细胞治疗和再生医学中最有前途的工具之一是利用间充质茎/基质细胞（MSC），因为它们的双分化潜力和免疫调节性能。首先由Alexander Friedenstein描述于20世纪60年代/​​ 70年代[ 1，中胚层来源的非造血骨髓(BM)细胞粘附在塑料上，发展成具有成纤维细胞外观的集落，msc被称为骨骼组织(如骨、软骨)的干细胞[ 2]。第一个临床应用是其与生物材料结合，修复长骨骨折[ 3.]。后来，发现MSC型的新兴细胞的神经嵴，而不是中胚层[发起 4.[几乎在胎儿，新生儿和成年人的所有组织中发现了具有BM-MSCs的一些特征的细胞[ 5.]。

国际专家小组[ 6.]描述了MSC类别中细胞的常见最小标准：粘附在塑料中的细胞;能够形成形成菌落形成的单位成纤维细胞（CFU-FS）;膜标志物CD90，CD73和CD105阳性，但造血分子CD45，CD34和HLA-DR阴性;能够通过骨细胞，软骨细胞和脂肪细胞途径来区分。这些主要特征适用于培养的BM-MSC，但取决于原产地的组织（例如，脂肪组织衍生的CD34和CD54的表达的一些差异[ 7.]）。同样，来自不同组织的MSC是不是在表型和功能[等效 8.]。

MSC领域已经迅速发展，证明 体外-扩大的MSCs显示免疫抑制特性，这些特性在治疗耐药移植物抗宿主病的广泛2期临床试验中得到了开发[ 9.]器官移植[ 10]。最后，MSCs具有由许多生长因子和它们产生的细胞因子介导的营养效果[ 11]。

现在广泛用于临床试验中的源自各种组织的MSCs的细胞。在欧洲，MSCs是体细胞 - 治疗产品，称为先进治疗药品（ATMP），并在欧洲监管下进行No.1394 / 2007。在美国，如生产任何其他细胞和组织的产品，MSCs必须符合当前的良好组织实践要求，在美国联邦法规守则下。必须确保MSCs的安全性和疗效，无论细胞来源以及剂量和生物分布的研究是安全测试的重要方面。此外，在批准之前，监管机构需要关于生物分布和药效学的临床前数据;在欧盟，这些数据应根据欧洲药典产生。事实上，MSC的生物分布是安全所需的主要临床前数据之一;重要的是表明MSCs没有不需要的归位，可以在某些器官中推动不恰当的差异[ 12或支持某些实验中提出的癌症发展[ 13那 14]。所有这些方面都应该以一种基于风险的方法来解决。EMA高级治疗委员会(CAT)最近发布了基于风险方法的指南(基于风险方法指南根据ATMPs指令2001/83/EC附录I, part IV: EMA/CAT/CPWP/686637/2011)。该指南定义了风险，例如，不希望的细胞/器官靶向、不希望的组织形成和肿瘤形成;风险因素，如使用ATMPs后导致特定风险的定性或定量特征。所有关于风险和风险因素的信息都应该被整合起来建立风险分析，而生物分布是提供不同风险和风险因素信息的主要临床前数据之一。为了达到这一目标，必须根据欧洲药典和良好实验室规范进行生物分配。

骨髓间充质干细胞注射后，无论通过何种途径，其生物分布的研究都具有挑战性;必须分析不同方面，主要是细胞标记或染色和跟踪的方法，动物模型，以及与人类使用的相关性。

对于其他活细胞，MSCs可以通过多种方法进行标记和染色。在培养过程中，它们可以很容易地用细胞内染料如5-羧基荧光素二乙酸琥珀酰亚胺酯或合成核苷如5-溴-2 ' -脱氧尿苷(BrdU)进行标记。BrdU在细胞复制过程中被引入到新合成的DNA中，取代胸腺嘧啶。在标记阶段，该方法需要细胞分裂，导致标记不均匀，残留的未标记MSCs比例不一致。输注后，brdu特异性抗体可在组织中检测到标记的MSCs [ 15]。对于这两种标记分子，细胞分裂导致掺入的分子顺序减半，其可以将每种细胞的量降低至低于检测阈值。应该强调的是，这些方法对于在血管内注射后研究分布或局部涂抹更有用。在MSCs中的另一种易于细胞标记的方法是用编码荧光蛋白的基因转染细胞（例如，绿色荧光蛋白[GFP]）[ 16]。可能会遇到两个问题:一些组织的自身荧光和由于其他细胞(如巨噬细胞)再摄取蛋白质而导致的非特异性表达。最后，所有这些方法都不允许 在活的有机体内MSCs生物分布的跟踪;在动物杀死后，需要不同组织的特异性染色和组织学分析。为了 在活的有机体内随访，几种标签技术是有用的：用诸如Technetium-99米的放射性示踪剂分子标记，¹¹¹indium-oxine [ 17]或氟葡萄糖（18fdg），具有正电子发射断层扫描（PET）[ 18];用荧光素酶和基于外部相机的基于外部相机的射流转染在注射后的生物发光（Luciferin）[ 19];或在间充质干细胞中加入磁性纳米颗粒 在活的有机体内核磁共振成像( 20.那 21]。

不同分子用于标记可能对MSC功能的后果特别是在分化或免疫抑制中。用铁纳米粒子，研究表明了矛盾的结果：昌等人。[ 20.]报障 体外胺表面修饰的超顺磁性氧化铁纳米颗粒标记人间充质干细胞后的成骨和软骨分化相反，Schmidtke-Schrezenmeier等人[ 21]发现，与氧化铁 - 聚（L-丙交酯）的纳米颗粒标记的MSC不影响一大组的标记的MSC的功能：生存能力，表型，细胞增殖，分化或免疫抑制。这些相互矛盾的结果可能与应用于铁颗粒的差异，每个细胞颗粒，或生产过程和细胞年龄的数目。

最后，在异种模型，没有先前的标签，人MSC可通过人类的Alu序列的使用定量PCR（qPCR）的跟踪[ 22]或在标记人的特异性抗原后的组织学。人alu序列高度重复，物种特异性和300bp序列。由于其高重复和物种特异性，Alu序列是检测小鼠器官中少数人细胞的侵袭的选择标记。通过QPCR扩增的QPCR扩增评估Alu标记的存在和定量，所述DNA从小鼠从小鼠中提取的DNA作为模板，从健​​康的非诱导小鼠中作为阴性对照。可以用从不同的小鼠组织和人MSC萃取的已知量的DNA来建立指示人DNA的量与小鼠DNA的标准曲线。该标准曲线允许估计每重量组织单位的细胞数量为230个人细胞/ g组织（LS，个人数据）;通过改进的技术，阈值可以达到100个人体细胞/器官[ 23]。

对于其他临床前数据，动物模型的选择至关重要。为了研究生物分布，第一步可能是使用来自同一动物物种的间充质干细胞。然而，监管机构需要人类间充质干细胞的数据。为了防止人类间充质干细胞的排斥反应，这可能会干扰其在不同组织中的生物分布和维持，最流行的模型是注射免疫缺陷啮齿动物，如裸鼠，或为了防止任何排斥反应，注射NOD/SCID小鼠。由于裸鼠甚至NOD/SCID小鼠的免疫不完全消失，最好的模型似乎是NOD- rag小鼠[ 24]。用小鼠模型的主要问题是静脉注入MSCs的剂量，一般0.5至2万元，以防止死亡肺部栓塞。这些剂量，对应的MSC /公斤100至200亿美元，比临床相关剂量的人类偏离很大。在欧洲委员会的第七框架计划的欧洲方案（REBORNE：FP7-HEALTH-241879），我们研究了从两个不同组织间充质干的生物分布：骨髓和脂肪组织。研究在SCID小鼠中后IV输注或在陶瓷支架加载MSC的皮下植入后进行的。无论使用qPCR为人类的Alu序列的MSC的来源，从没有IV输注后的MSC的任何不希望的归巢。在第7天，在AT-MSC的，相反，我们并没有发现肺部任何的BM-MSC;在第91天，只能用一些AT的MSCs有留在肺部的人类DNA。下面的MSCs +支架植入皮下，从未有过其他器官的任何再循环和归巢。此外，不同器官的组织学分析没有显示出任何肿瘤的形成。 These data demonstrated the safety of using BM and AT MSCs, and based on these results and other preclinical data, the French, German, Spanish, and Italian regulatory authorities delivered authorization for starting clinical studies in bone repair.

使用其他模型，如非人灵长类动物，似乎更相关，但由于伦理原因，很难，当测试人类间充质干细胞时，使用免疫抑制药物是强制性的。

对于预期的临床应用，模型应与间充质干细胞输注途径(静脉、动脉、局部注射或植入)和治疗条件相关。间充质干细胞优先归属于受损组织，如受辐射损伤的组织[ 25]。必须在疾病的正常和动物模型中研究生物分布和药效学。

最后，因为来自不同组织的MSC不等同[ 8.[培养方法是否有所不同，应测试来自不同类型的准备的MSC。

MSC的生物分布研究是强制性的，出于安全原因，监管要求，以及ATMPs使用的基于风险的方法。MSCs的标记是容易的，但应考虑每种技术的局限性和预期的随访。经典的技术(例如，绿色荧光标记)不允许 在活的有机体内跟进。允许外部后续的标记系统（例如，荧光素酶，铁颗粒或放射性）可能降低检测灵敏度。通过QPCR检测人alu序列似乎是简单且敏感的，并且在不需要连续的外部后续时，可以使用。在临床前设置，所使用的主要动物模型是免疫功能均衡的小鼠（裸体，点击/ SCID或NOG-RAG）。虽然易于使用和信息性，但这些模型有局限性：它们是异种，人体MSCs大于小鼠MSC，而生理特征在啮齿动物和人类之间存在差异。无论模型如何，MSCs似乎最初被困在肺中。在该肺栓塞后，再循环MSC，但再循环细胞的数量似乎是低的，并且在肝脏，脾脏和炎症或受伤的位点发生次级归巢。

两个主要建议是（1）使用最敏感的技术用于标记和/或跟踪和（2）在免疫排斥潜力和治疗预期疾病方面的相关动物模型。最后，需要动物模型，信息性但不够，需要更多的人类数据。可以与执行某些阶段的监管机构进行讨论，用于验证人类的跟踪系统和生物分布。此外，报告人类中所有可用数据的注册管理机构将具有重要意义。