臍帶間充質干細胞療法如何從實驗室走向臨床應用

近年來，間充質干細胞 (MSC) 因其旁分泌和免疫調節特性而受到廣泛關注。

鑒于間充質干細胞 (MSC) 的旁分泌、抗炎和免疫調節能力，間充質干細胞 (MSC) 療法在再生醫學中具有巨大潛力。研究人員把間充質干細胞作為一種潛在的治療藥物在骨關節炎、心肌梗死、移植物抗宿主病 (GVHD)、糖尿病、多發性硬化癥、系統性紅斑狼瘡、腎損傷、肌萎縮性側索硬化、脊髓損傷和其他幾種疾病等多種臨床應用中受到廣泛關注。

此外，MSCs釋放可溶性因子、細胞外囊泡 (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，以修復組織并調節組織微環境。來自胚胎的基質細胞，例如來自內細胞團的基質細胞，被與胚胎破壞相關的倫理問題所包圍。雖然誘導多能干細胞規避了倫理問題，但它們通過轉移多能基因引入了腫瘤形成的風險。

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，結合主要組織相容性復合體II的缺失和共刺激因子CD80、CD86 和CD40的低表達，允許在廣泛的臨床應用中異體施用MSC。 

多年來，臍帶 (UC) 被認為是醫療廢物，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。現有的間充質干細胞分離程序一直導致從臍帶組織中有效收集大量的MSCs。此外，臍帶間充質干細胞（UC-MSCs）還具有更強的自我更新能力（300次細胞分裂）和更短的倍增時間（30-36小時）。

臨床試驗表明，臍帶間充質干細胞可以治愈神經、骨骼、心臟和腎臟損傷，并促進血管形成；這些發現已在ClinicalTrials.gov數據庫中報告的幾項臨床試驗中得到報告——請參閱表1有關詳細信息。與其他來源的MSC相比，臍帶間充質干細胞的主要優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，如何從臍帶當中分離出臍帶間充質干細胞

從UC的各個區域分離的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，并且具有低細胞恢復和較短的干性。UC是在懷孕期間連接母親和嬰兒的導管，由細管結構制成，可防止臍帶本身受壓、彎曲或扭曲。

UC在人類胚胎發生的第4周和第8周之間發育，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。

細胞外基質富含成纖維細胞生長因子和、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 (WJ)、血管周圍區域 (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通過循環收集的血液動脈和酶消化它們來分離，以允許細胞解離以進一步培養。
• SA-MSCs是通過使用剪刀或手術刀解剖臍帶襯里，然后培養外植體以獲得貼壁細胞來分離的。
• AM-MSCs是通過解剖UC并將羊膜側浸入酶溶液中分離出來的，用于細胞解離和隨后在培養基中的擴增。

臍帶間充質干細胞治療疾病潛力

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揮再生功能，因為它們能夠分泌直接誘導組織內在祖細胞、調節局部免疫細胞、抑制細胞凋亡、防止疤痕的因子形成，并刺激血管生成，如圖所示圖2。

臍帶間充質干細胞促進神經再生

Ryu等人證明了WJ-MSCs在促進神經更新、神經保護和預防脊髓損傷 (SCI) 部位炎癥方面的旁分泌潛力，有證據表明它比BM-和AD-MSCs更有效。穆罕默迪等人。已經證明在SCI模型中鞘內給藥后WJ-MSC具有抗炎特性。WJ-MSCs在治療的脊髓組織中顯示出IL-1b的表達減少和神經生長因子 (NGF) 的表達增加；這導致以劑量依賴的方式更新脊髓的運動功能和完整性，并且重復給藥。使用來自WJ-MSCs的條件培養基進一步改善了治療效果。

臍帶間充質干細胞促進心肌再生

多項研究證實了臍帶間充質干細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。臍帶間充質干細胞治療導致心肌病大鼠心臟組織中TNF-α的表達減少和Erk1/2激酶的激活，從而防止間質纖維化和心功能障礙。此外，臍帶間充質干細胞的表觀遺傳修飾已被證明可通過心臟損傷小鼠的Wnt信號增強心肌細胞分化。

臍帶間充質干細胞促進皮膚再生

臍帶間充質干細胞作為其他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胞的血管化、再上皮化、存活、增殖和遷移得到改善。此外，據報道，臍帶間充質干細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。

臍帶間充質干細胞促進肝再生

蔡等人證明血清谷氨酸草酰乙酸轉氨酶、TGF-β1、谷氨酸丙酮酸轉氨酶和膠原蛋白沉積減少，導致間充質上皮轉化因子和HG上調，從而導致肝纖維化減少。WJ-MSCs在大鼠模型中顯示膿毒癥相關肝損傷和內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-半乳糖胺誘導的急性肝損傷小鼠的肝毒性。

臍帶間充質干細胞促進腎再生

WJ-MSCs給藥揭示了內分泌效應在治療IR誘導的急性和慢性腎損傷中的作用，通過激活腎小管上皮細胞中的Akt，從而抑制細胞凋亡和上調HGF。胡等。顯示通過在大鼠中通過TGF-β/Smad途徑抑制間充質-上皮細胞轉變，在脫細胞腎支架中施用臍帶間充質干細胞后腎纖維化減少。總體而言，臍帶間充質干細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，適合大規模、普遍生產。

臍帶間充質干細胞促進軟骨再生

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

臍帶間充質干細胞促進骨再生

幾項研究報告說，臍帶間充質干細胞是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。

臍帶間充質干細胞促進肌肉再生

WJ-MSCs及其分泌的XCL1蛋白因其抗細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胞增殖激活后肌肉減少癥減少，老年小鼠細胞凋亡和炎癥受到抑制。

臍帶間充質基質細胞的臨床應用

許多最近的臨床試驗已經證明了臍帶間充質干細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，臍帶衍生的間充質基質細胞”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，臍帶間充質干細胞的免疫調節、抗炎和再生特性是其大部分治療應用的原因。這些臨床試驗得出的結論將在下文討論。

臍帶間充質干細胞治療疾病安全且耐受性良好

智利洛斯安第斯大學舉辦的一項I/II期隨機對照研究評估了單次/重復關節內注射臍帶間充質干細胞治療膝骨關節炎患者的安全性和有效性 (NCT02580695)，結果顯示沒有不良事件在12個月內疼痛明顯減輕，軟骨退化、炎癥反應和骨硬化減少。

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

當通過不同的給藥途徑給藥時，臍帶間充質干細胞在臨床上是有效的。由智利洛斯安第斯大學舉辦的一項針對心臟病患者靜脈輸注臍帶間充質干細胞的隨機臨床試驗 ( NCT01739777 ) 表明，在治療后的第一個90天內，細胞輸注沒有不良反應，也沒有產生同種抗體。當通過經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數也有顯著改善。

臍帶間充質干細胞可以改善疾病

Ankara Universitesi Teknokent進行了一項前瞻性、序貫、開放標簽的III期臨床研究，該研究涉及眼球腱下施用臍帶間充質干細胞治療患者視網膜色素變性 (RP) ( NCT04224207 )。12個月后對患者的隨訪表明，無論基因突變如何，臍帶間充質干細胞在第一年內可有效治療RP，通過減緩或阻止疾病進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干細胞治療克羅恩病”（NCT02445547福州總醫院進行的一項研究表明，即使在接受治療12個月后，克羅恩病活動度、Harvey-Bradshaw指數、皮質類固醇劑量和結腸鏡檢查也顯示患者粘膜有明顯改善。

臍帶間充質干細胞可安全地與生物構建體一起使用

中國解放軍總醫院開展了一項名為“臍帶間充質干細胞s凝膠治療難愈性皮膚潰瘍”(NCT02685722) 的研究，得出的結論是臍帶間充質干細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物而產生的。

另一項由南京大學醫學院完成的名為“加載臍帶間充質干細胞的膠原支架治療復發性宮腔粘連所致不孕癥的臨床研究”（NCT02313415）由南京大學醫學院完成，未發現治療相關不良反應，子宮內膜增生導致子宮內膜厚度增加、分化、新血管形成和宮內粘連評分降低，在30個月的隨訪期結束時將妊娠率提高到38.4%以上。

總結：臍帶一度被視作醫療廢棄物拋棄。但隨著科技的進步和醫學知識的普及，臍帶間充質干細胞的巨大醫療價值不斷顯現，無疑為更多患者帶來新的醫療希望！

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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