干细胞可谓浑身是宝,除了细胞本身外,由其衍生的外泌体近年来也在抗衰、淡斑、治疗多种慢性病、对抗光老化、修复疤痕等领域,展现出巨大的营养前景!2013年,三位科学家(托马斯、詹姆斯、兰迪)更是因在“细胞内部囊泡运输调控机制”领域的巨大贡献,而获得诺贝尔生理学或医学奖,一时间让外泌体风光无限,下面就让国际干细胞小编,带大家揭开这款再生医学的“新武器”——干细胞外泌体的神秘面纱吧!
外泌体由多种细胞分泌,几乎存在于所有体液中,如血液、尿液、唾液、脑脊液等,不过目前注册进行的临床试验中,只有从脂肪组织、骨髓或脐带中分离的间充质干细胞被用作外泌体的来源。
间充质干细胞衍生的外泌体(MSC-Exos),是间充质干细胞(MSC)通过旁分泌信号传导分泌的一种具有纳米级双层膜的细胞外囊泡,主要给药途径包括静脉输注、吸入或局部给药等方式。外泌体不仅可以重现间充质干细胞的生物学潜力,而且还具有靶向递送、免疫原性低、可修复性高等特点。
一方面,外泌体参与细胞间通讯,其表面存在磷脂双层,具有良好的稳定性和渗透性,可以调节这些细胞的功能和信号传导,类似于人体的“货运车”,及时将蛋白质、mRNA、microRNA等,传递到靶细胞中;
另一方面,外泌体中存在多种生物活性分子,如蛋白质、microRNA等,可通过维持和招募内源性干细胞、抑制细胞凋亡、免疫调节和刺激血管生成,发挥良好的组织恢复作用。
因此,MSC-Exos正在成为一种有前景的无细胞治疗工具,在美容抗衰、多种慢病治疗领域展现出巨大的应用潜力,可谓“不是细胞,却胜似细胞”!国际干细胞研究医学部之前做过相关介绍,大家可阅读原文:干细胞外泌体是淡斑黑科技?还能逆转肌肤断崖式衰老?
MSC(间充质干细胞)可以产生多种细胞外囊泡(EV),包括外泌体(直径30-150nm)、微泡(直径150-500nm)、凋亡小体(直径800-500nm)。与间充质干细胞相比,MSC-Exos(间充质干细胞衍生的外泌体)具有以下优势:
1、直径更小:与直径为30-60μm的MSC相比,MSC-Exos直径仅为30-150nm(1μm=1000nm),显然MSC-Exos的直径要小得多,给药后可有效转移到特定组织,而不会在肺微血管中聚集。
2、更易储存:MSC需要在-196℃的液氮环境中储存,而MSC-Exo可在−80℃下长期保存,显然外泌体更易储存。
3、逃避免疫反应:在基因治疗中,外泌体疗法绕过免疫系统的能力是有益的。例如,外泌体包膜的腺相关病毒 (AAV) 载体显示出增强的转导和逃避中和抗体的能力。
4、靶向递送:外泌体能够被设计用于将特定治疗剂直接携带至靶细胞或组织,从而增强治疗效果。这一特性对于改善现有治疗方法和引入新模式都至关重要。
外泌体可以来源于不同类型的MSC,其大部分生物学功能具有相似之处,比如均具有组织修复、再生和促进血管生成等特点,但不同类型的外泌体其功能、特征和治疗作用也存在一定的差异,临床常见类型及特点如下:
骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)是从骨髓中分离出来的,由其衍生的外泌体(BM-MSC-Exos),具有抗炎、免疫调节、抑制T细胞分泌的IFN-γ(干扰素-γ)等作用。此外,还具有病原微生物感染率低、生物学性能稳定、移植后免疫排斥反应低、可能传代次数高、不易失活等优点,并能与多种类型的细胞相互作用。
与BM-MSC-Exos相比,由人类脂肪来源干细胞衍生的外泌体,具有更好的血管生成能力,不仅促进血管生成,还可上调早期炎症反应,可用于改善移植排斥反应,并诱导成骨和脂肪生成,在组织修复和再生中发挥关键作用。此外,还可抑制细胞凋亡,并调节免疫系统。
人脐带间充质干细胞衍生的外泌体,具有较强的体外扩增和多向分化能力,还可以抑制病毒感染和复制,同时还可促进新血管生长、神经再生、成骨祖细胞的骨化。国际干细胞小编帮大家汇总了不同来源外泌体的具体应用,详见下表:
表1 不同来源外泌体的临床应用
▲数据来源“Advances in mesenchymal stem cell exosomes: a review”
MSC-Exos是一种有前途的治疗产品,因为它们可以携带各种分子,并保护其免于在血液中降解。多项临床前及临床研究表明,其在预防和治疗多种慢性疾病(如肾脏疾病、骨关节炎、中风、1型糖尿病等)方面,具有广阔的应用前景。
骨关节炎(OA)是一种慢性退行性关节疾病,可影响腕关节、肘关节、膝关节、髋关节等全身多处关节,患者可出现关节疼痛、僵硬、畸形、活动受限等表现。目前临床没有特别好的治疗方法,主要以对症治疗为主,比如通过使用非甾体抗炎药等,缓解疼痛。
一项关于“BM-MSC-Exos(骨髓间充质干细胞衍生的外泌体)治疗骨关节炎”的研究,共纳入33例患者,他们的病变关节分别为膝盖(n=58)、肩膀(n=32)、肘部(n=16)、臀部(n =12)、脚踝(n=8)、手腕(n=6),输注后6个月时进行随访,结果显示:
“Oswestry残疾指数评分”显著改善了80%,“简要疼痛量表”显著改善了77%,其中,上肢功能量表和下肢功能量表分别提高了51%和76%。这些结果表明,使用BM-MSC-Exos治疗OA关节是有效且安全的,或有望成为关节置换手术的“平替”。
慢性肾脏病(CKD)是一种进行性、不可逆的疾病,发生在肾功能下降至特定阈值后,进行性肾小管间质纤维化是导致终末期肾病(ESRD)的CKD的常见特征。
埃及进行过一项“脐带血MSC-Exos(UCB-MSC-Exos)治疗慢性肾脏病”的临床研究,该研究共选取40例III或IV期CKD患者(年龄为26~44岁)入组,并将其随机分为对照组(n=20,仅静脉输注生理盐水)、外泌体组(n=20,给予UCB-MSC-Exos治疗),之后进行为期12个月的随访。
结果显示,外泌体组患者其血浆TNF-α水平显著下降,同时血清肌酐水平、肾小球滤过率(eGFR)、血尿素和尿白蛋白肌酐比(UACR)显著改善,这可能与循环抗炎细胞因子增加、促炎细胞因子下降有关。
在韩国进行的一项研究中,共纳入25例19~54岁的痤疮疤痕患者(其中7例女性,18例男性),给予ASC-Exos联合二氧化碳激光(FCL)治疗。
结果表明,ASC-Exos侧的皮肤毛孔和皮肤表面的尺寸较基线大幅下降,而对照组则没有明显变化。因此,结合ASC-Exos和激光治疗可以对萎缩性痤疮疤痕治疗的效率产生协同影响。这可能与外泌体能提供多种抗炎和再生生长因子、优化成纤维细胞特性、促进神经酰胺合成、加速伤口愈合和伤口修复有关。
皮肤色素过度沉着是一种皮肤病,通过使皮肤变色或变黑来影响皮肤颜色。目前的治疗策略需要很长时间才能治愈该疾病,而且效果并不理想,还可能造成红斑、干燥、皮肤脱皮等不良反应。
一项“使用脂肪组织来源的MSC的外泌体(ASC-Exos),治疗皮肤色素过度沉着”的研究,选取了21例39~55岁的女性患者入组。治疗组接受0.2g化妆品配方中的ASC-Exos(粒径范围30-200nm),对照组接受0.2g安慰剂(不含ASC-Exos的化妆品配方),持续8周。
结果显示,与对照组相比,ASCA-Exos治疗组的黑色素数量显著减少。这可能与ASC-Exos诱导神经酰胺的合成,控制黑素细胞中的黑素生成有关。
“中风”又被称为“脑卒中”,是因急性脑血管病,引起的局部脑功能障碍,急性缺血性卒中(AIS)占卒中的70%以上。其急性期治疗以致病性再通和脑血流恢复为主,但由于狭窄的时间窗限制,仅有少数患者恢复良好,大多患者可能会遗留后遗症。
“clinicaltrials.gov”收录了一项“miR-124转染的BM-MSC-Exos治疗缺血性中风的1/2期临床试验”,选取5例年龄在40~80岁之间的脑中风患者,在中风后1个月,在缺血区域给予miR-124转染的BM-MSC-Exos治疗,并在治疗后进行为期12个月的随访。
T1DM是一种自身免疫性疾病,因分泌胰岛素的胰腺β细胞破坏,从而引起血液中葡萄糖水平升高(高血糖)。目前,尚无有效的治疗方法,临床以注射胰岛素为主。
开罗大学进行了一项“UCB-MSC-Exos治疗T1DM”的临床研究(NCT02138331),患者年龄为18~60岁之间,入组后给予UCB-MSC-Exos治疗,并在治疗后随访3个月,随访期间将测量HbA1c、葡萄糖耐量、空腹和餐后2小时血糖水平、C肽链水平、胰岛素剂量、肝肾功能等指标。
除上述提到的疾病外,研究显示MSC-Exos在治疗移植物抗宿主病(GvHD)、新冠肺炎(COVID-19)、阿尔茨海默病、黄斑变性、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、牙周炎、干眼症、营养不良性大疱性表皮松解症等方面也展现出良好的应用前景,详见下表:
表2 已发表或正在进行的MSC-Exos临床研究
▲数据整理自https://clinicaltrials.gov/
MSC-Exos在安全性、有效性和多功能性方面具有独特的优势,为美容抗衰、慢病治疗等开辟了新的研究方向,正在成为一种新颖且有前途的“无细胞”生物疗法。小编也期望未来可以尽快攻克MSC-Exos在体内快速清除、长期保存稳定性等方面的挑战,并尽快标准化MSC-Exos产品的治疗剂量、给药途径和亲代MSC来源,使更多的患者获益!如果您也想寻求干细胞或外泌体帮助,可以咨询国际干细胞研究医学部,以获取国内外应用的更多信息。
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[1]Tang Y,et al.Advances in mesenchymal stem cell exosomes: a review[J]. Stem cell research & therapy, 2021, 12(1): 1-12.
https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-021-02138-7
[2]Lotfy A,et al.Mesenchymal stromal/stem cell (MSC)-derived exosomes in clinical trials[J]. Stem Cell Research & Therapy, 2023, 14(1):1-18.
https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-023-03287-7
[3]https://jbioleng.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13036-023-00361-9
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