提升间充质干细胞治疗新生儿疾病效果的十大策略

尽管新生儿重症监护医学最近取得了进展，但新生儿疾病（如支气管肺发育不良[BPD]、脑室内出血[IVH]和缺氧缺血性脑病[HIE]）仍然是幸存者死亡和发病的主要原因，而且几乎没有有效的治疗方法。

最近的临床前研究表明，细胞疗法，尤其是间充质基质细胞 (MSC) 疗法，可充当旁分泌因子的工厂，表现出多效性保护作用，包括免疫调节、抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗纤维化和/或抗菌特性，并促进受损宿主组织的再生。这些作用与新生儿疾病的复杂病因相符，例如支气管肺发育不良 (BPD)、脑室内出血 (IVH) 和缺氧缺血性脑病 (HIE)。

这些发现表明，间充质干细胞疗法可能成为这些目前具有复杂多因素病因的毁灭性新生儿疾病的一种新治疗方式。

临床前和临床研究的进展推动了间充质干细胞疗法的发展，使其能够有效应用于新生儿医学。

近日，国际期刊杂志《Stem Cells Translational Medicine》发表了一篇改善新生儿疾病间充质基质细胞疗法的临床试验和转化前景的文献综述，该文章重点讨论了未来成功开展临床试验和最终临床转化需要解决的关键问题，如选择合适的患者和最佳细胞类型、途径、剂量和时机，对新生儿疾病（如BPD、HIE和IVH）进行间充质干细胞治疗。

使用间充质干细胞治疗各种新生儿疾病的理由

与任何其他仅控制一个方面的单一治疗剂不同，MSCs疗法的多效有益的免疫调节、抗炎、抗凋亡、抗氧化和抗纤维化作用已在BPD、HIE、和IVH的新生儿动物研究中得到观察到。

这些研究结果表明，MSCs疗法可能是治疗具有复杂多因素病因的各种新生儿疾病的新的有希望的治疗候选药物。

此外，同一来源的MSCs分泌的多种关键旁分泌因子在不同的BPD和IVH动物疾病模型中发挥有益作用，这表明移植物和受损宿主组织部位之间存在串扰和相互作用，MSCs充当“旁分泌因子工厂”，感知局部微环境有害刺激，并分泌多种宿主损伤反应性关键旁分泌因子，这些因子具有多效性的有益作用，可增强受损宿主组织的修复和再生。

间充质干细胞治疗新生儿疾病的临床案例

支气管肺发育不良（BPD）

干细胞治疗支气管肺发育不良（BPD）的临床案例

2020年，重庆医科大学在中国知网期刊发表了一篇人脐带间充质干细胞治疗儿童中重度支气管肺发育不良的临床研究文献综述。该研究的主要目的评价人脐带间充质干细胞（Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells,hUC-MSCs）治疗儿童中重度支气管肺发育不良（Bronchopulmonary dysplasia,BPD）的安全性及有效性。

研究结果表明单次静脉输注hUC-MSCs且递增剂量至5×10～6cells/kg移植治疗儿童中重度BPD是安全可行的，具有一定疗效，为后期的临床研究提供了安全性及有效性的证据。 

缺氧缺血性脑病 (HIE)

干细胞治疗缺氧缺血性脑病 (HIE)的临床案例

2022年12月15日，复旦大学脑科学前沿科学中心熊曼研究员与中科院脑智卓越中心陈跃军教授、附属儿科医院周文浩教授合作的最新研究成果Functional reconstruction of basal ganglia neural circuit by human stem cell derived striatal neurons in hypoxic-ischemic injured brain在BRAIN发表。

该研究首次报道了将人多能干细胞来源命运决定的纹状体神经前体细胞移植到缺氧缺血损伤未成年小鼠脑纹状体内可在结构和功能上重构并修复HIE脑内受损的基底神经节环路，并长期改善HIE模型小鼠的运动功能障碍。

脑室内出血 (IVH)

干细胞治疗脑室内出血 (IVH)

2018年，对于IVH，仅进行了一项干细胞移植的1期临床试验。在这项研究中，9名平均胎龄为26.1±0.7周、出生体重为808±85g、被诊断患有严重IVH（4级）的早产新生儿被纳入，并注射了单剂量的同种异体UCB衍生的MSCs进入脑室内。移植在诊断后7天内进行，平均出生后第11.6±0.9天，使用5×106和1×107细胞/kg两种递增剂量的MSC。在这项研究中，没有婴儿死亡或出现与干细胞移植相关的严重不良反应。严重脑室内出血的早产儿脑室内移植间充质干细胞可能是安全可行的，值得进一步的II期研究。

增强间充质干细胞治疗新生儿疾病效果的十大策略

鉴于间充质干细胞的旁分泌效力是其治疗效果的主要决定因素，以下增强间充质干细胞旁分泌效力的策略可能会提高其随后的治疗效果。

01提供理想的细胞：间充质干细胞的来源至关重要

由于MSC的定义比较粗略，因此MSC本质上具有异质性，其旁分泌效力和随后的治疗效果可能因来源而异。妊娠组织（例如脐带 (UC) 或脐带血 (UCB) 衍生的MSC）通常在出生时被丢弃，但由于其易于获取且不存在伦理问题，因此具有吸引力。

此外，与成人组织（例如脂肪组织 (AT) 或骨髓衍生的 MSC）相比，UCB衍生的MSC在体外表现出较低的免疫原性、较高的增殖能力和旁分泌效力，以及增强的体内旁分泌效力和减轻新生大鼠高氧肺损伤的治疗效果。

• 组织来源和供体年龄会对MSC的旁分泌效力和治疗效果产生负面影响。

因此，妊娠组织是临床环境中最理想的间充质干细胞来源。

02自体与同种异体间充质干细胞治疗

自体间充质干细胞疗法与同种异体间充质干细胞疗法各有利弊。虽然患者来源的自体间充质干细胞安全且具有免疫相容性，自体间充质干细胞缺点可能是分离和扩增自体间充质干细胞的过程耗时耗力且成本高，并且可能携带潜在的疾病候选基因。

虽然健康供体来源的同种异体MSCs由于主要组织相容性复合体 (MHC) I抗原和次要抗原而面临免疫排斥和消除的风险，但由于它们缺乏MHCII抗原且能够抑制免疫细胞的增殖和功能，因此具有免疫特权。到目前为止，在未接受联合免疫抑制的新生儿中，尚未观察到MSCs接受者出现与给药相关的不良事件。

此外，考虑到同种异体间充质干细胞治疗的优势，包括与自体MSCs相比，大规模生产预先挑选的最佳品质MSCs的成本更低，以及可以生产“现成的”同种异体MSCs，患者在临床需要时可以随时获得，目前的趋势是临床使用即用型同种异体细胞产品。

03间充质干细胞制造的标准化（监管问题）

尽管在过去50年中MSCs研究不断扩大，但迄今为止只有13种MSCs产品在少数国家获得上市许可，其中包括6种美国产品和5种韩国产品。虽然各国的监管框架可能有所不同，但必须满足以下监管要求才能成功进行临床转化。

对于同种异体间充质干细胞，需要进行供体筛选以最大程度地降低传染病传播的风险，而有关良好组织产品的指导可以提供保障措施，防止制造过程中的污染。标准化分离和扩增程序、最大程度地减少批次差异、提高细胞效力以及按照良好生产规范 ( GMP ) 大规模生产高质量临床级产品是成功应用MSCs的重要考虑因素。

值得注意的是，严格按照GMP标准生产并获得韩国和美国食品药品管理局 (FDA) 批准的同种异体人类UCB来源MSCs已用于BPD和IVH的临床试验。

04旁分泌效力测定

旁分泌效力测定法可测量代表间充质干细胞作用机制的生物/生化活性，从而规避间充质干细胞的供体异质性和批次差异性，进而筛选出具有最佳临床疗效的间充质干细胞。

我们的临床前数据表明，测量间充质干细胞中的血管内皮生长因子或BDNF水平可作为一种替代标记物，用于选择对BPD和HIE/IVH具有最佳旁分泌效力和临床疗效的间充质干细胞。

05间充质干细胞的预处理

最近的研究表明，体外预处理（例如暴露于缺氧、脂多糖、生长因子和药理学/化学药剂）可增强MSCs的旁分泌效力和治疗效果。从预处理的MSCs中获得的分泌蛋白组的旁分泌谱因所用方案而异。

最近，韩国FDA批准了一项I期临床试验，涉及使用凝血酶预处理的UC衍生MSCs治疗HIE和IVH（KCT0004851）。

06间充质干细胞基因工程

目前有很多研究正在研究诱导性多能干细胞 (iPSC) 衍生的MSC，以克服MSC目前的局限性，例如其有限的增殖能力以及旁分泌效力和治疗效果的异质性。此外，通过基因过表达增强iPSC衍生的MSC特定旁分泌因子的释放代表了一种有前途的治疗策略。

总体而言，基因工程iPSC衍生的间充质干细胞表现出更好的旁分泌效力和治疗效果，可能代表一种更好的治疗策略，可以克服间充质干细胞的主要缺点，例如其异质性和体外扩增有限。

07选择合适的间充质干细胞治疗患者

尽管间充质干细胞疗法具有潜在的益处，但在选择可能从间充质干细胞疗法中受益的合适患者时，必须进行谨慎的风险效益评估。及早发现日后罹患BPD风险最高的婴儿对于间充质干细胞疗法能否成功挽救/预防BPD至关重要。

由于胎龄小和长时间呼吸支持是早产儿发生BPD的两个众所周知的主要预测因素，我们在最近进行的II期双盲随机临床试验中招募了23-28孕周 (GW) 的极早产儿，这些婴儿在出生后5-14天需要长时间呼吸机支持且呼吸功能恶化。

对于HIE，治疗性低温是目前的标准治疗方法，已知可改善15%HIE婴儿的神经系统结果，但它并不是很有效，尤其是在重症病例中。在患有重度HIE（涉及同侧半球体积50%以上的）的新生大鼠中，我们观察到，只有联合使用低温和MSCs治疗（而不是单独使用其中一种疗法）才能显著减轻严重的HIE脑损伤。

总的来说，这些研究结果表明，在即将进行的II期临床试验中，仅招募经低温治疗后没有临床改善的中度/重度HIE婴儿可能是测试MSCs对HIE的治疗效果的最佳招募标准。

对于实验性IVH，通过向脑室内注射200μL而不是100μL母鼠血液，我们能够在新生大鼠中持续诱发严重IVH以及随之而来的出血后脑积水 (PHH) 和脑损伤的进展，并且使用该动物模型模拟严重IVH的临床病程，我们观察到使用MSCs疗法可显著减轻严重IVH引起的PHH和脑损伤。由于>50%被诊断为严重 (≥3级) IVH的早产儿死亡或在高达70%的病例中发展为PHH，患有严重IVH且死亡/脑损伤风险最高的早产儿可能是未来II期临床试验的最佳入组候选人，该试验旨在测试MSCs在防止严重IVH后PHH和脑损伤进展方面的治疗效果。

08确定间充质干细胞的最佳给药途径

鉴于旁分泌信号的范围有限，增强宿主损伤反应性旁分泌保护作用的关键因素是供体细胞与损伤部位的紧密接近。

在实验性IVH中，静脉注射MSCs剂量为脑中心静脉注射剂量的5倍（5×105），与脑中心静脉注射剂量为1×105）相比，在预防严重IVH方面表现出同等的治疗效果。这些发现表明，对于临床不稳定、无法耐受侵入性更强的脑中心静脉注射MSCs治疗新生儿神经系统疾病的患者，侵入性较小的全身静脉注射途径可能是一种很好的替代途径。

在IVH/HIE的临床试验中，局部脑中心静脉注射和全身静脉注射MSCs均被证明是安全可行的。

09确定间充质干细胞给药的最佳时机

确定MSCs的最佳注射时机是一个有待澄清的关键问题。

在BPD的临床前研究中，出生后第3-4天早期注射（而不是出生后10-14天晚期注射）可显著减轻高氧性肺损伤。因此，在BPD的临床试验中，我们仅招募了23-28周龄时需要长期呼吸机支持且在出生后5-14天出现呼吸恶化的极早产儿。

在实验性IVH中，MSCs治疗对严重IVH的保护作用具有时间依赖性，仅在P6高峰平台期早期表现出显著保护作用，但在P10炎症消退期晚期无保护作用。在IVH的I期临床试验中，在早产儿严重IVH的初步诊断后7天内注射了17例MSCs。

对于HIE，在HIE后6小时内应用低温治疗是临床治疗的第一步。在临床前研究中，低温扩大了治疗时间窗并增强了MSCs对严重HIE的神经保护作用。对于我们最近进行的HIEI期临床试验 (KCT0004851)，在完成低温治疗后72小时内向未显示临床改善的中度至重度HIE足月新生儿注射MSCs。

总之，在临床环境中，尽早进行间充质干细胞治疗以进行早期抢救/预防治疗将最有利于获得最佳治疗结果。

10确定间充质干细胞给药的最佳剂量

考虑到在实验性BPD和IVH中，与全身静脉注射相比，通过局部IT或IC途径注射的MSCs剂量减少4到5倍而治疗效果更好或相同，MSCs的输送途径可能是最佳剂量的主要决定因素。

对于BPD，我们的临床前数据表明，通过IT注射0.5-50×106细胞/kg体重范围内的MSCs可剂量依赖性地减轻高氧性肺损伤。

在IVH/HIE的I期临床试验中，给予单次IC剂量0.5-1×107cells/kg。对于HIE，在48小时和2个月时给予两次IV剂量2×106cells/kg。对于围产期动脉缺血性中风，给予IN剂量45-50×106cells/kg。

由于所有通过不同途径测试不同剂量细胞的I期临床试验都是安全可行的，没有任何剂量限制性毒性或严重不良事件，因此根据临床前和临床研究数据，确定以最佳途径获得最大临床效益的最佳剂量将是未来临床试验的一项重要任务。

结论

与以特定剂量提供单一化学药剂的传统药物治疗不同，MSC充当“旁分泌因子工厂”，发挥其对宿主损伤反应的多效性保护作用。

因此，间充质干细胞疗法可能成为治疗BPD、IVH和HIE等具有复杂多因素病因的新生儿疾病的根本方法。临床前研究和临床试验方面的最新进展使人类MSCs新生儿疗法更接近临床转化。

然而，为了尽快成功实现临床转化，还需要进一步解决几个问题，包括最佳细胞、临床适应症、时机、途径和剂量。应该循序渐进，而不是仓促行事，坚持不懈地努力克服这些障碍，对于使间充质干细胞疗法成为治疗新生儿疾病的下一个突破至关重要。

参考资料：Yun Sil Chang, Misun Yang, So Yoon Ahn, Se In Sung, Won Soon Park, Improving the future of clinical trials and translation of mesenchymal stromal cell therapies for neonatal disorders, Stem Cells Translational Medicine, 2024;, szae060, https://doi.org/10.1093/stcltm/szae060

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