前言：最近一段時間干細胞療法風聲水起，但在臨床上在臨床前和臨床中都取得了重大進展，但在干細胞療法在臨床上研究中應解決幾個主要挑戰。

這些挑戰包括：（i）可行的干細胞來源，（ii）安全性和免疫原性，（iii）功能異質性，（iv）確保移植后的生物活性和活力；（v）靶向遞送和遷移能力。

01

干細胞的來源

干細胞的來源決定了可獲得的MSC數量、增殖能力和分化潛力！目前，臨床上使用MSC療法的主要來源是骨髓、脂肪組織和臍帶。這些不同的來源，各有優劣勢！

從骨髓采集MSC作為干細胞主要來源，需高侵入性手術，會給供著帶來疼痛，也會帶來感染的風險。此外，骨髓分離的單核細胞中只有約0.001%-0.01%是MSC，且增殖能力有限。

因此，目前骨髓來源的路子逐漸被替代！

脂肪組織也是MSC的替代來源，可通過侵入性很小的流程進行分離，并可獲得同等數量骨髓500倍的MSC數量。盡管有這種優勢，但脂肪組織來源MSC往往偏向分化為脂肪組織，限制在臨床的使用途徑。

臍帶血來源的MSC僅占分離單核細胞的0.2%-1.8%，相比骨髓源的MSC增殖能力更好，且可以分化為骨骼、軟骨和脂肪組織。但是臍帶血本身的量比較少，一次治療可能需要多個供者的臍帶血！

分離自體MSC時，年齡也是一個主要考慮因素，年齡大與MSC衰老及增殖分化力降低有關。

同種異體的供體特征（如性別、組織來源和疾病狀態）變化也會影響MSC的質量和治療效果。

此外，不同臨床MSC分離方法也存在差異，很難標準化。為解決來不同來源和不同分離程序的MSC的不一致問題，國際細胞與基因治療學會（ISCT）在2006年設定了人MSC的最低標準。

對HSC來說，也可以從臍帶血、骨髓和外周血中分離。

分離HSC離體擴增對產生足夠治療數量的細胞至關重要，因此，HSC療法面臨生長潛力有限、培養時易分化及干性隨時間流失等挑戰。

iPSC可以來自多種組織，但主要來自皮膚成纖維細胞和血細胞。自體iPSC的免疫反應低，但由于時間和經濟考慮，目前主要使用同種異體來源。

與其他自體干細胞療法一樣，iPSC也面臨著生產耗時的挑戰，因為生產自體細胞產品的過程很漫長，因此對某些急性適應癥，如心力衰竭，存在較長等待期。

在倫理方面，盡管iPSC能將體細胞重分化為任何所需細胞，解決了與人胚胎干細胞相關倫理問題，但它們的無限分化潛力帶來了額外的倫理困境，如人生殖克隆、胚胎基因改造、人配子產生及種間嵌合動物等問題。

02

安全性和免疫原性

免疫原性相關風險對干細胞療法構成了重大挑戰。MSC的獨特之處在于，由于MHC/HLA I的低表達和缺乏MHC/HLA II，它們表現出低免疫原性。

然而，同種異體MSC不具有完全的免疫“豁免”，供體和受體間的MHC-I錯配，尤其隨供體年齡的增加，可導致免疫排斥反應增加。

自體MSC可避免MHC錯配，但可能攜帶患者的遺傳缺陷，損害治療效果。

此外，由于MSC常通過靜脈給藥，因此存在即時血液介導炎癥反應（IBMIR）的風險，這是一種先天免疫攻擊，對MSC的細胞植入、活力和整體治療產生負面影響。

HSC比MSC更容易發生免疫排斥，這可能導致GvHD，即受體免疫系統攻擊供體細胞或供體細胞攻擊受體器官。所以通常，在回輸HSC前，會對患者進行全身照射或化療，以降低GvHD風險，在患者骨髓中為供體HSC植入創造空間。

這些預處理是非特異性的，可能導致影響各種器官功能的并發癥、需輸注紅細胞和血小板、繼發性腫瘤、不孕和長期免疫抑制導致的感染。因此只有不到25%的患者耐受，且可能會導致死亡。

基因療法提供了一種有前途的解決方案，它能對HSC原位編輯，避免了預處理和同種異體移植的風險。

畸胎瘤形成風險是臨床與iPSC治療相關的最重大安全問題。雖然iPSC無限增殖能力有利于治療應用，但由于分化為非目的細胞具有很高的致瘤潛力，因此也會帶來風險。

為降低這種風險，必須建立穩健高效的iPSC定向分化方法，減少終產物中未分化細胞的存在。此外，采用嚴格純化工藝，消除雜質細胞。

03

功能異質性

干細胞的功能異質性是由多種因素引起，包括組織來源、供體特征和組織內的細胞間差異。

MSC的特性取決于其來源以及供體的年齡、性別、疾病狀況和遺傳背景，因此差異較大。

組織來源和供體變化也可導致MSC增殖和分化能力的差異，從而導致治療間效果的不同。

臍帶血來源的MSC具有更高的免疫調節力，骨髓MSC在促進再生方面更有效，脂肪來源MSC表現出更大成脂分化并產生更多細胞基質成分。

細胞因子分泌是MSC的另一重要特性，有助于調節組織修復和調節整體免疫反應，這也因來源和供體而異。如，與年輕脂肪源MSC比，成人脂肪源MSC顯示出更高促炎因子分泌，降低了它們免疫調節力。

供體特征在MSC的特性中起關鍵作用。從男性供體獲得的MSC表現出更高的代謝活性和更強的增殖能力，而來自女性供體的MSC具有更強的成骨反應。

此外，供體的健康狀況會影響MSC功能。如，和健康供體比，晚期骨關節炎患者的MSC表現出增殖能力降低及軟骨生成和成脂分化能力降低。

年齡是另一個關鍵因素，供體年齡的增加與MSC的增殖和分化能力下降有關。

HSC功能的異質性可能源于各種原因，包括細胞發育和成熟過程中遺傳和表觀遺傳重編程的差異、骨髓生態位內的可變定位以及分子和細胞刺激驅動的遺傳變化。

衰老在HSC功能中也起重要作用，隨細胞衰老，骨髓生成增加，淋巴細胞生成減少。

此外，移植后HSC在骨髓中的植入效率因供體的年齡和干細胞來源而異。研究表明，40歲以上的供體與急性和慢性GvHD的風險顯著增加以及移植相關死亡率增加有關。此外，來自女性供體的 HSC 的男性接受者可能會經歷更高的非復發死亡率和GvHD率。

iPSC往往比其他干細胞表現出更大的異質性，因為從體細胞誘導iPSC需多步重編程，這可能會引入變異。

此外，個體間的遺傳差異及重編程過程中發生的改變可導致iPSC表型發生變化，如分化能力、形態和表觀遺傳學譜。

04

移植后生物活性和活力的維持

移植后的細胞保持活力和功能至關重要，但干細胞療法在這方面有許多挑戰。

MSC的靜脈注射（IV）是臨床常用回輸方法，許多研究表明，靜脈注射細胞常被困在肺毛細血管中，存活時間只有幾天。

最近研究表明，肌內注射可將原位存活時間延長至5個月以上，腹膜內或皮下注射的存活時間為3-4周。

此外，許多MSC回輸體內后，在遇到疾病部位的惡劣局部微環境時會無法生存。

移植后MSC的活力也和冷凍保存和解凍方案有關。研究表明，注射前解凍后過夜培養細胞可顯著提高MSC存活率。

HSC成功移植后的活力和活性取決于許多因素，如預處理方案、細胞來源、供體和受體年齡和疾病狀態，及免疫抑制藥物的共同給藥。

預處理方案的強度顯著影響骨髓中HSC的植入率。在骨髓生態位中，HSC與相鄰非干細胞鄰居間的相互作用對維持靜止和自我更新間的平衡至關重要，從而確保HSC庫的穩定。

對iPSC，優化它們分化為所需細胞對遞送后療效至關重要。如，iPSC源的心肌細胞臨床前研究表明，植入效率取決于分化過程的時間，20天效率最高。因此，應優化制造過程，以減少遞送后脫靶效應，提高療效。

05

定值和遷移

移植干細胞回到體內所需部位的能力對治療效果至關重要。

如前所述，由于許多MSC被困在肺毛細血管中，因此通過IV注射MSC進行全身給藥受到了限制，而IBMIR進一步限制了它們的歸巢能力。

靜脈給藥的MSC成功到達目標位置的只有低個位數的百分比。因此，大多處于后期臨床的MSC療法都依賴于局部給藥，如鞘內、心內膜或病灶內注射。

然而，局部給藥并不總是可行的，因為許多適應癥需要更具侵入性的給藥方法。為改善MSC歸巢，正探索幾種技術，包括增加CXCR4表達，使用磁引導、細胞表面工程、離體啟動等方法。

HSC主要給藥到骨髓并重建其微環境。然而，只有約10%的HSC成功植入骨髓。HSC的來源也影響植入率，與來自骨髓或外周血的HSC比，臍帶血HSC的植入延遲更大。

正在探索骨內給藥作為標準IV給藥的替代方案，以便將HSC直接輸送到骨髓并降低GvHD的風險。然而，這種方法也會破壞骨髓微環境，限制其有效性。

iPSC在實體組織的植入面臨重大遞送挑戰?；趇PSC的療法全身輸注常不足以在靶器官中建立移植物，并可能導致脫靶植入。為解決這些問題，正在開發生物工程支架以支持iPSC直接移植到所需部位。然而，這些方法仍需侵入性手術，這會限制它們的適用性。

免責聲明：本公眾號的信息僅供一般參考之用，不可直接作為任何決策的內容和依據，不對任何主體因使用本公眾號文章內容而導致的任何損失承擔責任。