Kliininen tutkimus mesenkymaalisten kantasolueksosomien turvallisuudesta ja tehokkuudesta COVID-19:n hoidossa.

Taustaa 1.1. Uusi koronavirusinfektio ja nykyiset lääketieteelliset strategiat Vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronavirus 2:n (SARS-CoV-2) aiheuttama vuoden 2019 koronavirustauti (COVID-19) on raivonnut yli kolmen vuoden ajan aiheuttaen yli 5 miljoonan kuoleman maailmanlaajuisesti. Maailman terveysjärjestö on julistanut COVID-19-keuhkokuumeen maailmanlaajuiseksi pandemiaksi ja kansanterveyden hätätilanteeksi[1]. Vaikka diagnostinen tehokkuus ja hoidon tarkkuus ovat parantuneet, hoidon kokonaisvaikutus on edelleen rajallinen. Tärkeimpiä kuolinsyitä ovat vaikea keuhkokuume, akuutti hengitysvaikeusoireyhtymä (ARDS), keuhkoödeema tai monielinten vajaatoiminta[2]. Niistä ARDS on vakavin. Patologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että ARDS:n patogeneesi johtuu pääasiassa immuunivasteesta, jonka koronavirus hyökkää keuhkorakkuloita vastaan; immuunisolujen infiltraatio johtaa keuhkokapillaarin endoteelirakenteen tuhoutumiseen, jolloin plasma, plasmaproteiinit ja verisolut pääsevät keuhkojen interstitiumiin ja keuhkorakkuloihin muodostaen keuhkopöhön. Alveolien epiteelikudoksen tuhoutumisesta johtuen suuri määrä turvotusnestettä pääsee keuhkorakkuloihin, mikä johtaa alveolien rajoitettuun diffuusiotoimintoon ja kyvyttömyyteen suorittaa normaalia hengitystoimintoa. Samaan aikaan kudosvaurioiden pahentuessa solut vapauttavat edelleen erilaisia ​​tulehduksellisia tekijöitä muodostaen niin sanotun sytokiinimyrskyn, joka lopulta tuhoaa kokonaan suurimman osan keuhkorakkuloista ja keuhkoputkien hengityselimistä aiheuttaen vakavan ventilaation ja perfuusion epätasapainon ja lopulta kuoleman. potilaasta[3].

Tässä koronaviruksen maailmanlaajuisessa hätätilanteessa tärkein lääketieteellinen strategia COVID-19:n torjumiseksi on käyttää antibiootteja ja viruslääkkeitä viruksen replikaatiosyklin estämiseen ja isännän tulehduksen hillitsemiseen. Tämä strategia on johtanut tehokkaaseen tuki- ja oireenmukaiseen hoitoon joissakin tapauksissa, jopa lupaavilla tuloksilla, mutta se ei ole lopullinen hoito tälle infektiolle. Esimerkiksi immuunisäätelytoimenpiteet, kuten tocilitsumabi (IL-6-reseptorin salpaaja), adalimumabi (anti-TNF-vasta-aine) ja ekulitsumabi (anti-C5-vasta-aine), voivat tehokkaasti lievittää potilaan oireita, mutta eivät paranna sairautta perusteellisesti. Itse asiassa COVID-19-keuhkokuumeella on kaksi pääpiirrettä: ensinnäkin ihmiset, joilla on alhainen immuniteetti, ovat alttiimpia COVID-19:lle[4], ja toiseksi tärkein kohde-elin on keuhkot[5]. Itse asiassa hengitysvajauksen on raportoitu olevan yksi tärkeimmistä COVID-19:n aiheuttamista kuolinsyistä[6], ja ruumiinavaukset ovat osoittaneet keuhkovaurioita, merkittäviä eksudatiivisia reaktioita ja keuhkoemboliaa monilla potilailla[7].

1.2. Mesenkymaalisten kantasolujen eksosomit Mesenkymaalisilla kantasoluilla (MSC) on osoitettu olevan kattavat ja tehokkaat immunomodulatoriset ja regeneratiiviset toiminnot[8]. MSC:t voivat torjua kroonisen obstruktiivisen keuhkosairauden (COPD), idiopaattisen keuhkofibroosin, astman, ARDS:n ja keuhkoverenpainetaudin patogeneesiin liittyvää solukuolemaa ja edistää solujen regeneraatiota [9,10]. Eksosomit ovat yksi tärkeimmistä MSC-solujen erittämistä parakriinisistä efektoreista, ja niitä pidetään houkuttelevina ehdokkaina vaihtoehtoiseen MSC-hoitoon, koska niiden biologinen yhteensopivuus on samanlainen kuin emosolut ja niiden kyky ylläpitää parantavia ominaisuuksia[11]. Fysiologisissa ja patologisissa olosuhteissa eksosomeilla on keskeinen rooli solujen välisessä viestinnässä kuljettamalla erilaisia ​​biomolekyylejä, kuten miRNA:ta ja proteiineja kohdesoluihin[12]. Toisin kuin solun pinnasta peräisin olevat apoptoottiset kappaleet ja mikrovesikkelit, eksosomeja tuotetaan endosyyttisen reitin kautta ja ne kuormittavat emosolun sytoplasmista sisältöä. Siksi ne ovat emosolujen miniversioita, jotka jäljittelevät joitain niiden fysiologisia ominaisuuksia. Soluihin verrattuna myrkyttömyys, alhainen immunogeenisuus, korkea stabiilisuus, helppo varastointi ja mahdollisuus massatuotantoon valmiina tuotteina ovat useita eksosomien etuja, jotka ovat johtaneet niiden laajentumiseen kliinisissä sovelluksissa uusina hoitovaihtoehtoina. Lisäksi eksosomien luonnollinen toiminta mahdollistaa niiden kuljettamisen kalvon ja sytoplasman bioaktiiviset komponentit emosoluista kohdesoluihin kalvofuusion kautta[13]. On myös muita ainutlaatuisia ominaisuuksia, mukaan lukien luonnollinen kyky ylittää biologiset esteet, kuten veri-aivoeste (BBB). Lisäksi bioyhteensopivuus on toinen ominaisuus. Eksosomeja on käytetty prekliinisissä tutkimuksissa lääkeainekomponenttien kantajina, koska ne ovat peräisin biologisista lähteistä ja niiden luontainen kohdistuskyky[14].

1.3. Mesenkymaalisten kantasoluista peräisin olevien eksosomien hoitomekanismi MSC-peräiset eksosomit perivät immuunivastetta suppressoivat ominaisuudet emosoluistaan, ja MSC-EV:t voivat käyttää erilaisia ​​mekanismeja immuunijärjestelmän toiminnan tasapainottamiseksi. Yksi keskeinen mekanismi on erilaisten immuunisolujen fenotyypin uudelleenohjelmointi ja muuttaminen. Esimerkiksi MSC-peräisten eksosomien kyky edistää alveolaaristen makrofagien eloonjäämistä ja siirtää niiden fenotyyppiä proinflammatorisesta (M1) polarisaatiosta anti-inflammatoriseen (M2) polarisaatioon on osoitettu ainakin kahdessa tutkimuksessa. Nämä havainnot viittaavat siihen, että eksosomit voivat toimia elinkelpoisina vaihtoehtoina emosoluilleen, ja tämän kyvyn on myös raportoitu muuttavan Treg/Teff-suhdetta Treg-arvon lisäämiseksi ja anti-inflammatoristen sytokiinien erittymisen edistämiseksi [15,16].

Useissa malleissa MSC-EV:illä on samanlaiset terapeuttiset ominaisuudet kuin MSC:illä, ne on helpompi valmistaa, varastoida ja kuljettaa vuoteen viereen, ja ne välttävät joitain soluhoidon rajoituksia, kuten keuhkoembolian ja kasvaimen muodostumisen riskiä. Viime vuosina MSC-ev:t ovat saaneet laajaa huomiota patogeneesin biomarkkereina ja terapeuttisina lääkkeinä useisiin sairauksiin. Lisäksi MSC:n erittämät eksosomit voivat säädellä immuniteettia vuorovaikutuksella immuunisolujen kanssa ja estää tulehdusvasteita sytokiinien kautta [17,18]. Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että MSC:n erittämiä eksosomeja voidaan käyttää immuunipuutteiden, tulehduksen, ARDS:n ja muiden keuhkosairauksien hoitoon[19,20], joten MSC:n erittämät eksosomit voivat olla tehokkaita myös COVID-19:n aiheuttaman keuhkotulehduksen hoidossa. Eksosomit ovat yksi tärkeimmistä kantasolujen erittämistä aktiivisista ainesosista, ja ne ovat kooltaan 30-150 nm. Sumutuksen jälkeen eksosomit voivat saavuttaa suoraan keuhkoputkien ja alveolien, mikä edistää lääkkeiden maksimaalista imeytymistä[21]. Useat kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet, että suonensisäinen MSC- ja MSC-evs-infuusio SARS-CoV-2:n aiheuttaman vakavan keuhkovaurion hoitoon on turvallista ja tehokasta[22], ja keuhkovaurion tapauksessa sumutusreitti tarjoaa erityisen tehokas lääkkeenantomenetelmä keuhkojen kohdistamiseen. Siksi arvelemme, että sumutetut MSC:n erittämät eksosomit voivat olla tehokas tapa vähentää COVID-19-keuhkovaurioita ja edistää toipumista.

1.4. Kantasoluperäisten eksosomien kliiniset tapaustutkimukset Äskettäin Israelin lääketieteellisen keskuksen asiantuntijan Nadir Arberin johtama inhaloitava COVID-19-lääke Exo-CD24, joka on eksosomien ja CD24-proteiinin yhdistelmä, on osoittanut lupaavia tuloksia varhaisissa kliinisissä tutkimuksissa. . Lääke pystyi parantamaan 29 30 vakavasta potilaasta 5 päivän kuluessa hoidosta ja sillä on potentiaalia hoitaa COVID-19-potilaita 3–5 päivässä. Vaikka Exo-CD24 ei ole vielä läpäissyt vaiheen III testausta, se on osoittanut suurta potentiaalia tulevaisuudessa[23]. USA:n FDA on hyväksynyt solunulkoisten vesikkeleiden (EVS) käytön COVID-19:n hoitoon Direct Biologicsin suorittaman vaiheen I/II tutkimuksen kautta. ExoFlo, käytetty EVS, palauttaa potilaiden terveyden ja elinvoiman vähentämällä jatkuvaa tulehdusta, edistämällä vaurioituneen kudoksen revaskularisaatiota ja muokkaamalla arpikudosta. Myös kotimaiset kliiniset tutkimukset on aloitettu, Jiangsun maakunnan Wuxin kaupungin viidennessä kansansairaalassa tehty kliininen tutkimus on vahvistanut, että sumutetut napanuoran mesenkymaaliset kantasoluista peräisin olevat ekstrasellulaariset rakkulat ovat turvallinen ja kannattava hoito COVID-19:lle. Tutkimus julkaistiin Stem Cell Reviews and Reportsissa tämän vuoden kesäkuussa, ja siihen osallistui seitsemän potilasta, joilla oli diagnosoitu COVID-19-keuhkokuume, mukaan lukien kaksi vakavaa tapausta (potilaat 2 ja 4) ja viisi lievää tapausta (potilaat 1, 3, 5, 6, ja 7). Akuutteja allergisia reaktioita, kuten kurkun tai kielen turvotusta, ihottumaa, hengenahdistusta, huimausta, oksentelua tai hypotensiota, ei havaittu millään potilailla kahden tunnin sisällä sumutushoidon jälkeen. Hoidon jälkeen ei myöskään raportoitu haittavaikutuksia tai toissijaisia ​​allergisia reaktioita. Rintakehän TT-skannaukset osoittivat keuhkolohkon kyhmytiheyden vähenemistä ja keuhkovaurioiden imeytymistä sekä vaikeilla että lievillä potilailla MSC-peräisillä solunulkoisilla rakkuloilla suoritetun sumutetun hoidon jälkeen[21]. Ruijin Hospital ja Jinyintan Hospital tekevät yhteistä tutkimusta sumutetusta COVID-19-hoidosta käyttämällä rasvaperäisiä ihmisen allogeenisiä mesenkymaalisia kantasoluista peräisin olevia eksosomeja (HAMSCs-Exos). Seitsemää kriittisesti sairasta COVID-19-potilasta hoidettiin HAMSC-Exoksella sumutuksen kautta, ja kaikki potilaat sietävät hoitoa hyvin ilman näyttöä haittatapahtumista tai kliinisestä epävakaudesta sumutuksen aikana tai välittömästi sen jälkeen. Kaikilla potilailla seerumin lymfosyyttien määrä lisääntyi (mediaani 1,61 × 10^9/l vs. 1,78 × 10^9/l), ja keuhkovauriot vähenivät vaihtelevassa määrin kaikilla potilailla HAMSC-Exos-aerosolien inhaloinnin jälkeen, neljällä potilaalla osoittavat merkittävää parannusta. Alustavien tulosten mukaan osallistujien keuhkovauriot paranivat merkittävästi[21].

Useimmissa kliinisissä tutkimuksissa, joissa käytetään kantasolueksosomeja COVID-19-infektioon, on kuitenkin seuraavat ongelmat: (a) pieni otoskoko, mikä vaikeuttaa kantasolueksosomien etujen tehokasta osoittamista COVID-19-hoidossa; b) kontrolliryhmän puute; c) perinteisten kaksiulotteisten tuotantomenetelmien käyttö, mikä vaikeuttaa suurten kliiniseen hoitoon tarkoitettujen eksosomien tuotantomäärien lisäämistä; ja d) asiaankuuluvien ilmiöiden mekanismien perusteellisen tutkimisen puute. Nämä ongelmat estävät kantasolueksosomien käytön edistymistä COVID-19-infektion hoidossa. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tässä projektissa ehdotetaan sumutetun napanuoran mesenkymaalisten kantasolujen eksosomien yhdistämistä tavanomaiseen hoitoon keskivaikeiden ja vaikeiden COVID-19-potilaiden hoitamiseksi ja sen turvallisuuden ja tehokkuuden arvioimiseksi.