间充质干细胞治疗(四):效力评价

2020
09/30

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干细胞者说
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“知己知彼,百战不殆”,合格的产品质量是干细胞治疗成功的基础和前提,效力是其中一个关键指标。本期,我们将针对间充质干细胞的效力评价展开论述。



正文


撰文:步步先生

来源:干细胞者说


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上一期我们简述了间充质干细胞的质控体系,贯穿于细胞生产工艺的每个环节。每个生产环节都需要相应的质量控制方法和标准。

如果细胞产品的质量(如:无菌性,安全性,活力,均一性,纯度,稳定性)得到了保证,那么是否就可以衡量其临床有效性呢?显然不行针对间充质干细胞,我们如何进行效力评价,本期将展开论述  


1

间充质干细胞的效力概述

细胞产品效力 (Potency) ,FDA给出的定义 [1] 是 “在适当实验室方法检测下或在预期方式管理条件下,通过大量临床数据获得产品的特殊能力或功能。” 通常,效力用来评价药物产生特定生理功能的浓度或数量, 由强度 strength 和效果 effectiveness 两个因素组成,即相同强度 (一般指浓度) 下所取得的效果。
在FDA前瞻性报告 [2] 中,分析了 66份 MSCs 或类似产品的临床研究申请。报告显示,从组织来源、制备工艺到体外和体内表征方法, MSCs 都具有高度变异性。正是因为如此,开发一种针对MSCs 产品效力的测定方法非常有必要。
最初,MSCs 的治疗潜力被认为是可以可以迁移到受损组织、进行体内分化替换受损或死亡细胞。遗憾的是,MSCs 体内分化尚未得到证实,科学家发现其仅仅可以在体外分化。目前认为观点 [3] 是,MSCs 移到损伤部位并分泌化学引诱剂,通过招募组织特异性干细胞 进而产生新的组织,或发挥积极的免疫调节作用。MSCs 分泌物由细胞因子、趋化因子、生长因子和外囊泡 携带蛋白质、脂质和各种RNA 组成。

MSCs的分泌组分及其功能[4]

MSCs通过分泌营养因子调控免疫系统,可以降低炎症,促进血管新生,减少细胞凋亡和纤维化,刺激内源性干细胞形成新的组织。

我们讨论MSCs 产品的 生物学效力,必须要考虑相应的适应症,否则意义不大。如前所述,MSCs 通过旁分泌机制主要发挥作用,而非通过细胞替代或细胞分化。在 MSCs 产品的背景下,效力检测通常是评估免疫调控能力或再生修复能力。
对于MSCs 产品开发商来说,如果要进行干细胞药物申报,需要根据其治疗的适应症,开发出与 MSCs 治疗效果非常密切的生物学指标,最好与其适应症的治疗效果正相关。MSCs 具有免疫调控和促血管新生成的功能,分别治疗两大类不同的疾病,那么相对应的就有两个方向的效力指标。
下面,我们以商业化的 MSCs 为例,简单讨论 MSCs 产品效力的研究方法。

2

免疫调控能力测定

众所周知,MSCs 具有降低炎症和免疫调控的特性。在 MSCs 产品治疗免疫疾病和组织修复方面,科学家有很大期待。正因如此,ISCT 发布了指导方针,将免疫功能检测作为 MSCs产品的发布标准,其分析方法包括定量检测mRNA、检测相关的表面标记物,和检测分泌相关蛋白。

作为商业化 MSCs 产品的典范,最早由美国 Osiris 公司开发的骨髓来源的MSCs 产品Prochymal(即Mesoblast 公司的Temcell产品),在日本获批用于治疗急性移植物抗宿主病(aGVHD)。其放行要素之一就是,通过ELISA检测可溶性蛋白TNF-R1的分泌水平[5]

目前,预测 BMSCs 效力的一个生物标志物是TSG-6肿瘤坏死因子刺激基因6,还有一个是PGE2(前列腺素E2),此外,在与免疫调控能力相关的适应症中,ID 和PDL-1也与治疗效果相关。

在 aGvHD中 MSCs介导的免疫调节作用[6]

除了生物标志物外,BMSCs的其他特性也可以预测其免疫抑制功能,比如通过 与PBMC(外周血单个核细胞)共培养,检测MSCs产品的相应功能。供体 MSCs 与患者 T 细胞共培养,测量其代谢活性的增加可以作为一个MSCs效力测定。


3

血管生成能力测定

除了免疫调控能力外,MSCs 还具有支持血管生成的能力。血管生成能力测定已被有些 MSCs 产品开发商应用于质控体系中,包括VEGF分泌的定量测定和功能的体外检测。Athersys 公司其产品MSCs产品MultiStem的开发中,将血管生成能力的测定,作为MSCs治疗急性心肌梗死和下肢缺血动物模型关键指标[7]

其大致流程是:用 培养过 MSCs 的条件培养基,用于检测促进人脐静脉内皮细胞HUVECs生成血管潜能。其中,VEGF血管内皮生长因子、CXCL5C-X-C基序趋化因子-5和IL-8是主要影响因素。

MSCs 在组织修复中的旁分泌机制模型[8]

在受损组织中,UC-MSCs通过旁分泌效应招募干细胞/祖细胞,作用于不同周围细胞来影响微环境,进行组织修复和血管生成。

除了上述,MSCs 还有许多其他促血管生成因子值得研究,如Ang-1血管生成素-1、PlGF (胎盘生长因子)和bFGF成纤维细胞生长因子等,这些都有望作为检测 MSCs 血管生成能力的生物标志物之一。



4

其他治疗机制评估

在某些适应症中,MSCs 的作用机制研究不深刻是影响其效力分析的关键因素之一。越来越多的研究者认为,细胞外囊泡(EVs)和线粒体转移也可反映MSCs 治疗能力。

外囊泡(包括外泌体、凋亡小体和微泡三大类)对信号因子、miRNA和其他细胞成分的转运很重要。体内研究表明,使用MSC-EVs可以获得类似MSCs细胞本身的治疗效果。这可能因为,因为MSCs可能在给药后不久就发生凋亡,通过释放细胞囊泡,在疾病治疗中发挥作用。

MSCs 通过外囊泡进行成分转移[9]

此外,线粒体转移也被认为是MSCs的治疗机制之一。BMSCs的线粒体转移是通过外囊泡释放或隧道纳米管进行转移的,对驻留的组织细胞具有保护作用,并相应调节其炎症反应。

未来,研究开发方向应侧重于将 MSCs产品效力与临床疗效联系起来,以便确定有价值的效力指标,通过效力评价来评估 MSCs 产品的治疗效果。


 

5

文末小结

在 MSCs 产品的开发中,我们正处于一个令人兴奋的十字路口。在过去30年中,第一波临床前和临床研究的巨大浪潮,终于将间充质干细胞疗法(针对GVHD、克罗恩病和重度下肢缺血等三种适应症)的商业化推上了历史的舞台。

细胞治疗的成功因素,除了要保证细胞产品的质量,还应对适应症本身有透彻的了解,同时采用正确的给药途径,以及合适的剂量。目前,诸多 MSCs 产品开发商拥有先进的生产工艺和完善的质控体系,可以实现规模化生产MSCs 产品。然而这些产品究竟如何,最终是由临床决定的,通过特定适应症的治疗效果来评判。

关山难越,任重道远。我们既不要过早的宣布胜利,也不要过早的放弃一个有希望的治疗策略。


全系列——终

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关键词:
MSCs,干细胞,适应症,外囊泡

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