不同适应症的给药途径差异

有文献表明，ClinicalTrials.gov上的914项MSC临床试验中，有767项能明确给药途径，包括：静脉、动脉、关节腔、鞘内、心肌、肌内、骨内、植入及其他。

这些又可分为全身性的循环系统给药和局部给药，在临床应用中各自面临不同的挑战。

MSC应用挑战：给药方式

作为一种活的药物，MSC在给药过程中同样面临挑战。注射部位、注射器、载体材料及缓冲液等因素都会影响细胞的生存能力。

循环系统给药

通过血管输注MSC，有两个主要挑战：立即经血液介导的炎症反应 [IBMIR] 及细胞留存时间不足。

输注MSC的安全性依赖于对IBMIR的把控，而MSC表面促凝剂如组织因子 [TF] 浓度增高会引起IBMIR，影响细胞植入、细胞寿命和治疗功效。

有趣的是，MSC产品的组织来源、供体来源和传代次数对TF的表达以及IBMIR严重程度有很大的影响。

另一方面，静脉输注的MSC大部分都快速集中到肺毛细血管，被单核细胞吞噬，造成MSC的体内循环及归巢时间不足，同样影响着疗效。

局部给药

截止到2018年，注册的MSC临床试验有49%采取局部给药。这种给药方式可控性强，细胞可以快速定位在患病部位，常常有更好的表现。例如，在改善缺血性卒中症状方面，局部给药比循环系统给药更有效。

尽管如此，细胞在局部的留存时间仍是一个问题。

一项研究使用放射线标记的MSC治疗冠心病，MSC在注射1小时后只有2.1%仍在注射部位，其他大部分出现在肝脏和脾脏。另外一项大鼠实验显示，心肌梗塞部位局部注射MSC 2天后，就已经无法检测到存活的MSC。

此外，细胞必须在距离血管约200μm范围内，才能获取足够的营养和氧气。这也限制了MSC在受损部位的治疗作用，因为新的血管生成需要时间。

改善MSC给药的生物工程方案

循环系统给药

减轻IBMIR

为了减轻IBMIR，最近有研究者提倡在临床上使用低剂量抗凝剂，例如肝素。
另一个策略是寻找新的MSC培养基，因为AB血浆（ABP）中的ABO抗原、补体和凝血因子会加重IBMIR。

表面修饰

其他具有全身抗凝作用的生物工程替代方法还有：在细胞表面覆盖肝素分子涂层，通过基因编辑技术降低TF表达，或者让MSC表达血液调节分子。

延长MSC留存

微囊化是将MSC封装在直径30-50μm的微粒水凝胶内，既不干扰MSC的旁分泌作用，又可显著增加其在体内的留存时间。

有趣的是，微凝胶内的细胞数量可能是控制MSC留存时间的重要因素。

微凝胶

研究表明，多细胞微凝胶的半衰期大于50小时，单细胞微凝胶约20小时，未经修饰的MSC半衰期则小于2小时。

单细胞微凝胶的优势是能减少纤维化囊形成，增加表面积体积比，有利于MSC发挥旁分泌作用。而多细胞微凝胶的优势是胶原蛋白I水平更高，氧张力更低，能延长MSC留存时间。

改善MSC归巢

上调MSC配体的生物工程技术可以强化MSC与炎症部位内皮细胞或趋化因子之间的相互作用，从而改善MSC归巢。

例如在大鼠脑缺血模型中发现，用丙戊酸和锂可以诱导MSC的CXCR4和MMP-9上调，增加MSC归巢，改善功能恢复并缩小脑梗塞体积。

磁靶向

此外，还有一种磁靶向技术可以将磁性标记的MSC引导到靶组织，能大大提高归巢细胞的数量。

吉林大学一项研究使用磁靶向MSC治疗皮肤损伤 doi.org/10.2147/IJN.S258017

局部给药

体外预处理

改善局部给药效果，体外预处理MSC是一种简单的策略。

预处理

例如，疾病部位的微环境通常缺氧，而低氧预处理可上调某些生长因子的表达，帮助MSC提前适应低氧环境。

在心肌梗死大鼠模型中，低氧预处理的MSC被注射到心肌后，3天内死亡的细胞数比未处理的少40%，而且改善了梗死心肌的血管形成，提高了治疗效果。

生物材料封装

使用生物材料封装MSC是另一种克服局部给药相关挑战的潜在策略。

水凝胶

在大鼠心肌梗死模型中，「原生态」MSC存活不到2天，而经处理水凝胶包裹的MSC存活时间长达16天。而且，后者能显著减少疤痕形成，加速血管生成，增加心室壁厚度。

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文 | 新生命

图 | 网络