间质干细胞治疗骨关节炎的临床试验：关节软骨再生的挑战

骨关节炎（OA）是一种全关节疾病，主要特征是透明软骨的退化。目前的治疗方法包括微骨折和软骨细胞植入，作为早期的手术策略，可以结合支架来修复骨软骨病变；然而，关节内（IA）注射或植入间充质干细胞（MSCs）是新的方法，在动物模型和人类中呈现出令人鼓舞的治疗效果。

近日，国际分子科学杂志研究总结了间充质干细胞治疗骨关节炎的临床试验，并对关节软骨再生的提出了新的挑战。

研究重点是它们在关节软骨再生方面的有效性、质量和结果。临床试验中使用了几个来源的自体或异体间充质干细胞。一般来说，轻微的不良事件被报告，表明间充质干细胞的IA应用是潜在的安全。在人类临床试验中评估关节软骨的再生是具有挑战性的，特别是在骨关节炎症环境下。

我们的研究结果表明，IA注射间充质干细胞在治疗OA和软骨再生方面是有效的，但可能不足以完全修复关节软骨缺陷。临床和质量变量对结果的可能干扰表明，仍然需要强有力的临床试验来产生可靠的证据，以支持这些治疗。

我们建议，在适当的治疗方案中给予足够剂量的有活力的细胞，对于实现有效和持久的效果至关重要。就未来的前景而言，基因修饰、从间充质干细胞中提取的细胞外囊的复杂产品、水凝胶中的细胞封装和3D生物打印组织工程是改善间充质干细胞治疗OA的有希望的方法。

本文的目的是回顾使用间充质干细胞疗法治疗骨关节炎的临床试验，旨在评估其在关节软骨再生方面的结果指标、有效性和质量。

间充质干细胞疗法

培养扩增的MSC表现出细胞形态、生理学和基因表达谱的改变，以及微生物和异生素污染风险的增加。MSC治疗的不良事件可能与培养扩增和不利的细胞分化的后果有关，特别是对于全身血管内给药；然而，间充质干细胞已广泛用于临床前动物模型，以研究其治疗OA的软骨形成分化和信号传导活动，尤其是在无支架关节内 (IA) 注射中。在这些实验研究中观察到的益处推动了间充质干细胞疗法进入人体临床试验。

间充质干细胞的IA注射在临床试验中为OA的治疗提供了令人鼓舞的结果，诱导关节软骨缺损的再生并减轻症状，安全性和有效性（图1a）。这种方法具有显着的转化潜力，但最佳的MSC配方仍然难以捉摸，在开发有效的方案疗法用于临床常规之前，还需要进行更大规模和更严格的研究。

(a) 关节内注射MSCs：采集自体或同种异体培养扩增的MSCs并注射到关节腔内，在关节腔内产生免疫调节因子、营养因子和细胞外囊泡，诱导软骨缺损再生和症状缓解。

(b) 自体间充质干细胞植入 (AMI)：用纤维蛋白胶将自体培养扩增的MSC植入回软骨缺损处。

(c) 基质辅助自体间充质干细胞植入 (MAMI)：将生物支架应用于具有培养扩增的MSC的软骨缺损。

骨髓间充质干细胞

一项关于间充质干细胞治疗OA的试点研究显示，疼痛缓解，以及膝关节功能和修复方面有明显的改善。骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）的IA注射被认为是一个有前途的治疗选择，不需要住院或手术。

一项I/II期试验显示了软骨恢复、疼痛减轻和身体活动恢复的证据，而没有严重的不良反应；然而，这项研究缺乏随机对照组、较长的随访时间和更相关的结果测量。

在接受胫骨高位截骨术（HTO）的参与者中，一项前瞻性、随机对照的临床试验表明，与单纯的HTO相比，结果评分有所改善。约6100万（M）培养扩增的自体BM-MSCs注射到膝关节OA患者的关节中，2年后证明PROM有明显改善，但1年后软骨厚度仅有轻微增加。

脂肪来源的间充质干细胞

脂肪来源的间充质干细胞 (AD-MSC) 也已被证明对关节内治疗是安全的，即使在1亿细胞的高浓度下也是如此。患者报告疼痛减轻，MRI、关节镜检查和组织学评估表明缺损尺寸减小以及透明样关节软骨的再生很好地整合到软骨下骨上。

最近，一项随机、双盲和安慰剂对照试验表明，单次IA注射AD-MSCs在6个月后令人满意地减少了与OA相关的症状，没有相关的不良事件。WOMAC总分降低了55%，而软骨缺损在MSC组中保持不变，而在盐水对照组中有所减少 。

在一项随机临床试验中评估了通过IA注射100M细胞的一种或两种AD-MSC给药方案的疗效，并将其与作为对照的常规和保守管理方法进行比较。这项研究表明，干细胞疗法超越了传统方法，显示出疼痛和功能的显着改善，以及间隔6个月的两次给药方案更一致的OA稳定性。

在一项包含18名受试者的随机研究中，通过多组分MRI技术评估了同种异体AD-MSC的软骨修复结果。虽然PROM分数表明症状有所改善，但T1rho映射被认为是最敏感的方法。该研究缺少对照组，并且 MRI分析未与软骨修复的直接评估相辅相成。同种异体AD-MSCs (ELIXCYTE®)在一项患者盲法、随机和主动对照研究中证明了有效性，但43.9%的患者经历了至少一种轻微的不良反应。IA注射HA或16、32和64M细胞的所有组在治疗24周后均显示WOMAC疼痛评分降低。与HA相比，随访第4周的总WOMAC、僵硬和功能受限评分显着降低，表明细胞治疗具有早期有效的结果。

滑膜和外周血来源的间充质干细胞

滑膜来源的间充质干细胞 (SD-MSCs) 被应用于基质辅助自体间充质干细胞植入 (MAMI)（图1c），并且这种方法与MACI在短期、前瞻性和单次试验中进行了比较。盲法随机研究。在没有不良事件的情况下，MAMI表现出更好的功能和PROM结果，以及在MRI评估中良好至极好的软骨缺损填充。

此外，与BM-MSC相比，SD-MSC的软骨形成能力更强，成骨能力更低，而且它们可以很容易地在体外分离和扩增; 然而，本研究未进行组织学和关节镜分析，因此未将MAMI再生软骨组织的特征与MACI进行比较，并且无法证明组织学优势的证据。

脐带和胎盘来源的间充质干细胞

I/II期临床试验测试了七名参与者关节内注射的同种异体人脐带血间充质干细胞 (hUCB-MSCs) 和HA水凝胶的复合物。未观察到不良或不良反应，患者报告6个月时PROM评分显着改善。ICRS关节镜和组织学评估表明，分别在治疗3个月和1年后修复了成熟且整合良好的透明软骨组织。这些改进维持了7年以上，证明了关节软骨再生的有效性和持久性。在单臂开放标签临床试验中，还观察到hUCB-MSCs与HA治疗的改善。还在双盲和安慰剂对照研究中对胎盘来源的间充质干细胞 (PLMSC) 进行了研究。该研究表明2个月时临床改善以及6个月时软骨厚度增加。

间充质干细胞疗法在骨关节炎中的不良事件

必须在临床试验中正确描述不良事件 (AE)，并且根据类型、持续时间、强度和患者人数 (N) 对其进行评估对于证明支持治疗的可靠安全数据非常重要。21项研究提供了AE的描述，8项研究报告在临床试验期间没有发生AE，6项研究没有显示AE的数据。如表1所示，最常见的AE是在IA注射MSC后立即开始的关节疼痛和肿胀（积液）。

轻度和中度AE的数量分别为89%和11%。未发现与MSC治疗相关的严重AE。尽管AE的持续时间是评估治疗安全性的重要参数，但57%的临床试验并未显示这些数据。总体而言，这些研究表明，间充质干细胞治疗骨关节炎在各自的随访期间是安全的。

临床变量和结果

表2描述了临床试验的主要变量和结果。在所有审查的临床试验中，轻度不良事件占主导地位。自体 (66%) 或同种异体 (20%) BM-MSC和AD-MSC分别是49%和37%临床试验中的细胞类型选择（图2a），表明MSC具有未开发的治疗潜力来自其他来源。

只有5项研究进行了3至5年和大于5年的随访（图2b），1年以内的研究占临床试验的60%；然而，这些研究中发现的异质性并没有为持久的再生和治疗效果提供足够的证据。

(a) 每个组织来源的MSC的研究数量。(b) 具有短期、中期和长期随访的研究数量。(c) 参与人数少、平均人数和人数多的研究数量。(d) 呈现诊断为轻度 (I-III) 或重度 (IV) OA等级的参与者的研究数量。

NA：不可用；a：表示从基线到后续；b：分量表的总体平均值；c：实验组和对照组的唯一手段；WOMAC：西安大略大学和麦克马斯特大学骨关节炎指数；KOOS：膝关节损伤和骨关节炎结果评分；IKDC：国际膝关节文献委员会评分；PCI：软骨指数差；HTO：胫骨高位截骨术；VAS：视觉模拟评分；WORMSs：全器官 MRI 评分；HA：透明质酸；BMAC：骨髓抽吸浓缩物；AMI：自体间充质干细胞移植；MAMI：基质辅助自体间充质干细胞移植；SVF：自体基质血管部分；MOAKS：膝关节 MRI 骨关节炎评分；PRP：富含血小板的血浆。

大多数试验并未根据患者的个体特征（例如年龄或肥胖）区分结果，尽管这些变量是OA最重要的危险因素之一。此外，只有四项临床试验采用两次剂量IA注射MSCs而不是一次剂量方案，并且77%的研究使用自体MSCs。相当数量的患者 (N) 参与了I期和II期研究 (71%)，但迄今为止尚未描述III期临床试验。29%的研究进行了大型临床试验（N >50）（图2c），这表明很少有研究对OA的治疗提供更可靠的统计显着性，说明了人口变异性。

图2d显示大多数研究 (46%) 包括具有IV级OA证据的参与者，表明MSC疗法可能具有治疗严重OA的潜力，但没有一项研究比较不同OA等级组的结果。

如图3a所示，67%的研究显示PROM结果评分提高了2倍以上，而62.5%的MRI结果临床试验报告有显着改善（图3b ）。图3c显示71%的研究显示WOMAC变化大于17个点；该分析基于接受全膝关节置换术治疗的患者的基线和随访WOMAC总分的队列的最小临床重要差异。这些发现表明，IA注射MSCs在治疗OA和软骨再生方面是有效的，但它们可能不足以完全修复软骨缺损。此外，在15项研究中没有观察到WOMAC变化的剂量依赖性改善（图3d），表明其他变量可能与其临床疗效相关。

(a) 结果分数每提高一倍的研究数量。(b) 有或无显着MRI改善的研究数量。(c) 具有最小临床重要性WOMAC评分变化（≥17）的研究数量。( d ) 来自15项研究的 IA 注射MSC剂量呈现的WOMAC评分变化。

临床试验和间充质干细胞制造的质量保证

确保临床试验的质量，以及MSC生产的质量控制和可重复性，是有意义的细胞疗法开发和评估的重要步骤。临床研究必须遵循严格的方法并避免偏倚，因为这些研究中的可靠证据对于支持治疗决定或建议至关重要。在这篇综述中，我们评估了35项临床试验，发现其中85.7%和80.0%分别详细描述了纳入和排除标准以及关节内注射或外科手术。

除了MSC疗法，大多数研究（71.4%）没有使用其他伴随的干预措施，例如关节内注射透明质酸、微骨折、软骨细胞植入、截骨术和基质辅助植入；然而，8.6%的临床试验描述了患者在研究期间使用其他药物的事实，而51.4%没有提及伴随药物的使用。进行其他伴随干预或允许患者在临床试验期间使用抗炎药和止痛药的研究最终会给结果增加变量，最终会产生偏差并损害对结果的信心。

细胞特性、纯度、无菌性、活力和效力是MSC制造及其治疗应用的质量控制分析的基本特征。这些规格在监管机构的指南和产品特定要求中推荐用于细胞治疗产品的鉴定，但目前还没有质量控制标准；然而，国际细胞治疗学会 (ISCT) 已经为MSC的定义制定了最低标准，这些标准对于确保其制造和治疗应用的质量、可重复性和可靠性至关重要。

最后，我们发现89%的临床试验描述了MSC制造方法，而83%进行了推荐的质量控制测试。这些数据表明，大多数研究都遵循了MSC治疗用途的最低标准。总而言之，这些发现表明有必要进行更多的临床试验，以明确避免患者使用伴随药物产生的偏倚。

结论

我们的回顾表明，IA注射间充质干细胞是潜在的安全和有效的医药产品，通过产生免疫调节和营养因子在关节中创造再生的微环境，在治疗骨关节炎中起到信号细胞的作用。本文回顾的临床试验表明，这些因素不足以使软骨缺陷完全再生，但是否可以改进剂量和剂量方案以获得更成功的治疗，仍然难以捉摸。

我们的研究结果还表明，临床和质量变量可能会干扰所回顾的研究中描述的关节软骨的再生结果，因此，为了产生可靠的证据，支持间充质干细胞在治疗骨关节炎中的决定或建议，仍然需要进行更有力的临床试验。

主要参考文献：Carneiro DdC, Araújo LTd, Santos GC, Damasceno PKF, Vieira JL, Santos RRd, Barbosa JDV, Soares MBP. Clinical Trials with Mesenchymal Stem Cell Therapies for Osteoarthritis: Challenges in the Regeneration of Articular Cartilage. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(12):9939. https://doi.org/10.3390/ijms24129939。

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