Un estudio clínico sobre la seguridad y la eficacia de los exosomas de células madre mesenquimales para el tratamiento de COVID-19.

Antecedentes 1.1. Nueva infección por coronavirus y estrategias médicas actuales La enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) causada por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ha estado causando estragos durante más de tres años, causando más de 5 millones de muertes en todo el mundo. La Organización Mundial de la Salud ha declarado que la neumonía por COVID-19 es una pandemia mundial y una emergencia de salud pública[1]. Aunque la eficiencia diagnóstica y la precisión del tratamiento han mejorado, el efecto general del tratamiento aún es limitado. Las principales causas de muerte incluyen neumonía grave, síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), edema pulmonar o insuficiencia multiorgánica[2]. Entre ellos, ARDS es el más grave. Los estudios patológicos han demostrado que la patogenia del SDRA se debe principalmente a la respuesta inmunitaria inducida por el coronavirus al atacar las células alveolares; La infiltración de células inmunitarias conduce a la destrucción de la estructura endotelial de los capilares pulmonares, lo que hace que el plasma, las proteínas plasmáticas y las células sanguíneas entren en el intersticio pulmonar y la cavidad alveolar, formando edema pulmonar. Debido a la destrucción del tejido epitelial alveolar, una gran cantidad de líquido de edema ingresa a los alvéolos, lo que da como resultado una función de difusión limitada de los alvéolos y la incapacidad para realizar una función respiratoria normal. Al mismo tiempo, con el agravamiento del daño tisular, las células liberan aún más varios factores inflamatorios para formar la llamada tormenta de citocinas, que finalmente destruye por completo la mayoría de los alvéolos pulmonares y las estructuras respiratorias bronquiales, lo que provoca un grave desequilibrio entre la ventilación y la perfusión y, en última instancia, la muerte. del paciente[3].

En este evento de emergencia mundial del coronavirus, la principal estrategia médica para combatir el COVID-19 es usar antibióticos y medicamentos antivirales para bloquear el ciclo de replicación del virus y suprimir la inflamación del huésped. Esta estrategia ha llevado a un tratamiento sintomático y de apoyo eficaz en algunos casos, incluso con resultados prometedores, pero no es el tratamiento definitivo para esta infección. Por ejemplo, las intervenciones de regulación inmunitaria como tocilizumab (bloqueador del receptor de IL-6), adalimumab (anticuerpo anti-TNF) y eculizumab (anticuerpo anti-C5) pueden aliviar de manera efectiva los síntomas del paciente, pero no pueden curar la enfermedad de manera fundamental. De hecho, hay dos características principales de la neumonía por COVID-19: primero, las personas con baja inmunidad son más susceptibles al COVID-19[4], y segundo, el principal órgano diana son los pulmones[5]. De hecho, se ha informado que la insuficiencia respiratoria es una de las principales causas de muerte por COVID-19[6], y las autopsias han mostrado daño pulmonar, reacciones exudativas significativas y embolia pulmonar en muchos pacientes[7].

1.2. Exosomas de células madre mesenquimales Se ha demostrado que las células madre mesenquimales (MSC) tienen funciones inmunomoduladoras y regenerativas completas y potentes[8]. Las MSC pueden combatir la muerte celular asociada con la patogenia de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), la fibrosis pulmonar idiopática, el asma, el SDRA y la hipertensión pulmonar, y promover la regeneración celular[9,10]. Los exosomas son uno de los efectores paracrinos clave secretados por las MSC y se consideran candidatos atractivos para la terapia alternativa de MSC debido a su biocompatibilidad similar a las células madre y su capacidad para mantener las propiedades curativas [11]. En condiciones fisiológicas y patológicas, los exosomas desempeñan un papel clave en la comunicación intercelular mediante el transporte de diversas biomoléculas, como miARN y proteínas, a las células diana[12]. A diferencia de los cuerpos apoptóticos y las microvesículas derivadas de la superficie celular, los exosomas se producen a través de la vía endocítica y cargan el contenido citoplasmático de la célula madre. Por lo tanto, son mini versiones de las células madre, imitando algunas de sus características fisiológicas. En comparación con sus contrapartes celulares, la no toxicidad, la baja inmunogenicidad, la alta estabilidad, la facilidad de almacenamiento y el potencial para la producción en masa como productos listos para usar son varias de las ventajas de los exosomas, que han llevado a su expansión en aplicaciones clínicas como nuevas alternativas terapéuticas. Además, la función natural de los exosomas les permite entregar sus componentes bioactivos citoplásmicos y de membrana desde las células madre a las células diana a través de la fusión de membranas [13]. También hay otras características únicas, incluida la capacidad natural de cruzar barreras biológicas como la barrera hematoencefálica (BBB). Además, la biocompatibilidad es otra característica. Debido a su origen a partir de fuentes biológicas y su capacidad de orientación inherente, los exosomas se han utilizado como portadores de componentes de fármacos en estudios preclínicos[14].

1.3. Mecanismo del tratamiento con exosomas derivados de células madre mesenquimales Los exosomas derivados de MSC heredan propiedades inmunosupresoras de sus células progenitoras, y las MSC-evs pueden utilizar varios mecanismos para equilibrar la función del sistema inmunitario. Un mecanismo clave es la reprogramación y la alteración del fenotipo de varias células inmunitarias. Por ejemplo, la capacidad de los exosomas derivados de MSC para promover la supervivencia de los macrófagos alveolares y cambiar su fenotipo de polarización proinflamatoria (M1) a polarización antiinflamatoria (M2) se ha demostrado en al menos dos estudios. Estos hallazgos sugieren que los exosomas pueden servir como alternativas viables a sus células progenitoras, y también se ha informado que esta capacidad altera la relación Treg/Teff para aumentar Treg y promover la secreción de citocinas antiinflamatorias [15,16].

En múltiples modelos, las MSC-ev tienen características terapéuticas similares a las MSC, son más fáciles de preparar, almacenar y transportar al lado de la cama y evitan algunas limitaciones de la terapia celular, como el riesgo de embolia pulmonar y formación de tumores. En los últimos años, MSC-evs ha recibido una amplia atención como biomarcadores de patogénesis y fármacos terapéuticos para una variedad de enfermedades. Además, los exosomas secretados por MSC pueden regular la inmunidad a través de la interacción con las células inmunitarias e inhibir las respuestas inflamatorias a través de las citocinas [17,18]. Numerosos estudios han demostrado que los exosomas secretados por MSC se pueden usar para tratar deficiencias inmunitarias, inflamación, ARDS y otras enfermedades pulmonares[19,20], por lo que los exosomas secretados por MSC también pueden ser efectivos para tratar la inflamación pulmonar causada por COVID-19 Los exosomas son uno de los principales ingredientes activos secretados por las células madre y tienen un tamaño de 30-150 nm. Después de la nebulización, los exosomas pueden llegar directamente a los bronquiolos y alvéolos, lo que favorece la máxima absorción de los fármacos[21]. Múltiples ensayos clínicos han demostrado que la infusión intravenosa de MSC y MSC-evs para el tratamiento del daño pulmonar grave causado por el SARS-CoV-2 es segura y eficaz[22] y, en el caso de lesión pulmonar, la vía de nebulización proporciona una método eficaz de administración de fármacos a los sitios de destino de los pulmones. Por lo tanto, especulamos que los exosomas secretados por MSC nebulizados pueden ser un método eficaz para reducir el daño pulmonar por COVID-19 y promover la recuperación.

1.4. Estudios de casos clínicos de exosomas derivados de células madre Recientemente, el fármaco inhalado contra la COVID-19 Exo-CD24, dirigido por el experto del centro médico israelí Nadir Arber, que es una combinación de exosomas y proteína CD24, ha mostrado resultados prometedores en los primeros ensayos clínicos. . El medicamento pudo curar a 29 de los 30 pacientes graves dentro de los 5 días posteriores al tratamiento y tiene el potencial de tratar a los pacientes con COVID-19 dentro de los 3-5 días. Aunque Exo-CD24 aún no ha superado las pruebas de fase III, ha mostrado un gran potencial en el futuro[23]. La FDA de EE. UU. aprobó el uso de vesículas extracelulares (EVS) para el tratamiento de COVID-19 a través de un ensayo de fase I/II realizado por Direct Biologics. ExoFlo, el EVS utilizado, restaura la salud y la vitalidad de los pacientes al reducir la inflamación sostenida, promover la revascularización del tejido dañado y remodelar el tejido cicatricial. También se han iniciado estudios clínicos nacionales, la investigación clínica en el Quinto Hospital Popular de la ciudad de Wuxi, provincia de Jiangsu, ha confirmado que las vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales del cordón umbilical nebulizadas son un tratamiento seguro y viable para la COVID-19. El estudio se publicó en Stem Cell Reviews and Reports en junio de este año e incluyó siete pacientes diagnosticados con neumonía por COVID-19, incluidos dos casos graves (Pacientes 2 y 4) y cinco casos leves (Pacientes 1, 3, 5, 6, y 7). No se observaron reacciones alérgicas agudas como inflamación de la garganta o la lengua, sarpullido, dificultad para respirar, mareos, vómitos o hipotensión en ninguno de los pacientes dentro de las dos horas posteriores al tratamiento con nebulización. Tampoco se informaron eventos adversos o reacciones alérgicas secundarias después del tratamiento. Las tomografías computarizadas de tórax mostraron una disminución en la densidad de los nódulos del lóbulo pulmonar y la absorción de las lesiones pulmonares en pacientes leves y graves después del tratamiento nebulizado con vesículas extracelulares derivadas de MSC[21]. El Hospital Ruijin y el Hospital Jinyintan están llevando a cabo una investigación conjunta sobre el tratamiento nebulizado de COVID-19 utilizando exosomas derivados de células madre mesenquimales alogénicas humanas derivadas de tejido adiposo (HAMSC-Exos). Siete pacientes críticos con COVID-19 fueron tratados con HAMSC-Exos mediante inhalación por nebulización, y todos los pacientes toleraron bien el tratamiento sin evidencia de eventos adversos o inestabilidad clínica durante o inmediatamente después de la nebulización. Todos los pacientes mostraron un aumento en el recuento de linfocitos séricos (mediana de 1,61 × 10 ^ 9/L frente a 1,78 × 10 ^ 9/L), y las lesiones pulmonares se redujeron en diversos grados en todos los pacientes después de inhalar aerosoles HAMSC-Exos, con cuatro pacientes mostrando una mejora significativa. Los resultados preliminares sugieren que las lesiones pulmonares de los participantes mejoraron significativamente[21].

Sin embargo, la mayoría de los ensayos clínicos que usan exosomas de células madre para la infección por COVID-19 tienen los siguientes problemas: (a) tamaño de muestra pequeño, lo que dificulta demostrar de manera efectiva las ventajas de los exosomas de células madre en el tratamiento de COVID-19; (b) falta de un grupo de control; (c) el uso de métodos tradicionales de producción bidimensional, lo que dificulta la producción a gran escala de grandes cantidades de exosomas para el tratamiento clínico; y (d) falta de exploración profunda de mecanismos para fenómenos relevantes. Estos problemas dificultan el progreso en el uso de exosomas de células madre para el tratamiento de la infección por COVID-19. Para abordar estos problemas, este proyecto propone combinar exosomas de células madre mesenquimales del cordón umbilical nebulizadas con un tratamiento convencional para tratar a pacientes con COVID-19 de grado medio a grave y evaluar su seguridad y eficacia.