Terapia cellulare utilizzando cellule stromali mesenchimali derivate dal cordone ombelicale nell'ARDS correlata a SARS-CoV-2 (STROMA-CoV2)

Contesto generale:

Al 13 marzo 2020, sono stati confermati oltre 145.000 casi di infezione da 2019-nCoV con 5.500 decessi in tutto il mondo. Al 21 marzo, in Francia sono stati confermati 14.469 casi, di cui 562 fatali mentre 1.525 pazienti sono attualmente ricoverati in unità di terapia intensiva. Mentre la pandemia continua a diffondersi, la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causa la sindrome da distress respiratorio acuto grave nel 30% dei pazienti (Murthy et al., 2020) con un tasso di mortalità del 30%-60%. Il segno distintivo fisiopatologico principale è un'infiammazione polmonare acuta. Attualmente, non esiste alcun trattamento.

L'obiettivo di questo progetto è il trattamento di pazienti intubati-ventilati che presentano una sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) correlata a SARS-CoV2 inferiore a 96 ore mediante tre infusioni endovenose di cellule stromali mesenchimali derivate dalla gelatina di Wharton del cordone ombelicale (UC-MSC ) uno a giorni alterni (durata del trattamento: una settimana). L'endpoint primario è la variazione di PaO2/FiO2 dal basale al giorno 7. Verrà inoltre monitorata l'evoluzione di diversi marcatori infiammatori, linfociti T regolatori e anticorpi specifici del donatore. Lo studio includerà 40 pazienti, di cui 20 saranno randomizzati al trattamento cellulare somministrato per via endovenosa, mentre i restanti 20 pazienti saranno randomizzati a ricevere una soluzione placebo in aggiunta allo standard di cura. I pazienti saranno seguiti fino a 12 mesi dopo il trattamento.

All'avanguardia:

Le cellule staminali mesenchimali presentano diverse caratteristiche interessanti: facilità di approvvigionamento, alto potenziale di proliferazione, capacità di ospitare siti infiammatori, proprietà antinfiammatorie, antifibrotiche e immunomodulatorie. I loro benefici terapeutici sono stati dimostrati in > 100 modelli animali, comprese le pecore. In particolare, gli effetti terapeutici delle MSC sono stati dimostrati in modelli ARDS indotti da polmonite associata a virus dell'influenza H1N1, H5N1, H9N2 e hanno anche dimostrato di ridurre il danno polmonare acuto indotto da batteri in un modello umano di polmone perfuso ex vivo (Lee et al. ., 2013). Nelle cliniche, le MSC hanno dimostrato un'eccellente tolleranza in oltre 3.000 pazienti (Thompson et al., 2020), indipendentemente dal dosaggio e dalla via di somministrazione. Tre studi di fase I/II hanno incluso pazienti con ARDS e in uno (START II), MSC ha ridotto significativamente il danno endoteliale polmonare (Matthay et al., 2019). Se tutte le MSC condividono diverse caratteristiche indipendentemente dalla fonte tissutale, le più alte produzioni di molecole bioattive e le più forti proprietà immunomodulatorie sono fornite da quelle della gelatina di Wharton del cordone ombelicale (Romanov et al., 2019) che possono essere scalate fino a generare banche di prodotti criocongelati e quindi prontamente disponibili.

Finora, le UC-MSC sono state utilizzate in un'ampia varietà di malattie (riviste in Scarfe et al., 2018) e, nella maggior parte dei casi, sono state somministrate per via endovenosa che è clinicamente attraente per la sua natura non invasiva e la successiva possibilità di somministrazioni ripetute. Le tecniche di etichettatura hanno dimostrato che oltre l'80% delle MSC iniettate per via endovenosa viene rapidamente intrappolato nei polmoni, seguito da una rapida distribuzione di alcune delle MSC iniettate ad altri tessuti tra cui fegato, milza e siti infiammatori o feriti (Brooks et al., 2018 ). Nel complesso, questi modelli di biodistribuzione sono stati confermati da studi sull'uomo mediante risonanza magnetica (MRI), tomografia a emissione di positroni (PET) e/o tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT).2 Un modello a quattro parametri (tasso di iniezione, tasso di clearance, tasso di stravaso e tasso di intravaso) prevede che le MSC trapiantate siano terapeuticamente attive solo per un breve periodo di tempo (probabilmente meno di 24 ore) (Parekkadan e Milwid, 2010), un tempi coerenti con quelli delle risposte biologiche che essi innescano. Questi presupposti sono un incentivo a ripetute somministrazioni di MSC entro un breve periodo di tempo per indurre un effetto terapeutico prolungato e hanno razionalizzato il nostro protocollo di iniezione di MSC a giorni alterni per un periodo di una settimana, un progetto coerente con il precedente rapporto sui benefici di somministrare MSC a dosi relativamente basse ma in modo ripetuto nei pazienti con malattia del trapianto contro l'ospite (Zhou et al., 2010).

Una volta che si sono stabilite nei polmoni, è stato riportato che le MSC inducono dapprima una risposta infiammatoria che è rilevabile a livello tissutale e sistemico (Hoogduijn et al., 2013) ed è probabilmente dovuta alla loro interazione con le cellule polmonari residenti una volta che si sono accumulate nella microvascolarizzazione. Questa risposta iniziale è poi seguita da una fase a valle di ridotta reattività immunitaria (Hoogduijn et al., 2013), i cui meccanismi sono stati ampiamente studiati. Pertanto, 24 ore dopo la loro infusione endovenosa, la maggior parte delle UC-MSC che si sono accumulate nei polmoni sono morte dopo la loro fagocitosi da parte di monociti e neutrofili che poi migrano attraverso il flusso sanguigno, in particolare nel fegato (Leibacher et al., 2017; deWitte et al., 2018). Esperimenti di co-coltura hanno dimostrato che l'interiorizzazione dei frammenti MSC da parte dei monociti innesca uno spostamento fenotipico che si traduce nella sovraregolazione di PD-L1 e CD90 insieme a una maggiore espressione dei livelli di mRNA per IL-1β, IL-6, IL-8 e IL-10 e una ridotta espressione di TNF-α. Da notare che i monociti polarizzati verso un fenotipo immunoregolatore aumentano l'espressione dei linfociti T regolatori Foxp3+ mentre diminuiscono quella delle cellule CD4+ attivate (de Witte et al., 2018). Il fatto che l'apoptosi delle MSC infuse per via endovenosa sia un requisito per la loro funzione immunosoppressiva è ulteriormente supportato dall'osservazione che l'attività citotossica contro le MSC è predittiva delle risposte cliniche nei pazienti trattati con MSC per la malattia del trapianto contro l'ospite, cioè i migliori responder sono quelli con elevata citotossicità; in questo studio, il collegamento meccanicistico postulato è che i fagociti che hanno inghiottito MSC apoptotico producono quindi indoleamina 2,3-diossigenasi (IDO) e quindi alla fine forniscono attività immunosoppressiva MSC (Galleu et al., 2017).

Data la fisiopatologia della SARS-CoV2, è quindi lecito ipotizzare che la somministrazione endovenosa di UC-MSC durante la fase iniziale dell'ARDS possa controllare l'infiammazione, accelerarne il recupero con una migliore ossigenazione, una riduzione della ventilazione meccanica e del tempo di svezzamento della ventilazione e quindi una durata ridotta di permanenza in terapia intensiva. Questa ipotesi è infatti supportata dai recenti risultati di uno studio preliminare cinese in cui è stato riportato che le MSC (la cui fonte non è specificata) migliorano la funzionalità polmonare e i sintomi in 7 pazienti con polmonite da COVID-19 insieme a una rapida eliminazione di cellule immunitarie che secernono citochine iperattivate (cellule T CXCR3+CD4+, cellule T CXCR3+CD8+ e cellule NK CXCR3+), una diminuzione dei livelli circolanti di TNF-α e un aumento delle cellule DC regolatorie CD14+CD11c+CD11bmid e dei livelli di IL-10 , rispetto a un gruppo placebo (Leng et al., 2020).