Une étude clinique sur la sécurité et l'efficacité des exosomes de cellules souches mésenchymateuses pour le traitement du COVID-19.

Contexte 1.1. Nouvelle infection à coronavirus et stratégies médicales actuelles La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) fait rage depuis plus de trois ans, causant plus de 5 millions de décès dans le monde. L'Organisation mondiale de la santé a déclaré que la pneumonie au COVID-19 était une pandémie mondiale et une urgence de santé publique[1]. Bien que l'efficacité du diagnostic et la précision du traitement se soient améliorées, l'effet global du traitement est encore limité. Les principales causes de décès sont les pneumonies sévères, le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), l'œdème pulmonaire ou la défaillance multiviscérale[2]. Parmi eux, le SDRA est le plus sévère. Des études pathologiques ont montré que la pathogenèse du SDRA est principalement due à la réponse immunitaire induite par le coronavirus attaquant les cellules alvéolaires ; l'infiltration des cellules immunitaires conduit à la destruction de la structure endothéliale capillaire pulmonaire, provoquant l'entrée du plasma, des protéines plasmatiques et des cellules sanguines dans l'interstitium pulmonaire et la cavité alvéolaire, formant un œdème pulmonaire. En raison de la destruction du tissu épithélial alvéolaire, une grande quantité de liquide d'œdème pénètre dans les alvéoles, entraînant une fonction de diffusion limitée des alvéoles et une incapacité à effectuer une fonction respiratoire normale. Dans le même temps, avec l'aggravation des lésions tissulaires, les cellules libèrent davantage divers facteurs inflammatoires pour former une soi-disant tempête de cytokines, qui finit par détruire complètement la plupart des alvéoles pulmonaires et des structures respiratoires bronchiques, provoquant un grave déséquilibre ventilation-perfusion et finalement la mort. du patient[3].

Dans cet événement d'urgence mondial du coronavirus, la principale stratégie médicale pour lutter contre le COVID-19 consiste à utiliser des antibiotiques et des médicaments antiviraux pour bloquer le cycle de réplication du virus et supprimer l'inflammation de l'hôte. Cette stratégie a conduit à un traitement symptomatique et de soutien efficace dans certains cas, donnant même des résultats prometteurs, mais ce n'est pas le traitement ultime de cette infection. Par exemple, les interventions de régulation immunitaire telles que le tocilizumab (bloqueur des récepteurs de l'IL-6), l'adalimumab (anticorps anti-TNF) et l'eculizumab (anticorps anti-C5) peuvent soulager efficacement les symptômes des patients mais ne peuvent pas guérir fondamentalement la maladie. En fait, il existe deux caractéristiques majeures de la pneumonie au COVID-19 : premièrement, les personnes à faible immunité sont plus sensibles au COVID-19[4], et deuxièmement, le principal organe cible est les poumons[5]. En fait, l'insuffisance respiratoire a été signalée comme l'une des principales causes de décès par COVID-19[6], et les autopsies ont montré des lésions pulmonaires, des réactions exsudatives importantes et une embolie pulmonaire chez de nombreux patients[7].

1.2. Exosomes de cellules souches mésenchymateuses Il a été démontré que les cellules souches mésenchymateuses (CSM) possèdent des fonctions immunomodulatrices et régénératrices complètes et puissantes[8]. Les CSM peuvent lutter contre la mort cellulaire associée à la pathogenèse de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), de la fibrose pulmonaire idiopathique, de l'asthme, du SDRA et de l'hypertension pulmonaire, et favoriser la régénération cellulaire [9,10]. Les exosomes sont l'un des principaux effecteurs paracrines sécrétés par les CSM et sont considérés comme des candidats attractifs pour une thérapie alternative des CSM en raison de leur biocompatibilité similaire aux cellules mères et de leur capacité à conserver des propriétés curatives [11]. Dans des conditions physiologiques et pathologiques, les exosomes jouent un rôle clé dans la communication intercellulaire en transportant diverses biomolécules telles que les miARN et les protéines vers les cellules cibles [12]. Contrairement aux corps apoptotiques et aux microvésicules dérivés de la surface cellulaire, les exosomes sont produits par la voie endocytaire et chargent le contenu cytoplasmique de la cellule mère. Par conséquent, ce sont des mini-versions des cellules mères, imitant certaines de leurs caractéristiques physiologiques. Par rapport aux homologues cellulaires, la non-toxicité, la faible immunogénicité, la stabilité élevée, la facilité de stockage et le potentiel de production de masse en tant que produits prêts à l'emploi sont plusieurs avantages des exosomes, qui ont conduit à leur expansion dans les applications cliniques en tant que nouvelles alternatives thérapeutiques. De plus, la fonction naturelle des exosomes leur permet de délivrer leurs composants bioactifs membranaires et cytoplasmiques des cellules mères aux cellules cibles par fusion membranaire [13]. Il existe également d'autres caractéristiques uniques, notamment la capacité naturelle à franchir les barrières biologiques telles que la barrière hémato-encéphalique (BHE). De plus, la biocompatibilité est une autre caractéristique. En raison de leur origine de sources biologiques et de leur capacité de ciblage inhérente, les exosomes ont été utilisés comme vecteurs de composants médicamenteux dans des études précliniques [14].

1.3. Mécanisme de traitement des exosomes dérivés de cellules souches mésenchymateuses Les exosomes dérivés de MSC héritent des propriétés immunosuppressives de leurs cellules mères, et les MSC-ev peuvent utiliser divers mécanismes pour équilibrer la fonction du système immunitaire. Un mécanisme clé est la reprogrammation et la modification du phénotype de diverses cellules immunitaires. Par exemple, la capacité des exosomes dérivés de MSC à favoriser la survie des macrophages alvéolaires et à faire passer leur phénotype de la polarisation pro-inflammatoire (M1) à la polarisation anti-inflammatoire (M2) a été démontrée dans au moins deux études. Ces découvertes suggèrent que les exosomes peuvent servir d'alternatives viables à leurs cellules mères, et il a également été rapporté que cette capacité modifie le rapport Treg/Teff pour augmenter les Treg et favoriser la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires [15,16].

Dans plusieurs modèles, les MSC-ev ont des caractéristiques thérapeutiques similaires aux MSC, sont plus faciles à préparer, à stocker et à transporter au chevet du patient, et évitent certaines limitations de la thérapie cellulaire, telles que le risque d'embolie pulmonaire et de formation de tumeurs. Ces dernières années, les MSC-ev ont reçu une large attention en tant que biomarqueurs de la pathogenèse et des médicaments thérapeutiques pour une variété de maladies. De plus, les exosomes sécrétés par les MSC peuvent réguler l'immunité par interaction avec les cellules immunitaires et inhiber les réponses inflammatoires par les cytokines [17,18]. De nombreuses études ont montré que les exosomes sécrétés par les MSC peuvent être utilisés pour traiter les déficiences immunitaires, l'inflammation, le SDRA et d'autres maladies pulmonaires[19,20], de sorte que les exosomes sécrétés par les MSC peuvent également être efficaces pour traiter l'inflammation pulmonaire causée par le COVID-19 .Les exosomes sont l'un des principaux ingrédients actifs sécrétés par les cellules souches et ont une taille de 30 à 150 nm. Après nébulisation, les exosomes peuvent atteindre directement les bronchioles et les alvéoles, ce qui est propice à l'absorption maximale des médicaments[21]. Plusieurs essais cliniques ont montré que la perfusion intraveineuse de MSC et de MSC-ev pour le traitement des lésions pulmonaires graves causées par le SRAS-CoV-2 est sûre et efficace[22], et dans le cas d'une lésion pulmonaire, la voie de nébulisation fournit une solution particulièrement efficace. méthode efficace d'administration de médicaments pour cibler les sites pulmonaires. Par conséquent, nous supposons que les exosomes sécrétés par MSC nébulisés peuvent être une méthode efficace pour réduire les lésions pulmonaires du COVID-19 et favoriser la récupération.

1.4. Études de cas cliniques d'exosomes dérivés de cellules souches Récemment, le médicament inhalé anti-COVID-19 Exo-CD24, dirigé par l'expert du centre médical israélien Nadir Arber, qui est une combinaison d'exosomes et de protéine CD24, a montré des résultats prometteurs dans les premiers essais cliniques . Le médicament a pu guérir 29 des 30 patients sévères dans les 5 jours suivant le traitement et a le potentiel de traiter les patients COVID-19 dans les 3 à 5 jours. Bien que l'Exo-CD24 n'ait pas encore passé les tests de phase III, il a montré un grand potentiel dans le futur[23]. La FDA américaine a approuvé l'utilisation de vésicules extracellulaires (EVS) pour le traitement du COVID-19 dans le cadre d'un essai de phase I/II mené par Direct Biologics. ExoFlo, le SVE utilisé, restaure la santé et la vitalité des patients en réduisant l'inflammation soutenue, en favorisant la revascularisation des tissus endommagés et en remodelant les tissus cicatriciels. Des études cliniques nationales ont également été lancées, la recherche clinique au cinquième hôpital populaire de la ville de Wuxi, dans la province du Jiangsu, a confirmé que les vésicules extracellulaires dérivées de cellules souches mésenchymateuses du cordon ombilical nébulisées sont un traitement sûr et viable pour le COVID-19. L'étude a été publiée dans Stem Cell Reviews and Reports en juin de cette année et comprenait sept patients diagnostiqués avec une pneumonie au COVID-19, dont deux cas graves (Patients 2 et 4) et cinq cas bénins (Patients 1, 3, 5, 6, et 7). Aucune réaction allergique aiguë telle que gonflement de la gorge ou de la langue, éruption cutanée, essoufflement, étourdissements, vomissements ou hypotension n'a été observée chez aucun des patients dans les deux heures suivant le traitement par nébulisation. Aucun événement indésirable ou réaction allergique secondaire n'a été signalé après le traitement. Les tomodensitogrammes thoraciques ont montré une diminution de la densité des nodules du lobe pulmonaire et de l'absorption des lésions pulmonaires chez les patients graves et bénins après un traitement par nébulisation avec des vésicules extracellulaires dérivées de MSC [21]. Des recherches conjointes de l'hôpital Ruijin et de l'hôpital Jinyintan sont menées sur le traitement par nébulisation du COVID-19 à l'aide d'exosomes dérivés de cellules souches mésenchymateuses humaines allogéniques adipeuses (HAMSC-Exos). Sept patients COVID-19 gravement malades ont été traités avec HAMSC-Exos par inhalation par nébulisation, et tous les patients ont bien toléré le traitement sans signe d'événements indésirables ou d'instabilité clinique pendant ou immédiatement après la nébulisation. Tous les patients ont montré une augmentation du nombre de lymphocytes sériques (médiane de 1,61 × 10 ^ 9 / L contre 1,78 × 10 ^ 9 / L), et les lésions pulmonaires ont été réduites à des degrés divers chez tous les patients après inhalation d'aérosols HAMSC-Exos, avec quatre patients montrant une amélioration significative. Les résultats préliminaires suggèrent que les lésions pulmonaires des participants se sont considérablement améliorées[21].

Cependant, la plupart des essais cliniques utilisant des exosomes de cellules souches pour l'infection au COVID-19 présentent les problèmes suivants : (a) la petite taille de l'échantillon, ce qui rend difficile la démonstration efficace des avantages des exosomes de cellules souches dans le traitement du COVID-19 ; (b) l'absence d'un groupe témoin ; (c) l'utilisation de méthodes de production bidimensionnelles traditionnelles, ce qui rend difficile l'intensification de la production de grandes quantités d'exosomes pour le traitement clinique ; et (d) le manque d'exploration approfondie des mécanismes pour les phénomènes pertinents. Ces problèmes entravent les progrès dans l'utilisation des exosomes de cellules souches pour le traitement de l'infection au COVID-19. Pour résoudre ces problèmes, ce projet propose de combiner des exosomes nébulisés de cellules souches mésenchymateuses du cordon ombilical avec un traitement conventionnel pour traiter les patients COVID-19 moyens à sévères et évaluer son innocuité et son efficacité.