干细胞疗法在部分中枢神经性疾病的进展和挑战

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干细胞分类

 

干细胞根据细胞来源和细胞发育阶段,可以分为胚胎干细胞(ESC)和成体干细胞(ASC)。根据分化潜能,可分为全能干细胞(TSC)、多能干细胞(HSC)和专能干细胞(USC)。2006年,Shinya Yamanka发现诱导多能干细胞(iPSC),iPSC排除了伦理学争论,可以从患者自身的细胞产生,但在将iPSCs衍生的细胞应用于细胞治疗之前,仍然需要解决许多挑战。这些挑战包括检测和去除未完全诱导分化的细胞,解决产生的细胞中的基因组和表观遗传学的改变以及克服移植时可能出现的致瘤性等。
 
干细胞疗法在部分中枢神经性疾病的进展和挑战
图1 干细胞来源及可分离增殖的细胞
(图片来源:doi: 10.1111/cns.13247
 
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临床进展

 

近几年干细胞基础及临床试验发展火热,迄今为止,世卫组织国际临床试验注册处已注册了超过3,000项涉及使用成体干细胞的临床试验,III期临床试验及以上262个。适应症涉及神经性疾病、心血管疾病、糖尿病、血液病和癌症等多个不同领域。截止目前,CDE已受理14项干细胞治疗临床试验的申请,10项已通过默示。全球已上市16种干细胞治疗产品。
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干细胞治疗在中枢神经性疾病上的进展

 

神经系统疾病包括一系列不同的中枢和外周神经系统紊乱,它们的治疗选择范围有限,与其他治疗领域相比,改进治疗的药物批准率仍然较低。干细胞疗法给神经性疾病治疗提供了希望,迄今为止,已有超过200项应用各种干细胞方法治疗神经系统疾病的临床研究被注册,主要为多发性硬化症中风帕金森和脊髓损伤。
 
干细胞在中枢神经性疾病治疗上有多种治疗潜力,可以通过几种途径进行神经损伤修复(图2):a.移植的干细胞可以迁移到损伤的神经部位,通过细胞替代作用更换机体已经死亡或受损伤的神经细胞,修复受损神经网络;b.移植的干细胞可以分泌大量神经细胞活性生长因子和营养因子,激活神经细胞,促进新细胞的再生和重建;分泌血管生成因子,促进病变部位血管生成;c.可进行免疫调节,干细胞可以调节免疫细胞到达病理部位的数量并且分泌不同水平的细胞因子相互影响,起到抗炎的保护作用;
 
干细胞疗法在部分中枢神经性疾病的进展和挑战
图2 干细胞和治疗神经性疾病机理
(图片来源:doi:10.7196/SAMJ.2019.v109i8b.14009
 
3.1干细胞治疗帕金森疾病
目前,应用于帕金森病临床治疗研究的干细胞主要有神经干细胞、胚胎干细胞、间充质干细胞和诱导多能干细胞等,但目前大部分学者认为iPSC为PD最有前景的干细胞选择。在2018年8月,日本京都大学团队被批准了首个使用iPSC治疗PD的临床试验,该试验招募了7名患有中度PD的患者,使用同种异体的iPSC产生多巴胺能祖细胞,然后通过特殊装置将其手术移植到患者的大脑中,同时给予免疫抑制剂药物以避免免疫排斥反应,截至目前试验初步结果表明该治疗的安全性,研究人员表示,如果这项试验顺利进行,根据日本的再生药物快速审批制度,最早在2023年该药物就可以出售给患者。国内截止目前未查及使用iPSC的临床试验,已发生的试验大多使用脐带间充质干细胞和自体骨髓干细胞。
 
在clinical trials上搜索“stem celltherapy”及“Parkinson’s Disease”,可搜集23个临床试验,多数处于临床I/II期阶段,一个处于临床II/III期阶段,该试验为苏州大学第二附属医院的神经干细胞试验,采用鼻腔给药,暂未查及临床结果。[1]
 
3.2 肌肉萎缩性侧索硬化症(ALS
肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经系统疾病,可攻击大脑皮质、脑干和脊髓神经细胞。治疗ALS的第一个尝试是通过在小鼠模型中移植MSC,该试验结果证明干细胞治疗ALS是有希望的,将干细胞注射到小鼠脊髓中可以延迟ALS的发生,提高生存率。Neuronata-R于2014年7月被韩国食品与药品安全部获准上市,并于2015年2月投放市场,但至今未开展三期临床试验。目前在进行的临床试验几乎都为基于安全性的研究,尚未有证明有效性的临床最终试验结果。值得注意的一点是,尽管临床前研究报告说,来自未患病个体的细胞要优于ALS患者的细胞,但大多数临床试验都采用了自体移植,这可能解释了ALS缺乏优秀有效性数据的问题。
 
在clinical trials上搜索“stem celltherapy”及“ALS”,可查及25个正在进行的临床试验,其中进展最快的为NurOwn® (MSC-NTF),处于临床III期。
 
3.3 中风
目前,中风是细胞治疗中最受检查的中枢神经系统疾病之一。在ClinicalTrials.gov上搜索“stroke”,“brain”和“transplantation”后,可查及45项临床试验。在近70%的试验中,使用了MSC或相关细胞。中风患者的包括中枢神经元,星形胶质细胞,少突胶质细胞和其他细胞在内的多种细胞在中风发作后突然死亡,并且随后可发生继发性损伤导致更多的细胞变性。因此中风的恢复与PD的不同之处在于需要再生多种类型的细胞,细胞间的相互作用被视作再生的关键,在现有情况下高质量且持续的细胞再生非常困难,并且阻止神经元-胶质细胞-血管单位死亡的目标对于设计干细胞治疗的再生医学至关重要。
 
MSC已经显示出在再生神经元-胶质细胞-血管单位方面再生的希望。MSC治疗中风的优点是a.可从骨髓中快速分离,b.在培养物中高效扩增,c.在培养物中易于维护,d.即使在中风的急性期也适合自体移植,以及e.神经营养作用。MSC的治疗作用可能是多种再生机制共同作用,包括血管生成,抗炎,抗凋亡,神经细胞再生以及细胞迁移和分化。
 
MSC已成为许多中风临床研究的重点,在血液病安全性方面的过往试验以及大量临床前中风研究证明其安全性和有效性。MSC细胞的递送途径包括脑内,动脉内或静脉内,脑内途径可能是最有效的,但也是最具侵袭性的,而静脉内途径可能是侵袭性最小但到达目标区域细胞最少的,动脉内途径位于两者之间,根据患者中风程度的差异给药途径需进行选择和优化。
 
2005年,全球首次对缺血性中风患者进行了静脉内自体MSC的I期研究。2014年,发表了第一项对缺血性中风患者进行异体MSC静脉内给药的II期临床试验,在这项研究中,报告了缺血性中风患者静脉注射异体MSC的治疗效果。在一项使用动脉内同种异体MSC给药的研究中,40%接受干细胞治疗的中风患者在发病后3-7天内表现出良好的临床效果。目前日本也正在进行一些干细胞治疗中风的临床试验,例如Shichinohe报道了他们中风亚急性期的自体MSCs的脑内给药方案。[3]
 
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干细胞治疗神经性疾病上的困难

 

 

4.1 如何增强干细胞疗法的疗效
干细胞治疗被认为是治疗神经性疾病的最有希望的治疗方法,但是必须要优化干细胞的治疗潜力,包括增强干细胞的分化,迁移或神经网络的形成,这些都是中枢神经系统再生的关键指标。电刺激成为一种更重要方式,试验证明电刺激可触发脑卒中大鼠脑内移植的间充质基质细胞通过趋化因子SDF-1α进行信号传导,增强海马体中的神经细胞再生,此外,电刺激可改善突触的形成,从而促进干细胞疗法的治疗效果,并提示组合疗法的潜力。
4.2 细胞疗法的安全性
自体患者来源的细胞可以通过伦理审查;另一方面对成体细胞进行基因改造,进行干细胞扩增有可能会导致细胞繁殖不受控制,潜在风险的可控性成为重要挑战。但是不对患者来源的细胞进行编辑,又很大可能会限制其生存能力和治疗潜力。使用健康的供体进行同种异体移植可以避免上述问题,但是这些细胞具有免疫排斥的风险。因此干细胞治疗需要消除不确定的细胞分化及繁殖因素,除去有致瘤风险的细胞,并纯化分化的细胞。
 
4.3 iPSC的伦理道德风险
作为自体干细胞的iPS细胞已成为一种有吸引力的移植细胞来源。将iPS过渡到临床应用,减少将这些细胞分化为所需的细胞的时间以及建立、维护和使用用于治疗目的的iPS细胞培养相关的成本是关键。当使用iPSC分化的神经元、少突胶质细胞或星形胶质细胞作为中枢神经系统疾病的细胞产物时,增殖的差异、分化的非同质性和不同的遗传背景都是技术方面的障碍。
 
据报道,PD患者iPSC源性多巴胺能神经元的基因表达与原代多巴胺能神经元有显著差异。最后,与异体健康供者来源的iPSC相比,自体患者来源的iPSC的基因改变、对药物的反应和细胞年龄限制了其治疗潜力。iPSC目前也面临着致瘤性的问题且面临着伦理争议,这涉及到它们无限的分化能力,人们担心这些细胞有朝一日可能应用于人类克隆。
 
4.4 干细胞治疗试验评估
目前的临床试验使用了不同的方法评判干细胞治疗安全性和有效性,临床试验设计的差异使得比较研究之间的结果变得困难。干细胞的质量评估缺乏一个统一的标准。[4]
 
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总结

 

 

干细胞治疗正日益成为可行的治疗方式,尽管面临着许多挑战,但随着每一项研究的开展,干细胞应用的可能性都在增加。目前,干细胞治疗在神经退行性疾病和黄斑变性上进展迅速。诱导多能干细胞正应用于干细胞研究领域,有无限可能可以使用患者自己的细胞治疗疾病。利用间充质干细胞再生牙齿和牙周组织已经进入诊所,很快将成为一种有效的治疗方法。目前全球都在努力建立监管准则和标准,以确保患者的安全。在不久的将来,干细胞疗法将对人类健康产生重大影响。

参考文献

1. Alessandrini M, Preynat-Seauve O, De Bruin K, Pepper MS. Stem cell therapy for neurological disorders. S Afr Med J.2019;109(8b):70-77. Published 2019 Sep 10. doi:10.7196/SAMJ.2019.v109i8b.14009

2. Brown C, McKee C, Bakshi S, et al. Mesenchymal stem cells: Cell therapy and regeneration potential. J Tissue Eng Regen Med. 2019;13(9):1738-1755. doi:10.1002/term.2914

3. Yasuhara T, Kawauchi S, Kin K, et al. Cell therapy for central nervous system disorders: Current obstacles to progress. CNS Neurosci Ther. 2020;26(6):595-602. doi:10.1111/cns.13247

4. Aly RM. Current state of stem cell-based therapies: an overview. Stem Cell Investig. 2020;7:8.Published 2020 May 15. doi:10.21037/sci-2020-001

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