫系統和誘導內在干細胞修復受損組織的營養因子的來源。目前，有多項臨床試驗 (CT) 在大量臨床環境中使用 hMSC 進行治療。

到2020年7月，在全球臨床注冊網站clinicaltrials.gov上，共有hMSC注冊臨床試驗項目 1138個。其中屬于臨床2期的占61.0%，臨床1期的占30.8%；這些項目中的大多數專注于創傷學、神經學、心臟病學和免疫學領域。所有這些項目都有積極的結果，沒有嚴重的不良反應。

hMSCs 的臨床應用具有廣泛的潛力，沒有報告嚴重的不良事件。大量的試驗正在進行中，他們未來的結果將有助于探索這些有前途的干細胞治療潛力。

人類間充質干細胞

人類間充質干細胞 (hMSC) 是培養的多能干細胞，能夠自我更新并在適當的刺激下在體外分化成各種組織。在過去十年中，越來越多的證據表明 MSC 起源于表達細胞標志物（CD10、CD13、CD44、CD73、CD90、CD105 和 CD146）的血管周圍細胞。它們提供由它們分泌的免疫調節和營養生物活性因子提供的再生微環境。因此，當 MSC 與受損組織相關時，它們不會分化，而是指導負責受損組織再生的組織特異性祖細胞。

來自自體或同種異體來源的外源 hMSC 可提供藥用和再生醫療，因此，有人提出 MSC 應該是藥用信號傳導細胞。由于其免疫調節功能，自體和同種異體細胞都可以在宿主內自由發揮作用。hMSCs 通過抑制腫瘤壞死因子-α (TNF-α) 和干擾素-γ (IFN-γ) 的產生并增加白細胞介素 10 (IL-10) 來促進淋巴細胞 T 輔助 2 (Th2) 反應。此外，它們會改變抗原呈遞的成熟并抑制 T 細胞識別和擴增。除了它們的再生特性外，hMSCs 還顯示出高度的免疫調節潛力。這些研究結果開啟了 hMSC 作為免疫疾病療法的潛在用途。盡管這些治療已顯示出有希望的結果，但個體對治療的反應仍然是異質的，所需的細胞數量非常高。

臨床環境中使用的 hMSC 來源有很多。它們分為兩種來源：成人 MSC，包括骨髓、脂肪組織、外周血和牙髓，以及從胎盤、羊膜和臍帶獲得的新生兒組織來源的 MSC。骨髓間充質干細胞在臨床試驗 (CT) 中應用最廣泛，但來自出生相關組織（如臍帶等）的間充質干細胞可能具有顯著的生物學特性，例如高增殖能力、壽命和分化潛能。異體來源MSC，正在臨床試驗上深入研究 hMSCs 的再生能力和免疫調節活性，尤其是對宿主與移植反應的反應。

然而，根據來源，這些細胞具有免疫表型差異，導致它們的反應存在一些差異。成人 MSC 存在的相似之處是 CD44、CD90、CD105 (SH2) 和 CD166 的陽性表達，以及 CD14、CD34 和 CD45 的陰性表達。牙髓 MSC 的獨特性是體外分化為神經元的優勢。出生相關的 MSCs 具有更原始的表面表達標記譜。羊膜間充質干細胞和臍帶間充質干細胞在體外沒有能力實現成脂分化，胎盤來源的間充質干細胞和臍帶間充質干細胞表達造血生長因子基因，使它們能夠支持造血干細胞的擴增。

鑒于 MSCs 具有體外分化潛能和體內分泌營養生物活性因子，許多臨床前動物研究報告稱，MSCs 能夠促進膝骨關節炎動物模型中的軟骨和軟骨下骨修復。此外，已經針對缺血性中風進行了臨床前動物研究，其中 MSCs 持續改善了多個結果參數。類似的臨床前動物研究也被報道用于風濕病、心血管疾病、呼吸系統疾病和代謝疾病。鑒于 MSCs 的多功能性，它們似乎在人體組織損傷模型的大量臨床相關環境中提供治療劑。

到 2020 年 7 月，clinicaltrials.gov 上有超過 1,138 項注冊的 MSC 臨床試驗使用 MSC 作為治療劑，比 2012 年列出的 220 項顯著增加,說明MSC其治療應用的日益增長和廣泛的潛力，這些應用可以幫助重建受損組織并可能挽救許多生命。

MSC 治療應用

MSC 治療應用是一個相對較新的領域，但已顯示出在大量醫療領域解決各種嚴重健康問題的巨大潛力（表 1）。可能需要更多的研究來充分利用它們的治療潛力，但可以安全地預測，在探索使用 MSC 對再生和免疫調節治療的治療結果的效用方面正在取得實質性進展。

表1. 在clinicaltrial.gov注冊的臨床試驗按醫學領域分布

MSC臨床研究進展

到 2020 年 7 月，全球有 1,138 名注冊臨床試驗使用 MSC 來研究其治療潛力。自 1995 年首次報告以來，clinicaltrials.gov 上注冊的臨床試驗數量顯著增加。1995-2005 年間啟動了 19 個，2006-2010 年間啟動了 159 個，2011-2015 年間啟動了 420 個，2016 年間增加了 490 個–2020 和 27 現已注冊并將在未來幾個月內開始（圖 2）。

圖 2. 根據自第一次臨床試驗開始以來每年注冊的演變，對 MSC 進行的注冊臨床試驗統計數據。

根據納入和排除標準，總共移除了 235 個臨床試驗：31 個處于早期 1 階段，130 個處于不適用階段，74 個沒有可用階段。盡管如此，根據納入和排除標準，對 903 人進行了分析。其余的臨床試驗中，4期6個，3期68個，2期551個，1期278個（圖 3）。

MSC臨床試驗地理分布

目前選定的 903 個臨床試驗分布在全球 51 個國家/地區。中國和美國分別以 228 個和 186 個臨床試驗引領這項研究。緊隨其后的是西班牙 69 次、韓國 62 次、伊朗 44 次、巴西 21 次、法國 20 次、約旦 20 次和印度 19 次。

其中許多臨床試驗在不同國家設有多個地點，強調了國際合作在科學研究中的重要性。在第一階段的 278 個臨床試驗中：83 個在美國，60 個在中國，25 個在伊朗，20 個在韓國，9 個在臺灣，9 個在西班牙，8 個在約旦，6 個在巴西，4 個在埃及和4 在日本。在第二階段的 551 個臨床試驗中：154 個在中國，88 個在美國，59 個在西班牙，32 個在韓國，16 個在法國，15 個在伊朗，13 個在印度，12 個在約旦，12 個在巴西，以及10 在白俄羅斯。在第三階段的 68 個臨床試驗中：13 個在中國，13 個在美國，10 個在韓國，4 個在埃及，5 個在伊朗，3 個在波蘭，3 個在巴西，2 個在法國，2 個在土耳其，以及2 在俄羅斯。最后，在第 4 階段的 6 個臨床試驗中：2 個位于美國，1 個位于埃及，1 個位于中國，1 個位于意大利，1 個位于印度。

在注冊MSC臨床試驗數量最多的美國和中國之后，與其他進行臨床試驗的國家相比，它們已經處于第 2 階段的臨床試驗比例更高：白俄羅斯 10（全部）、西班牙 59（85.51%）、法國 20（80 %) 和印度 19 (68.42%)，而中國正在進行 154 (67.54%) 和美國 88 (47.31%)。有趣的是，在已經進入第 3 階段的臨床試驗中，韓國以 10 個（16.13%）領先，而中國和美國各有 13 個（分別為 6.7% 和 5.7%）。此外，有趣的是，擁有少于 5 個臨床試驗的國家已經將至少一個 CT 推進到第 3 階段：墨西哥、厄瓜多爾、黎巴嫩、奧地利和哈薩克斯坦。

大多數MSC臨床試驗都有關于在其協議中使用的 MSC 的制造程序的詳細信息。他們中的大多數人從脊髓、胎盤或脂肪組織中獲得細胞。從天然來源中回收細胞后，他們經歷了各種純化和擴增步驟，以供患者使用。通常，這些程序包括分離、擴增（可選）、收獲和冷凍保存。所有這些方法都是在經過認證的制備實驗室按照良好生產規范 (GMP) 進行的。此外，通過流式細胞術對 MSC 進行表征，以確認其身份和純度。

從第二階段的選定研究中，發表研究最多的醫學專業是心臟病學、外傷科 , 肺病學, 神經病學, 血液學, 眼科和整形外科。最常見的病理是膝關節骨關節炎、缺血性心臟病和擴張型心肌病。所有這些臨床試驗都處于第 1 階段或第 2 階段。使用的細胞數量各不相同，但大約為 1 億個細胞，這強調了細胞擴增的重要性。這些研究中的大多數都顯示出積極的結果，沒有嚴重的副作用。

總結

自從間充質干細胞首次命名以來，MSC 研究在過去三年中取得了實質性進展。骨髓、胎盤、臍帶、iPSC和脂肪來源的 MSCs 和臨床試驗在世界各地的臨床應用。大多數被發現在膝骨關節炎中進行測試，但在心臟病學、肺病學和免疫疾病的免疫調節領域也有大量臨床應用，例如宿主與移植反應、類風濕性關節炎和克羅恩病。這些臨床試驗是創新細胞療法新領域的先驅，為未來的全球公共衛生提供潛在益處，因為它們針對目前尚無有效治療方法的疾病，而 MSC 已顯示出初步的積極成果。

MSCs 來源

盡管來自出生相關組織的 MSCs 具有極好的增殖能力，但骨髓 MSCs 是最常用的組織來源之一。骨髓間充質干細胞可以以相對直接的方式獲得，并且很容易擴展到商業規模。關于是使用自體MSC還是異體MSC，研究對比發現兩者的結果相似，都是安全的。使用同種異體 hMSC 可以提供更容易獲得更大規模的來源，并強調 GMP 對其在細胞治療程序中安全使用的重要性。使用同種異體細胞療法將是一種侵入性較小的手術，更重要的是，它是一種安全的療法，為患者提供了一種可及的治療選擇。

MSCs

MSCs的制備

大多數這些臨床試驗使用標準化的程序來準備臨床級 MSC。細胞從骨髓、脂肪組織或臍帶中吸出，并通過密度梯度離心分離。然后它們被洗滌。細胞培養的關鍵步驟是 MSCs 粘附在塑料基質上，而造血細胞則不然。最后，它們通過冷凍保存直到需要為止。

可以生產MSC的培養基有多種；它們中的大多數基于 α-最低必需培養基 (α-MEM) 或 Dulbecco 改良 Eagle 培養基 (DMEN)，主要區別在于培養基補充劑。這些補充劑可以是 15% AB 人血清、10% 胎牛血清和 10% 血小板裂解物等 (58,59)。培養基的選擇取決于培養的 MSCs 的來源。15% AB 血清用于臍帶 MSC，其他血清用于骨髓 MSC。

連續傳代可能會影響培養的 MSCs 的質量。有幾份報告表明，隨著 MSC 經歷復制性衰老，MSC 在多次傳代后失去其體外多能性，并且端粒長度減少。這是所有臨床試驗中都需要考慮的一個重要因素，因為據推測，早期傳代的 MSC 比后期傳代的 MSC 具有更強的治療功能。這種效力可能會受到播種密度的影響，因為較低的密度會產生較高的種群倍增。另一個重要因素是匯合百分比，對于不同組織來源的 MSC，該百分比也可能有所不同。例如，在骨髓的情況下，據報道 80% 的匯合對細胞增殖和成骨分化是最好的，而在脂肪組織來源的 MSCs 的情況下，50% 的匯合保持較高的增殖率。

MSC制造過程應在密閉、無菌的環境中，可由多層“細胞工廠”獲得。然后可以將其放大到多層容器，需要 A 級機柜和自動化設備，允許介質循環，如自動化細胞工廠操縱器 (ACFM) 。這些多層系統可以在 2 周內產生數億個純 MSC。MSCs 制造的最佳選擇是生物反應器，可以是攪拌罐生物反應器、搖擺生物反應器、中空纖維生物反應器或固定床生物反應器。這些生物反應器可在 5-9 天內產生 30-1.5 億個細胞。生物反應器可能更難使用，但它們具有較低的污染風險并允許參數控制和監測，并且它們可以在 C 級或 D 級房間中運行。

MSC 應按照 GMP 程序獲取和操作。使用臨床級 MSC 的實驗室應遵循監管機構的指導方針，使用設備、試劑和用品、既定程序和嚴格的安全措施。在美國，GMP hMSC 生產受 FDA CFR Title 21, part 1271, subpart D, section 145–320 的監管，重點關注當前的良好組織規范要求，這些要求提供質量維護、人員、程序、設施、環境控制、設備、供應、回收、過程控制、過程變更、過程驗證、標簽控制、存儲、運輸、記錄、跟蹤和投訴文件。在歐盟，GMP 生產受歐洲法規第 1394/2007 號監管。所有當前的臨床試驗都認識到制定符合國際法規的標準化協議以確保治療的有效性和安全性的重要性。擁抱這些可以更有效地復制這些過程，并有助于利用 MSC 的治療前景的過程。

MSCs臨床應用

已經發表了 MSC 臨床應用的大多數疾病是目前沒有具有理想結果的特定治療的疾病。在心臟病學領域，已經發現了有希望的結果；擴張型心肌病和缺血性或非缺血性心力衰竭等疾病在臨床和病理生理方面都有所改善。局部（心肌內、冠狀動脈內和經心內膜）或靜脈內遞送的 MSC 以及自體或同種異體骨髓 MSC 來源，已導致心臟功能、功能能力和生活質量的改善。

為 MSC 探索的另一個治療潛力是軟骨損傷和/或骨關節炎，尤其是膝關節。目前，此類疾病的治療僅包括減輕不適的姑息治療或手術替代治療，其風險通常大于患有這些疾病的年齡組患者的獲益。基于 MSCs 的使用，已經發表了兩種具有良好效果的治療策略：關節內注射自體或同種異體骨髓 MSCs 和用纖維蛋白膠代替軟骨缺損和同種異體骨髓 MSCs；兩種方法都報告了疼痛、僵硬和功能的臨床改善。

正在進行中的臨床試驗的完成預計將證實 MSC 在它們已經顯示出潛力的病理學中的有用性，并在其他疾病中提供類似的結果，因為這些疾病沒有有效的治療方法。探索使用其他 MSCs 來源在體內獲得其功能和有效性也很重要。