干細胞衍生的外泌體與干細胞療法

干細胞治療

干細胞，包括胚胎干（ES）細胞、誘導多能干（iPS）細胞和成體干細胞，具有自我更新和產(chǎn)生分化細胞的能力。它們分化成不同組織細胞的潛力使其在再生醫(yī)學中的應用特別有趣——例如，ES細胞衍生的心肌細胞移植有望用于心肌再生。然而，自1957年開發(fā)出第一種使用干細胞的療法以來，只有少數(shù)基于干細胞的療法進入臨床。根據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的數(shù)據(jù)，已有數(shù)千項干細胞治療相關臨床試驗注冊。

目前，唯一獲得美國食品和藥物管理局（FDA）批準的干細胞療法是造血祖細胞（HPC）移植用于患有影響造血系統(tǒng)疾病的患者的造血和免疫重建。此外，一些源自間充質(zhì)干細胞或組織特異性干細胞的干細胞產(chǎn)品已被批準用于臨床，例如在加拿大批準用于治療急性移植物抗宿主病的Prochymal，以及在美國批準用于治療急性移植物抗宿主病的Holoclar。歐洲修復受傷角膜^[1]。缺乏臨床轉(zhuǎn)化可能是由于干細胞治療存在一些不可避免的缺點。干細胞直徑較大，靜脈注射后可能會在肺部積聚，從而產(chǎn)生輸注毒性。此外，同種異體干細胞攜帶可能引發(fā)免疫反應的抗原。此外，干細胞注射可能會導致腫瘤并發(fā)癥，包括血液和非血液惡性腫瘤（分別為畸胎瘤和非畸胎瘤）^[2]。觀察到的干細胞的一些有益作用可能部分歸因于它們的旁分泌作用，而不是移植干細胞的長期植入^[3]。

干細胞來源的外泌體

干細胞就像人體中的所有其他細胞一樣，釋放外泌體以相互交流。外泌體是直徑約40-160nm的膜結合囊泡，通過內(nèi)體途徑從細胞中釋放。外泌體以核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和代謝物形式存在的多種成分，不僅反映了它們的細胞起源，而且賦予它們潛在的治療功能，類似于它們的供體細胞，可用于無細胞療法^[4]。因此，干細胞來源的外泌體的治療應用已被臨床前探索。

至少有150項臨床試驗已在ClinicalTrials.gov上注冊，研究基于外泌體的療法治療多種疾病，包括呼吸道疾病、傳染病和癌癥（在 www.clinicaltrials.gov上使用“外泌體療法”作為關鍵詞搜索）。在這些試驗中，31項應用源自干細胞（主要是來自不同組織的間充質(zhì)干細胞）的外泌體，并作為間充質(zhì)干細胞療法的替代方案進行測試。這些臨床前和臨床研究表明，干細胞釋放的外泌體可能部分重現(xiàn)其供體細胞的治療效果，而沒有干細胞治療固有的缺點（表1）。

與干細胞相反，外泌體不能自我復制，消除了對干細胞移植后潛在腫瘤形成的擔憂。外泌體也足夠穩(wěn)定，適合長期冷凍儲存和凍干后室溫儲存。它們的小尺寸進一步允許通過過濾進行滅菌^[5]。此外，外泌體可以通過多種途徑施用；例如，霧化或凍干的肺干細胞來源的外泌體可以通過吸入給藥來治療肺部疾病^[5,6]。此外，它們的親水腔和含有膜蛋白的磷脂雙層可以被工程化和修飾以展示分子或用于藥物裝載；最近，肺干細胞衍生的外泌體被重組SARS-CoV-2的受體結合結構域修飾，作為可吸入的COVID-19疫苗^[7]。

2020年，Codiak Biosciences啟動了首個工程化外泌體療法（exoSTING^[8]）的臨床試驗（ NCT04592484?），用于治療多種實體瘤，表明工程化外泌體可能是干細胞源性外泌體治療應用的未來方向。

干細胞來源的外泌體的臨床轉(zhuǎn)化

干細胞和外泌體治療的市場前景廣闊。據(jù)全球市場報告顯示，預計到2030年全球干細胞市場將達到316億美元，全球外泌體市場預計到2030年將達到10.3億美元。美國國立衛(wèi)生研究院于2017年發(fā)布了美國國立衛(wèi)生研究院人類干細胞研究指南。

2009年，主要包括有關人類ES和iPS細胞的監(jiān)管標準和倫理問題。此外，一些國際協(xié)會，包括國際干細胞研究學會和國際細胞外囊泡學會，提出了解決干細胞和外泌體研究中存在分歧問題的指南^[9,10]。這些指南為干細胞和外泌體研究提供資源；然而，全球?qū)ζ渑R床轉(zhuǎn)化和制造的共識仍然難以實現(xiàn)。值得注意的是，F(xiàn)DA必須發(fā)布幾項關于干細胞和外泌體產(chǎn)品的公共安全通知。因此，需要針對干細胞和外泌體治療制定全面的標準和法規(guī)。令人鼓舞的是，第一個干細胞相關國際標準（ISO 24603）于2022年8月發(fā)布，外泌體研究也可參考該標準，以標準化外泌體治療的外泌體生產(chǎn)上游步驟。

干細胞和外泌體療法的臨床轉(zhuǎn)化依賴于在良好生產(chǎn)規(guī)范（GMP）設施中大規(guī)模生產(chǎn)干細胞和外泌體。HPC移植的發(fā)展嵌合抗原受體（CAR）-T細胞促進了細胞治療產(chǎn)品GMP設施的建立。然而，用于外泌體生成、分離和質(zhì)量控制的GMP設施仍然有限。用于實驗室規(guī)模分離外泌體的基于燒瓶的培養(yǎng)系統(tǒng)和超速離心方法緩慢、費力，并且與GMP級外泌體的大規(guī)模生產(chǎn)不兼容。或者，正在探索生物反應器系統(tǒng)和中空纖維膜分別用于細胞培養(yǎng)和過濾，以大規(guī)模生產(chǎn)外泌體。

此外，需要進行徹底的質(zhì)量控制，以最大限度地減少外泌體的批次間差異。因此，需要能夠準確且可重復地表征外泌體的方法，包括濃度、粒徑、Zeta電位和外泌體標記。ZetaView、Amnis、ImageStream 和 ONI Nanoimager 等儀器能夠表征外泌體的理化性質(zhì)，并可能取代納米顆粒跟蹤分析、動態(tài)光散射、蛋白質(zhì)印跡和流式細胞術等傳統(tǒng)方法。外泌體質(zhì)量控制還應考慮外泌體的異質(zhì)性，其受到供體細胞狀態(tài)和分離方法的影響。

因此，需要標準化的操作流程，這可以基于腺相關病毒的制造，類似于外泌體的生產(chǎn)和純化。應建立一個精簡的封閉操作系統(tǒng)，將外泌體的大規(guī)模生產(chǎn)與可歸檔的質(zhì)量控制測試計劃結合起來。

參考資料：

1、曹杰，等。制定支持干細胞臨床轉(zhuǎn)化的標準。干細胞翻譯。醫(yī)學。2021 年；10：S85–S95。doi：10.1002/sct3.13035。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

2、Anisimov SV、Morizane A、Correia AS。干細胞移植后腫瘤疾病的風險和機制。干細胞Rev. Rep.?2010；6：411-424。DOI：10.1007/s12015-010-9134-5。[摘要] [交叉引用]?[谷歌學術]

3、DinhPC 等人。吸入肺球狀細胞分泌體和外泌體可促進肺纖維化的肺修復。納特。交流。2020；11?:1064。DOI：10.1038/s41467-020-14344-7。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

4、Kalluri R，LeBleu VS。外泌體的生物學、功能和生物醫(yī)學應用?？茖W。2020；367：eaau6977。doi：10.1126/science.aau6977。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

5、Popowski KD 等人?；诩毎饽遗莸目晌敫煞?mRNA 疫苗。事情。2022 年；5：2960–2974。doi：10.1016/j.matt.2022.06.012。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

6、Popowski KD 等人。作為肺部 mRNA 和蛋白質(zhì)藥物載體，可吸入外泌體的性能優(yōu)于脂質(zhì)體。細胞外囊泡。2022 年；1：100002。doi：10.1016/j.vesic.2022.100002。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

7、王澤，等。裝飾有重組 SARS-CoV-2 受體結合域的外泌體作為可吸入的 COVID-19 疫苗。納特。生物醫(yī)學。工程師。2022 年；6：791–805。DOI：10.1038/s41551-022-00902-5。[摘要] [交叉引用]?[谷歌學術]

8、Jang SC 等人。ExoSTING 是一種裝載有 STING 激動劑的細胞外囊泡，可促進腫瘤免疫監(jiān)視。交流。生物。2021 年；4?:497。doi：10.1038/s42003-021-02004-5。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]?

9、Lovell-Badge R 等人。ISSCR 干細胞研究和臨床轉(zhuǎn)化指南：2021 年更新。干細胞報告。2021 年；16：1398–1408。doi：10.1016/j.stemcr.2021.05.012。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

10、Thery?C等人。2018 年細胞外囊泡研究的基本信息 (MISEV2018)：國際細胞外囊泡學會的立場聲明和 MISEV2014 指南的更新。J.Extracell。囊泡。2018；7：1535750。doi：10.1080/20013078.2018.1535750。?[歐洲 PMC 免費文章]?[摘要] [?CrossRef?]?[?Google Scholar?]

免責說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀點，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發(fā)布的信息不能替代醫(yī)生或藥劑師的專業(yè)建議。如有版權等疑問，請隨時聯(lián)系我。