En klinisk studie om sikkerhet og effektivitet av mesenkymale stamcelleeksosomer for behandling av COVID-19.

Bakgrunn 1.1. Ny koronavirusinfeksjon og nåværende medisinske strategier 2019-koronavirussykdommen (COVID-19) forårsaket av alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) har herjet i over tre år og forårsaket mer enn 5 millioner dødsfall over hele verden. Verdens helseorganisasjon har erklært COVID-19-lungebetennelse som en global pandemi og en folkehelsenødsituasjon[1]. Selv om diagnostisk effektivitet og behandlingsnøyaktighet har blitt bedre, er den totale behandlingseffekten fortsatt begrenset. De viktigste dødsårsakene inkluderer alvorlig lungebetennelse, akutt respiratorisk distress syndrom (ARDS), lungeødem eller multippel organsvikt[2]. Blant dem er ARDS den mest alvorlige. Patologiske studier har vist at patogenesen til ARDS hovedsakelig skyldes immunresponsen indusert av koronaviruset som angriper alveolære celler; immuncelleinfiltrasjon fører til ødeleggelse av den pulmonale kapillære endotelstrukturen, noe som fører til at plasma, plasmaproteiner og blodceller kommer inn i lungeinterstitium og alveolarhulen, og danner lungeødem. På grunn av ødeleggelsen av det alveolære epitelvevet kommer en stor mengde ødemvæske inn i alveolene, noe som resulterer i begrenset diffusjonsfunksjon av alveolene og manglende evne til å utføre normal respirasjonsfunksjon. Samtidig, med forverring av vevsskade, frigjør cellene ytterligere ulike betennelsesfaktorer for å danne en såkalt cytokinstorm, som til slutt fullstendig ødelegger de fleste lungealveolene og luftveiene i bronkiene, og forårsaker alvorlig ventilasjons-perfusjonsubalanse og til slutt død. av pasienten[3].

I denne globale nødhendelsen med koronavirus er den viktigste medisinske strategien for å bekjempe COVID-19 å bruke antibiotika og antivirale medisiner for å blokkere virusreplikasjonssyklusen og undertrykke vertsbetennelse. Denne strategien har ført til effektiv støttende og symptomatisk behandling i noen tilfeller, til og med gitt lovende resultater, men det er ikke den ultimate behandlingen for denne infeksjonen. For eksempel kan immunreguleringsintervensjoner som tocilizumab (IL-6-reseptorblokker), adalimumab (anti-TNF-antistoff) og eculizumab (anti-C5-antistoff) effektivt lindre pasientsymptomer, men kan ikke kurere sykdommen fundamentalt. Faktisk er det to hovedtrekk ved COVID-19-lungebetennelse: For det første er personer med lav immunitet mer utsatt for COVID-19[4], og for det andre er hovedmålorganet lungene[5]. Faktisk har respirasjonssvikt blitt rapportert som en av hovedårsakene til dødsfall fra COVID-19[6], og obduksjoner har vist lungeskade, betydelige eksudative reaksjoner og lungeemboli hos mange pasienter[7].

1.2. Mesenkymale stamcelleeksosomer Mesenkymale stamceller (MSCs) har vist seg å ha omfattende og kraftige immunmodulerende og regenerative funksjoner[8]. MSC-er kan bekjempe celledød assosiert med patogenesen av kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS), idiopatisk lungefibrose, astma, ARDS og pulmonal hypertensjon, og fremme celleregenerering [9,10]. Eksosomer er en av de viktigste parakrine effektorene som skilles ut av MSC-er og anses som attraktive kandidater for alternativ MSC-terapi på grunn av deres biokompatibilitet som ligner på foreldreceller og deres evne til å opprettholde helbredende egenskaper [11]. Under fysiologiske og patologiske forhold spiller eksosomer en nøkkelrolle i intercellulær kommunikasjon ved å transportere ulike biomolekyler som miRNA og proteiner til målceller [12]. I motsetning til apoptotiske legemer og mikrovesikler avledet fra celleoverflaten, produseres eksosomer gjennom den endocytiske banen og belaster det cytoplasmatiske innholdet i foreldrecellen. Derfor er de miniversjoner av foreldreceller, som etterligner noen av deres fysiologiske egenskaper. Sammenlignet med cellemotparter er ikke-toksisiteten, lav immunogenisitet, høy stabilitet, enkel lagring og potensialet for masseproduksjon som ferdige produkter flere fordeler med eksosomer, som har ført til at de utvides i kliniske anvendelser som nye terapeutiske alternativer. I tillegg tillater den naturlige funksjonen til eksosomer dem å levere deres membran og cytoplasmatiske bioaktive komponenter fra foreldreceller til målceller gjennom membranfusjon [13]. Det er også andre unike egenskaper, inkludert den naturlige evnen til å krysse biologiske barrierer som blod-hjerne-barrieren (BBB). Videre er biokompatibilitet en annen egenskap. På grunn av deres opprinnelse fra biologiske kilder og iboende målrettingsevne, har eksosomer blitt brukt som bærere av legemiddelkomponenter i prekliniske studier [14].

1.3. Mesenkymale stamcelleavledede eksosomerbehandling MSC-avledede eksosomer arver immunundertrykkende egenskaper fra foreldrecellene, og MSC-evs kan bruke ulike mekanismer for å balansere immunsystemets funksjon. En nøkkelmekanisme er omprogrammering og endring av fenotypen til ulike immunceller. For eksempel er evnen til MSC-avledede eksosomer til å fremme overlevelsen av alveolære makrofager og skifte deres fenotype fra pro-inflammatorisk (M1) polarisering til anti-inflammatorisk (M2) polarisering blitt demonstrert i minst to studier. Disse funnene tyder på at eksosomer kan tjene som levedyktige alternativer til deres foreldreceller, og denne evnen har også blitt rapportert å endre Treg/Teff-forholdet for å øke Treg og fremme utskillelsen av antiinflammatoriske cytokiner [15,16].

I flere modeller har MSC-evs lignende terapeutiske egenskaper som MSCer, er lettere å forberede, lagre og transportere til sengen, og unngår noen begrensninger ved celleterapi, som risikoen for lungeemboli og svulstdannelse. De siste årene har MSC-evs fått bred oppmerksomhet som biomarkører for patogenese og terapeutiske legemidler for en rekke sykdommer. I tillegg kan MSC-utskilte eksosomer regulere immunitet gjennom interaksjon med immunceller og hemme inflammatoriske responser gjennom cytokiner [17,18]. Tallrike studier har vist at MSC-utskilte eksosomer kan brukes til å behandle immundefekter, betennelser, ARDS og andre lungesykdommer[19,20], så MSC-utskilte eksosomer kan også være effektive i behandling av lungebetennelse forårsaket av COVID-19 .Eksosomer er en av de viktigste aktive ingrediensene som skilles ut av stamceller og er 30-150 nm store. Etter nebulisering kan eksosomer direkte nå bronkiolene og alveolene, noe som bidrar til maksimal absorpsjon av legemidler[21]. Flere kliniske studier har vist at intravenøs infusjon av MSC-er og MSC-evs for behandling av alvorlig lungeskade forårsaket av SARS-CoV-2 er trygt og effektivt[22], og i tilfelle lungeskade gir forstøvningsveien en spesielt effektiv medikamentleveringsmetode for å målrette lungesteder. Derfor spekulerer vi i at forstøvede MSC-utskilte eksosomer kan være en effektiv metode for å redusere COVID-19 lungeskade og fremme utvinning.

1.4. Kliniske kasusstudier av stamcelleavledede eksosomer Nylig har det inhalerte anti-COVID-19 stoffet Exo-CD24, ledet av den israelske medisinske sentereksperten Nadir Arber, som er en kombinasjon av eksosomer og CD24-protein, vist lovende resultater i tidlige kliniske studier . Legemidlet var i stand til å kurere 29 av 30 alvorlige pasienter innen 5 dager etter behandling og har potensial til å behandle COVID-19 pasienter innen 3-5 dager. Selv om Exo-CD24 ennå ikke har bestått fase III-testing, har den vist stort potensiale i fremtiden[23]. Det amerikanske FDA har godkjent bruken av ekstracellulære vesikler (EVS) for behandling av COVID-19 gjennom en fase I/II-studie utført av Direct Biologics. ExoFlo, EVS-en som brukes, gjenoppretter helsen og vitaliteten til pasienter ved å redusere vedvarende betennelse, fremme revaskularisering av skadet vev og omforme arrvev. Innenlandske kliniske studier er også igangsatt, klinisk forskning ved det femte folkesykehuset i Wuxi City, Jiangsu-provinsen, har bekreftet at forstøvede navlestrengs mesenkymale stamcelleavledede ekstracellulære vesikler er en sikker og levedyktig behandling for COVID-19. Studien ble publisert i Stem Cell Reviews and Reports i juni i år og inkluderte syv pasienter diagnostisert med COVID-19 lungebetennelse, inkludert to alvorlige tilfeller (pasienter 2 og 4) og fem milde tilfeller (pasienter 1, 3, 5, 6, og 7). Ingen akutte allergiske reaksjoner som hevelse i hals eller tunge, utslett, kortpustethet, svimmelhet, oppkast eller hypotensjon ble observert hos noen av pasientene innen to timer etter forstøverbehandling. Det var heller ingen rapporterte bivirkninger eller sekundære allergiske reaksjoner etter behandling. CT-skanninger av brystet viste en reduksjon i lungelappens knutetetthet og absorpsjon av lungelesjoner hos både alvorlige og milde pasienter etter nebulisert behandling med MSC-avledede ekstracellulære vesikler [21]. Felles forskning av Ruijin Hospital og Jinyintan Hospital utføres på forstøvet COVID-19-behandling ved bruk av fettavledede humane allogene mesenkymale stamcelleavledede eksosomer (HAMSCs-Exos). Sju kritisk syke COVID-19-pasienter ble behandlet med HAMSC-Exos via forstøverinhalasjon, og alle pasientene tolererte behandlingen godt uten bevis på uønskede hendelser eller klinisk ustabilitet under eller rett etter forstøving. Alle pasienter viste en økning i serumlymfocyttantall (median på 1,61×10^9/L vs. 1,78×10^9/L), og lungelesjoner ble redusert i varierende grad hos alle pasienter etter inhalering av HAMSC-Exos aerosoler, med fire pasienter viser betydelig forbedring. Foreløpige resultater tyder på at deltakernes lungeskader ble betydelig forbedret[21].

De fleste kliniske studier med stamcelleeksosomer for COVID-19-infeksjon har imidlertid følgende problemer: (a) liten prøvestørrelse, noe som gjør det vanskelig å effektivt demonstrere fordelene med stamcelleeksosomer i COVID-19-behandling; (b) mangel på en kontrollgruppe; (c) bruk av tradisjonelle todimensjonale produksjonsmetoder, noe som gjør det vanskelig å skalere opp produksjonen av store mengder eksosomer for klinisk behandling; og (d) mangel på dyptgående mekanismeutforskning for relevante fenomener. Disse problemene hindrer fremgang i bruken av stamcelleeksosomer for COVID-19-infeksjonsbehandling. For å løse disse problemene, foreslår dette prosjektet å kombinere forstøvede mesenkymale stamcelle-eksosomer fra navlestrengen med konvensjonell behandling for å behandle middels til alvorlige COVID-19-pasienter og evaluere dets sikkerhet og effektivitet.