一个系统方法的必要性msc在临床的使用

文摘

细胞疗法已经成为一种很有潜力的治疗策略在再生的疾病。在不同的细胞类型,间充质干细胞/基质细胞已被广泛研究在体外,在活的有机体内在动物模型中,甚至在临床试验中使用。然而,尽管临床应用继续增加显著,他们的生理属性的理解和交互提出了很多问题和驱动的必要性更加谨慎和监管策略的使用。

1。介绍

因为多能胚胎干细胞的发现(ESCs)来源于胚胎的囊胚的内细胞团,干细胞被定义为两个主要特征:自我更新和分化能力在不同的细胞类型。兴趣干细胞用于临床治疗和再生增长由于其分化成多种功能细胞类型的能力。在干细胞中,可以区分两类:多能干细胞,如胚胎干细胞和诱导多能干细胞(万能)1)和多功能干细胞有分化能力限制,通常被称为成体干细胞。ESCs的来源和方法用于生成万能(2)一起形成畸胎瘤的风险(3)提高道德和安全问题的ESCs的临床使用和万能4]。在成人干细胞,间充质干细胞/基质细胞(msc)是主要的种子细胞用于再生医学和是一个扩大的研究领域,在过去的十年里,由于其独特的生物学性质。这些属性覆盖大范围从免疫调制,当地信号分化能力。它已被证实在体外msc可以分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和肝细胞/ cardiomyocytes-like细胞。但是这些细胞的使用在许多临床前试验提出了多个问题/难题,我们将努力解决综述。(我)这些细胞充分定义和他们真正的干细胞吗?(2)应该从不同组织分离msc被认为是等价的吗?(3)他们的主要特点是什么?(iv)我们可以使用它们在临床试验中,如果上下文应该是什么?

2。我们如何定义间充质干细胞?

2.1。间充质干细胞:它是合适的吗?

Nonhematopoietic骨髓细胞Friedenstein等人于1968年第一次被孤立的(5),定义为纺锤状,呈多功能细胞克隆形成能力的unit-fibroblast (CFU-F)。研究这些细胞在接下来的十年更好的定义和主要集中在他们的能力来维持造血作用[6- - - - - -8]。Pittenger等人证明了他们在体外分化成各种能力中胚层的细胞将他们定义为间充质干细胞(9]。骨髓msc代表约0001 0,骨髓有核细胞的01%。因此,由于低的细胞数量和侵入性方法需要隔离,msc的替代来源。细胞具有类似礼仪已经隔绝广泛的组织像皮肤10,11],外周血[12],脐带血[13],肌肉[14),脂肪组织(15),胎盘(16,17],牙髓[18)或肝脏(19),和其他人。隔离协议原产地和组织的差异导致许多定义和使用不同的术语指这些细胞如间充质干细胞、间叶细胞祖细胞或间充质基质细胞。定义和礼节的混乱促使国际社会孤立的细胞细胞治疗(ISCT)在2006年建立的标准定义msc (20.]。符合msc细胞必须有以下特点:(1)塑料的依从性;(2)拥有trilineage分化能力转化为脂肪形成的,chondrogenic和成骨细胞;(3)目前表面CD105的表达(endoglin、结束),CD73 (ecto-5′核苷酸酶),和CD90 (Thy1)和缺乏造血CD45标记的情况下,CD34, CD14或CD11b CD79alpha或CD19 HLA-DR。

这个定义被科学界广泛接受,并让更多的出版物之间的重现性。我们可以强调,这些细胞被标记为间充质细胞“基质”而不是“阻止”细胞。目前,msc通常定义为下列标记CD73阳性,CD90、CD105, CD166 CD44,和CD14 CD29和消极,CD34, CD31、CD45 [21]。的主要挑战的定义仍然没有一个特定的标记。

2.2。间充质干细胞:基质细胞或纤维母细胞?

MSC隔离从各种来源阻碍了一个精确的描述。为了更好的描述msc,大多数研究都集中在隔离和表征的表面标记定义msc。msc标记相类似的等全面复查。22]。例如,STRO-1被记录为一个潜在的msc标记(23真正的多功能细胞。然而看来虽然Stro-1等隔离是一个健壮的标志从组织如骨髓msc,它不是表达的脂肪组织衍生msc (22,24]。此外,在体外msc诱导修改和变更的文化的表面标记和能力(22]。

现在普遍认为msc文化代表的混合各种具备干细胞细胞不同程度的。事实上,msc的具备干细胞已经被李等人先前记录和Muraglia et al。25,26)显示,通过限制稀释,只有一些克隆显示multilineage分化潜能和自我更新。剩下的所谓msc显示有限增殖潜力或部分分化能力。培养的msc的multiclonality及其潜在的修改是要考虑的一个重要因素。结果与msc与组织应该谨慎地讨论了一些作者实际上证实了严格的具备干细胞分离细胞。

另一个问题是潜在的成纤维细胞的污染。类似的形状和一个事实,即两个表面标记细胞共同成立了因素。在全面审查Hematti高亮显示体外culture-expanded msc和成纤维细胞的形态、细胞表面标记,分化潜能,和免疫属性(27]。这些发现增加msc的身份的不确定性。除了作为一个语义辩论,这突显出谨慎使用msc的术语的重要性。可能是安全的,即使不是最优,是在大多数情况下,这些细胞群间充质基质细胞,按ISCT定义。

3所示。msc来自不同组织的不同吗?

如前所述,msc被隔绝广泛的组织。ISCT定义后,需要区分成三个主要血统现在出版的标准。不过,尽管能力直接分化成不同的血统多个报告证明区分的能力取决于组织起源。例如,我们表明,骨髓msc隔绝显示不同的大约400个基因表达(至少2折的区别)相比,msc与胎膜。他们区分的能力(即使在3血统ISCT所定义的)因此受此影响转录变化(17]。同样,大量的出版物记录变量特征,分化能力,和治疗的影响从不同组织分离msc (28- - - - - -35]。解释这些差异观察细胞间显示相似的表型和功能,提出了多种理论。首先,起源的组织可以诱导组织表观遗传修饰。事实上,它很容易理解,在本土器官组织,获得理学硕士学位更有可能分化成特定的细胞类型。这可能是预先确定通过染色质建模,组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化。所涉及的基因分化成特定的细胞类型可以立即被激活,而迫使这个细胞到另一个细胞类型需要染色质重塑。msc与胎儿组织(脐带血,胎盘羊膜等…)可能是一个例外。在这种情况下,早期发展阶段仍然没有修复表观遗传修饰可以导致更高的可塑性32,34,36- - - - - -39]。

msc的研究表明不同的器官有不同的属性提示警告当比较不同的临床前和临床试验使用msc。可以提倡的必要性开发小组使用标准测试系统msc描述的治疗环境。事实上科学界需要明确的标准协议,将允许增加再现性和比较不同研究的能力。这将使我们能够满足,未来十年,监管当局的严格要求。

4所示。msc的最佳用途是什么?

4.1。免疫抑制礼节

最有趣的一个礼仪的msc是免疫调节能力40- - - - - -44]。这种免疫调节效应已被广泛研究和审查,但某些方面仍有待阐明(45- - - - - -49]。作为一个快速概述、抑制tnf、移行,il - 10和被罩,一氧化氮产量提出了解释抑制t细胞增殖的msc (45,50]。同样,抑制b细胞增殖和分化可能导致通过类似的机制(51]。除了抑制B细胞和T细胞,激活的msc Foxp3 +调节性T细胞是最近提议52]。降低il - 1、CD40和tnf与前列腺素E2 (PGE2)的生产提出了解释减少单核细胞和树突状细胞的成熟53]。最后,NK细胞增殖和细胞毒性被证明是抑制在体外通过PEG2 msc (54]。

msc在免疫/炎症其他角色上下文。事实上msc被证明是chemo-attracted网站炎症和释放促炎细胞因子(55]。通常的存在功能性的toll样受体),特别是TLR3和TLR4在msc的表面,一直以前良好的文档记录。这些通常允许msc的招聘网站的发炎和受损组织。tlr也诱导激活炎症信号和防止抑制t细胞增殖的56]。这种机制被提出切口配体介导的(56- - - - - -58]。

这双极性msc行动导致沃特曼et al。58)提出一个范例,在类比与单核细胞/巨噬细胞M1和M2, msc可以作为MSC1类型(促炎)或MSC2类型(免疫抑制)。不过,识别的影响因素之间的平衡这两个功能仍有待确定。

总的来说,周围的复杂的多重机制的免疫调节效应msc在许多方面尚不清楚,仍在调查。相互作用的免疫细胞类型的多样性和多种机制需要在活的有机体内分析所涉及的机制。不过,动物和人类免疫系统之间的差异以及他们的msc差异呈现直接动物/人类比较困难。

4.2。临床应用:各种各样的试验范围广泛的礼节

msc一直在测试各种器官创伤或疾病如肝衰竭,造血干细胞(hsc)植入,骨创伤、脊髓损伤、脑外伤、克罗恩病病变,免疫疾病,肾脏损伤,关节软骨,心脏再生(35,59- - - - - -65年]。

所有这些试验的基本原理是基于不同属性的msc。然而,所有这些不同的msc是互补的特点,通常观察到的改进这些累积效应的结果。的各种报道影响msc图表示1。

4.2.1。准备临床使用的免疫调节作用

免疫调节效应仍然msc生物学的最有趣的方面。这个规范已被广泛研究和审查45]。这导致了大量的临床试验治疗免疫疾病。主要的例子是治疗移植物抗宿主病(GVHD)。利用msc给了有前景的结果在1和2期临床试验66年- - - - - -68年]。事实上,勒布朗等人首次同一性msc移植一个孩子患有严重难治性年级第四。他们还记录了引人注目的临床反应,病人在治疗后1年。随后,Ringden等人2006年8个病人,治疗steroid-refractory GVHD, msc。急性移植物抗宿主病六8个病人完全解决。完全治愈的肠道(6例)、肝(1例)和皮肤(1例)。他们的存活率显著优于对照组68年]。Kebriaei等人最近报道,31名患者,94%显示初始响应msc和77%有一个完整的响应。

然而,混合结果出来从规模更大的三期临床试验包括192急性移植物抗宿主病的病人45]。在这项研究中,即使没有差异被发现与安慰剂,改善胃肠道和肝脏病人观察结果。然而,在那些GVHD病人的剂量和频率管理并不均匀,可能受损的决定性的结果。

类似的,有前景的结果也获得了克罗恩病临床前和临床一期试验(59]。Duijvestein等人指出,自体骨骨髓来源msc改善临床条件和显示,克罗恩病活动指数明显降低,6周后处理3 10克罗恩病的患者(59]。

实验性自身免疫性脑脊髓炎的msc注入据报道,提高在多个试验条件和组织疾病的严重程度(69年- - - - - -71年]。在多发性硬化症,残疾量表评分改善5例和稳定在1中观察到病人的包括在试验(72年]。

msc的免疫调节作用似乎是原始的重要性的能力,以防止同种异体移植物排斥反应,因此测试在不同的细胞疗法。实际上,他们使用其他细胞作为免疫调节辅助疗法被广泛测试各种退行性疾病的动物模型61年,63年,64年,73年- - - - - -75年]。试验脐带血造血干细胞移植小鼠显示CD45 +细胞检测移植后3周在小鼠与人类msc cotransplanted更高。在后期时间点评估(6周)人类细胞移植在该集团的高cotransplanted msc。同样,小岛cotransplantation msc的老鼠表现出显著降低由3周平均血糖浓度。到第6周,71%的cotransplanted组治愈islet-alone集团的这一比例为16%。所有这些工作杜绝cotransplantation化验的成功使用msc肝星状细胞在临床试验中预防移植排斥(76年- - - - - -78年]。例如,在第一个报告,穆勒等人表明,一名九岁的男孩身上细胞/公斤的MSC的肝星状细胞捐献者。三年后病人仍然活得好好的。另一个14岁的女孩收到了三个剂量的细胞/公斤第二肝星状细胞移植前道,两年后,她无病。

4.2.2。再生潜力的临床设置

msc的临床使用的主要思想仍然可能使用这些细胞再生的上下文。自首次分离骨髓msc和分化为成骨细胞的能力,msc将自然而然地变成了一个有前途的候选人在骨缺损或创伤修复。协议在体外文化环境和分化成为成骨细胞已经完善。大骨区域缺陷通常由瘢痕组织修复,往往导致不愈合等并发症。不同的临床试验表明,注入msc仅是不够的62年,79年]。但结合脚手架展示更好的结果在动物模型和人类临床试验(80年- - - - - -83年]。例如,四大骨骨干缺损患者移植与自体骨髓MSC陶瓷支架播种。完整的植入物之间的融合和宿主骨手术后观察7个月。所有的病人表现出良好的集成植入的长期跟踪。这项研究明确的优势结合scaffold-cellular治疗骨工程方法。概念验证时给出的大部分骨骼被取代。在临床试验中,三个患者的损失与MSC-seeded支架移植骨段4.0 - -7.0厘米。丰富的愈伤组织的形成和良好的集成接口与宿主骨的报道使用射线照相法[81年,83年]。

msc的来源使用发挥了至关重要的作用。事实上,它是证明骨髓msc隔绝显示更大的能力对osteodifferentiation msc孤立从脂肪组织相比84年,85年]。同样,我们最近发表的msc与胎盘更好回应osteoactivin(骨修复潜在的辅助)比骨髓衍生msc刺激对成骨细胞分化[17]。为了增加osteodifferentiation注入msc、各种承诺应使osteoactivin等组件测试和临床前和临床试验(17,86年]。

msc的其他特征能力演示临床潜力是分化成软骨细胞的能力。msc作为细胞治疗软骨缺损(87年,88年]。临床前和临床试验主要集中在治疗骨关节炎与msc单独或结合支架或其他添加剂(89年- - - - - -97年),展示了重要的结果,在活的有机体内软骨细胞分化的msc、运动改善,缓解疼痛,促进软骨修复关节内注射后(98年]。

类似地,在肝衰竭,在体外培养基补充与生长因子能够诱导msc trans-differentiation为功能性肝细胞白蛋白和尿素生产储存糖原的能力(60,99年]。临床试验使用msc治疗暴发性肝衰竭终末期肝病、肝硬化、遗传性代谢疾病还演示了令人鼓舞的结果肝脏功能的恢复(One hundred.- - - - - -103年),应该大规模试验。

在体外和动物研究表明,在合适的环境下和/或刺激,msc可以分化成polynucleated肌管,符合一个肌细胞谱系104年- - - - - -108年]。动物模型显示,植入和分化的msc在正常或postmyocardial效果的心。成功移植了通过观察msc移植到伤痕累累心肌,以及他们的表达α肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白T,肌凝蛋白重链,connexin-43, GATA-4, Nkx2.5 [109年- - - - - -111年]。各种管理程序msc测试:静脉注射,冠脉内,catheter-based心肌内的,或直接心肌内的注入。基于这些结果,广泛的临床试验进行了急性心肌梗塞,缺血性心肌病,或慢性缺血性左心室功能障碍(112年- - - - - -115年)与心功能明显改善患者的结果。例如,一项随机双盲安慰剂对照剂量升级研究msc政府在53个急性心肌梗死后患者的第一个msc的安全注射和初步疗效数据(114年与减少室性心律失常())和改善肺功能(在患者接受msc。在一个子集的分析中,一个前患者急性心肌梗塞改善了心室功能(射血分数)与安慰剂组相比。似乎比直接转分化成心肌细胞,观察到的利益在这些研究依赖于其他msc属性。

4.2.3。msc旁分泌作用

现在承认,msc移植后的主要间接影响他们所谓的旁分泌作用有关。通过广泛的细胞因子和生长因子,提出了msc驱动组织恢复通过刺激内源性干细胞,细胞凋亡障碍,刺激新血管形成,减少和细胞外基质修改,加上纤维化和瘢痕组织形成的116年- - - - - -118年]。

骨髓衍生msc被描述为重要演员在肝星状细胞在骨髓119年,120年]。肝星状细胞移植msc被测试为辅助。显然与msc建立cotransplantation肝星状细胞的增加被拒绝的风险,并减少长期的重新。多与注射肝星状细胞直接交互,提出大型发布分子的光谱负责急性移植(61年]。

我们之前讨论过,恢复肝脏功能实现后msc注射;然而,长期植入的细胞较低(121年,122年]。这些结论后,最近的研究表明,MSC-conditioned介质或MSC-derived分子还演示了重要的积极的结果与直接msc移植(102年,123年]。

类似于肝脏的研究,证明了msc的媒体可以提高细胞生存和预后当注入一个心脏的效果(124年]。此外,超过直接植入和分化的msc、msc的旁分泌作用一直被假设为提高内源性细胞存活率,cardiogenesis刺激内心祖,neovasculogenesis效果区域(65年,117年,124年- - - - - -126年]。效果的吓唬过程组织调下来msc注射后,很可能由于细胞外基质修改的能力。

5。在临床使用msc的局限性和谨慎

尽管所有的有前景的结果和报告改进msc注射后发表在各种模型,众多不确定性的领域。首先,数据长期疗效,在很多情况下仍下落不明。主要是短期跟踪已发表迄今为止,甚至长期天生啮齿动物的研究是有限的。

在体外msc之前的所有临床试验产生不同的文化风险。在体外文化可以修改细胞特征。总有一个病毒的风险,细菌,或原始的感染127年,128年]。因此,要求在高度监管GMP实验室开发标准程序。

另一个与msc注射记录不良的风险是迁徙msc的潜力。msc可以显示重要的迁移与众多IL8等因素刺激后,VEGF, IGF (129年]。例如,在兔子的一项研究显示,msc注入的清晰度可以在消化后发现束和胸腺130年]。这种异位移植msc已被证明导致骨形成在啮齿动物的研究(131年,132年]。最后无法控制潜在的可能导致并发症如骨差异化在异位组织如心脏在临床前模型(133年]。

最后,许多报告显示msc在恶性肿瘤的一个基本的角色转换和发展(134年,135年]。最近证实,即使有限,长期的文化msc导致染色体畸变(136年,137年)导致注入细胞与致癌的潜在的风险138年]。

6。讨论

总之,过去5到10年中MSC研究一直非常活跃。即使MSC与各种方便透露是一个强大的工具属性和有前途的潜力,应该采取更多举措进一步加速的过程,加强我们对MSC生物学的理解在活的有机体内。此外,适当设计的临床试验与多中心随机试验应该达到澄清结果和允许比较含铅的各种试验。与动物模型不同,后续的移植和msc持久性依然复杂的人体临床试验,多个技术发展的重点。试验数据库的创建与长期跟踪的不利影响也将有助于监测二级msc管理病人。

即使msc注入了鼓励改善病人的条件,在经典治疗失败,监测长期临床结果是最重要的。最后,急性的理解分子机制和因素参与msc注入圣俸可能导致一个更安全的替代控制分子的msc治疗相似的结果。

确认

这项工作是由卡塔尔基金会JSREP拨款3-021-3-012和NPRP 3-021-3-012。其内容是完全的责任作者,不一定代表卡塔尔国家研究基金的官方观点。

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间充质基质细胞(msc): NovelMethods特征,理解分化和功能

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