코로나19 치료를 위한 중간엽 줄기세포 엑소좀의 안전성과 유효성에 관한 임상연구.

배경 1.1. 신종 코로나바이러스 감염 및 최신 의료 전략 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)로 인한 2019년 코로나바이러스 질병(COVID-19)은 3년 이상 지속되어 전 세계적으로 500만 명 이상이 사망했습니다. 세계보건기구(WHO)는 COVID-19 폐렴을 세계적인 유행병 및 공중 보건 비상사태로 선언했습니다[1]. 진단 효율성과 치료 정확도가 향상되었지만 전반적인 치료 효과는 여전히 제한적입니다. 사망의 주요 원인은 중증 폐렴, 급성 호흡 곤란 증후군(ARDS), 폐부종 또는 다발성 장기 부전입니다[2]. 그중 ARDS가 가장 심합니다. 병리학 연구에 따르면 ARDS의 병인은 주로 폐포 세포를 공격하는 코로나바이러스에 의해 유도된 면역 반응에 기인합니다. 면역 세포 침윤은 폐 모세관 내피 구조의 파괴로 이어져 혈장, 혈장 단백질 및 혈액 세포가 폐 간질 및 폐포강으로 들어가 폐부종을 형성합니다. 폐포 상피 조직의 파괴로 인해 다량의 부종액이 폐포로 유입되어 폐포의 확산 기능이 제한되고 정상적인 호흡 기능을 수행할 수 없게 된다. 동시에 조직손상이 심화되면서 세포는 각종 염증인자를 더욱 방출하여 이른바 사이토카인 폭풍을 형성하게 되는데, 이는 최종적으로 대부분의 폐포와 기관지 호흡구조를 완전히 파괴하여 심각한 환기-관류 불균형을 일으켜 결국 사망에 이르게 한다. 환자의 [3].

코로나바이러스의 세계적인 비상 사태에서 COVID-19를 퇴치하기 위한 주요 의료 전략은 항생제와 항바이러스제를 사용하여 바이러스 복제 주기를 차단하고 숙주 염증을 억제하는 것입니다. 이 전략은 경우에 따라 효과적인 지지 및 대증 치료로 이어져 유망한 결과를 낳았지만 이 감염에 대한 궁극적인 치료는 아닙니다. 예를 들어, 토실리주맙(IL-6 수용체 차단제), 아달리무맙(항TNF 항체), 에쿨리주맙(항C5 항체)과 같은 면역 조절 개입은 환자의 증상을 효과적으로 완화할 수 있지만 질병을 근본적으로 치료할 수는 없습니다. 실제로 코로나19 폐렴은 크게 두 가지 특징이 있는데, 첫째는 면역력이 약한 사람이 코로나19에 더 취약하다는 점이고[4], 둘째는 주요 표적 기관이 폐라는 점이다[5]. 실제로 호흡 부전은 코로나19로 인한 주요 사망 원인 중 하나로 보고되었으며[6], 부검 결과 많은 환자에서 폐 손상, 심각한 삼출물 반응 및 폐색전증이 나타났습니다[7].

1.2. 중간엽 줄기 세포 엑소좀 중간엽 줄기 세포(MSC)는 포괄적이고 강력한 면역조절 및 재생 기능을 갖는 것으로 나타났습니다[8]. MSC는 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 특발성 폐 섬유증, 천식, ARDS 및 폐고혈압의 병인과 관련된 세포 사멸과 싸우고 세포 재생을 촉진할 수 있습니다[9,10]. 엑소좀은 중간엽 줄기세포에서 분비되는 주요 측분비 이펙터 중 하나이며 모세포와 유사한 생체적합성 및 치유 특성을 유지하는 능력으로 인해 대체 MSC 요법의 매력적인 후보로 간주됩니다[11]. 생리학적 및 병리학적 조건에서 엑소좀은 miRNA 및 단백질과 같은 다양한 생체 분자를 표적 세포로 운반함으로써 세포간 통신에 중요한 역할을 합니다[12]. 세포 표면에서 유래한 세포사멸체 및 미세소포체와 달리, 엑소좀은 세포내이입 경로를 통해 생산되고 모세포의 세포질 내용물을 로드합니다. 따라서 그들은 일부 생리적 특성을 모방한 모 세포의 미니 버전입니다. 엑소좀은 세포에 비해 무독성, 낮은 면역원성, 높은 안정성, 보관 용이성, 기성품으로서의 대량 생산 가능성 등 여러 가지 장점이 있어 새로운 치료 대안으로 임상 적용 범위가 확대되고 있다. 또한, 엑소좀의 자연적인 기능은 막 융합을 통해 모 세포에서 표적 세포로 막 및 세포질 생리 활성 성분을 전달할 수 있게 합니다[13]. 혈액-뇌 장벽(BBB)과 같은 생물학적 장벽을 통과하는 자연적인 능력을 포함하여 다른 고유한 특성도 있습니다. 또한, 생체적합성은 또 다른 특징입니다. 엑소좀은 생물학적 기원과 고유한 표적 능력으로 인해 전임상 연구에서 약물 성분의 운반체로 사용되었습니다[14].

1.3. 중간엽 줄기세포 유래 엑소좀 치료 기전 MSC 유래 엑소좀은 모세포로부터 면역억제 특성을 물려받으며, MSC-ev는 다양한 기전을 통해 면역계 기능의 균형을 맞출 수 있습니다. 핵심 메커니즘 중 하나는 다양한 면역 세포의 표현형을 재프로그래밍하고 변경하는 것입니다. 예를 들어, MSC 유래 엑소좀이 폐포 대식세포의 생존을 촉진하고 그들의 표현형을 전염증성(M1) 극성화에서 항염증성(M2) 극성화로 바꾸는 능력이 적어도 2건의 연구에서 입증되었습니다. 이러한 결과는 엑소좀이 부모 세포에 대한 실행 가능한 대안으로 작용할 수 있으며, 이 능력이 Treg/Teff 비율을 변경하여 Treg를 증가시키고 항염증성 사이토카인의 분비를 촉진하는 것으로 보고되었습니다[15,16].

여러 모델에서 MSC-evs는 MSC와 유사한 치료 특성을 가지며 준비, 보관 및 침대 옆으로 운반하기 쉽고 폐색전증 및 종양 형성의 위험과 같은 세포 치료의 일부 제한을 피합니다. 최근 몇 년 동안 MSC-evs는 다양한 질병에 대한 병인 및 치료제의 바이오마커로서 광범위한 주목을 받았습니다. 또한 MSC가 분비하는 엑소좀은 면역세포와의 상호작용을 통해 면역을 조절하고 사이토카인을 통해 염증반응을 억제할 수 있다[17,18]. 수많은 연구에서 MSC 분비 엑소좀이 면역 결핍, 염증, ARDS 및 기타 폐 질환을 치료하는 데 사용될 수 있음이 밝혀졌으므로[19,20] MSC 분비 엑소좀은 COVID-19로 인한 폐 염증 치료에도 효과적일 수 있습니다. .엑소좀은 줄기세포에서 분비되는 주요 활성성분 중 하나로 크기가 30~150nm이다. 분무 후 엑소좀은 세기관지와 폐포에 직접 도달할 수 있어 약물의 최대 흡수에 도움이 됩니다[21]. 여러 임상 시험에서 SARS-CoV-2로 인한 중증 폐 손상 치료를 위한 MSC 및 MSC-ev의 정맥 내 주입이 안전하고 효과적인 것으로 나타났습니다[22]. 폐 손상의 경우 분무 경로는 특히 폐 부위를 표적으로 하는 효과적인 약물 전달 방법. 따라서 우리는 분무된 MSC 분비 엑소좀이 COVID-19 폐 손상을 줄이고 회복을 촉진하는 효과적인 방법일 수 있다고 추측합니다.

1.4. 줄기세포 유래 엑소좀 임상사례 연구 최근 이스라엘 의료센터 전문가 나디르 아버가 주도한 엑소좀과 CD24 단백질을 결합한 흡입형 코로나19 치료제 엑소-CD24(Exo-CD24)가 초기 임상시험에서 유망한 결과를 보였다. . 중증 환자 30명 중 29명은 치료 5일 만에 완치됐으며 코로나19 환자도 3~5일 만에 치료할 수 있는 잠재력을 갖고 있다. Exo-CD24는 아직 3상 테스트를 통과하지 못했지만 미래에 큰 잠재력을 보여주었습니다[23]. 미국 식품의약국(FDA)은 다이렉트 바이오로직스(Direct Biologics)가 실시한 1상/2상 시험을 통해 코로나19 치료에 세포외소포(EVS) 사용을 승인했다. EVS에 사용된 ExoFlo는 지속적인 염증 감소, 손상된 조직의 혈관 재생 촉진, 흉터 조직의 재형성을 통해 환자의 건강과 활력을 회복시켜줍니다. 국내 임상 연구도 시작되었으며, 장쑤성 무석시 제5인민병원의 임상 연구에서 분무형 탯줄 중간엽 줄기세포 유래 세포외 소포가 코로나19에 안전하고 실행 가능한 치료법임을 확인했습니다. 이 연구는 올해 6월 Stem Cell Reviews and Reports에 발표되었으며 COVID-19 폐렴 진단을 받은 환자 7명을 포함하여 중증 환자 2명(환자 2, 4)과 경증 환자 5명(환자 1, 3, 5, 6, 7). 분무 치료 후 2시간 이내에 어떤 환자에서도 인후 또는 혀 부종, 발진, 숨가쁨, 현기증, 구토 또는 저혈압과 같은 급성 알레르기 반응이 관찰되지 않았습니다. 또한 치료 후 보고된 부작용이나 2차 알레르기 반응도 없었습니다. 흉부 CT 스캔은 중증 환자와 경증 환자 모두에서 MSC 유래 세포외 소포로 분무 치료한 후 폐엽 결절 밀도와 폐 병변의 흡수 감소를 보여주었습니다[21]. 루이진병원과 진인탄병원은 지방유래 인간동종간엽줄기세포유래 엑소좀(HAMSCs-Exos)을 이용한 분무형 코로나19 치료제에 대한 공동연구를 진행하고 있다. 7명의 위독한 COVID-19 환자는 분무 흡입을 통해 HAMSC-Exos로 치료를 받았고, 모든 환자는 분무 도중 또는 직후에 부작용이나 임상적 불안정성의 증거 없이 치료를 잘 견뎌냈습니다. 모든 환자는 HAMSC-Exos 에어로졸을 흡입한 후 모든 환자에서 혈청 림프구 수의 증가(중앙값 1.61×10^9/L vs 1.78×10^9/L)를 보였고 폐 병변은 다양한 정도로 감소했습니다. 상당한 개선을 보여줍니다. 예비 결과는 참가자의 폐 손상이 크게 개선되었음을 시사합니다[21].

그러나 COVID-19 감염에 줄기세포 엑소좀을 사용하는 대부분의 임상시험에는 다음과 같은 문제가 있습니다. (b) 대조군의 부족; (c) 전통적인 2차원 생산 방법을 사용하여 임상 치료를 위한 대량의 엑소좀 생산을 확장하기 어렵게 만듭니다. (d) 관련 현상에 대한 심층적인 메커니즘 탐구 부족. 이러한 문제는 COVID-19 감염 치료를 위한 줄기 세포 엑소좀의 사용을 방해합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 프로젝트는 중증 및 중증 COVID-19 환자를 치료하고 그 안전성과 효능을 평가하기 위해 분무형 제대 중간엽 줄기세포 엑소좀을 기존 치료법과 결합하는 것을 제안합니다.