Um estudo clínico sobre segurança e eficácia de exossomos de células-tronco mesenquimais para o tratamento de COVID-19.

Antecedentes 1.1. Nova infecção por coronavírus e estratégias médicas atuais A doença de coronavírus de 2019 (COVID-19) causada pela síndrome respiratória aguda grave coronavírus 2 (SARS-CoV-2) ocorre há mais de três anos, causando mais de 5 milhões de mortes em todo o mundo. A Organização Mundial da Saúde declarou a pneumonia por COVID-19 uma pandemia global e uma emergência de saúde pública[1]. Embora a eficiência diagnóstica e a precisão do tratamento tenham melhorado, o efeito geral do tratamento ainda é limitado. As principais causas de morte incluem pneumonia grave, síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA), edema pulmonar ou falência múltipla de órgãos[2]. Dentre elas, a SDRA é a mais grave. Estudos patológicos mostraram que a patogênese da SDRA se deve principalmente à resposta imune induzida pelo coronavírus que ataca as células alveolares; a infiltração de células imunes leva à destruição da estrutura endotelial capilar pulmonar, fazendo com que o plasma, as proteínas plasmáticas e as células sanguíneas entrem no interstício pulmonar e na cavidade alveolar, formando o edema pulmonar. Devido à destruição do tecido epitelial alveolar, uma grande quantidade de fluido de edema entra nos alvéolos, resultando em função de difusão limitada dos alvéolos e incapacidade de realizar a função respiratória normal. Ao mesmo tempo, com o agravamento do dano tecidual, as células liberam vários fatores inflamatórios para formar a chamada tempestade de citocinas, que finalmente destrói completamente a maior parte dos alvéolos pulmonares e das estruturas respiratórias brônquicas, causando grave desequilíbrio ventilação-perfusão e, finalmente, morte do paciente[3].

Neste evento de emergência global do coronavírus, a principal estratégia médica para combater o COVID-19 é usar antibióticos e medicamentos antivirais para bloquear o ciclo de replicação do vírus e suprimir a inflamação do hospedeiro. Essa estratégia tem levado a tratamentos sintomáticos e de suporte efetivos em alguns casos, até mesmo com resultados promissores, mas não é o tratamento definitivo para essa infecção. Por exemplo, intervenções de regulação imunológica como tocilizumabe (bloqueador do receptor de IL-6), adalimumabe (anticorpo anti-TNF) e eculizumabe (anticorpo anti-C5) podem efetivamente aliviar os sintomas do paciente, mas não podem curar a doença fundamentalmente. Na verdade, existem duas características principais da pneumonia por COVID-19: primeiro, pessoas com baixa imunidade são mais suscetíveis ao COVID-19[4] e, segundo, o principal órgão-alvo são os pulmões[5]. De fato, a insuficiência respiratória foi relatada como uma das principais causas de morte por COVID-19[6], e as autópsias mostraram danos pulmonares, reações exsudativas significativas e embolia pulmonar em muitos pacientes[7].

1.2. Exossomos de células-tronco mesenquimais As células-tronco mesenquimais (MSCs) demonstraram ter funções imunomoduladoras e regenerativas abrangentes e poderosas [8]. As MSCs podem combater a morte celular associada à patogênese da doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), fibrose pulmonar idiopática, asma, SDRA e hipertensão pulmonar e promover a regeneração celular [9,10]. Os exossomos são um dos principais efetores parácrinos secretados pelas MSCs e são considerados candidatos atraentes para terapia alternativa de MSC devido à sua biocompatibilidade semelhante às células-mãe e sua capacidade de manter propriedades de cura [11]. Sob condições fisiológicas e patológicas, os exossomos desempenham um papel fundamental na comunicação intercelular, transportando várias biomoléculas, como miRNA e proteínas, para as células-alvo [12]. Ao contrário dos corpos apoptóticos e das microvesículas derivadas da superfície celular, os exossomos são produzidos pela via endocítica e carregam o conteúdo citoplasmático da célula-mãe. Portanto, são miniversões de células-mãe, mimetizando algumas de suas características fisiológicas. Em comparação com os homólogos celulares, a não toxicidade, baixa imunogenicidade, alta estabilidade, facilidade de armazenamento e potencial para produção em massa como produtos prontos são várias vantagens dos exossomos, que levaram à sua expansão em aplicações clínicas como novas alternativas terapêuticas. Além disso, a função natural dos exossomos permite que eles entreguem sua membrana e componentes bioativos citoplasmáticos das células-mãe às células-alvo por meio da fusão da membrana [13]. Existem também outras características únicas, incluindo a capacidade natural de atravessar barreiras biológicas, como a barreira hematoencefálica (BHE). Além disso, a biocompatibilidade é outra característica. Devido à sua origem em fontes biológicas e capacidade de direcionamento inerente, os exossomos têm sido usados ​​como portadores de componentes de drogas em estudos pré-clínicos [14].

1.3. Mecanismo de tratamento de exossomos derivados de células-tronco mesenquimais Os exossomos derivados de MSC herdam propriedades imunossupressoras de suas células-mãe, e os MSC-evs podem usar vários mecanismos para equilibrar a função do sistema imunológico. Um mecanismo chave é reprogramar e alterar o fenótipo de várias células imunes. Por exemplo, a capacidade dos exossomos derivados de MSC de promover a sobrevivência de macrófagos alveolares e mudar seu fenótipo da polarização pró-inflamatória (M1) para a polarização anti-inflamatória (M2) foi demonstrada em pelo menos dois estudos. Esses achados sugerem que os exossomos podem servir como alternativas viáveis ​​para suas células-mãe, e essa capacidade também foi relatada para alterar a relação Treg/Teff para aumentar Treg e promover a secreção de citocinas anti-inflamatórias [15,16].

Em vários modelos, as MSC-evs têm características terapêuticas semelhantes às MSCs, são mais fáceis de preparar, armazenar e transportar à beira do leito e evitam algumas limitações da terapia celular, como o risco de embolia pulmonar e formação de tumor. Nos últimos anos, as MSC-evs receberam ampla atenção como biomarcadores de patogênese e drogas terapêuticas para uma variedade de doenças. Além disso, exossomos secretados por MSC podem regular a imunidade por meio da interação com células imunes e inibir respostas inflamatórias por meio de citocinas [17,18]. Numerosos estudos mostraram que exossomos secretados por MSC podem ser usados ​​para tratar deficiências imunológicas, inflamação, ARDS e outras doenças pulmonares [19,20], portanto, exossomos secretados por MSC também podem ser eficazes no tratamento da inflamação pulmonar causada por COVID-19 .Os exossomos são um dos principais ingredientes ativos secretados pelas células-tronco e têm tamanho de 30 a 150 nm. Após a nebulização, os exossomos podem atingir diretamente os bronquíolos e alvéolos, o que favorece a máxima absorção dos fármacos[21]. Vários ensaios clínicos demonstraram que a infusão intravenosa de MSCs e MSC-evs para o tratamento de danos pulmonares graves causados ​​por SARS-CoV-2 é segura e eficaz[22] e, no caso de lesões pulmonares, a via de nebulização fornece um método particularmente método eficaz de entrega de drogas para atingir os locais do pulmão. Portanto, especulamos que os exossomas secretados por MSC nebulizados podem ser um método eficaz para reduzir os danos pulmonares do COVID-19 e promover a recuperação.

1.4. Estudos de casos clínicos de exossomos derivados de células-tronco Recentemente, o medicamento anti-COVID-19 inalado Exo-CD24, liderado pelo especialista do centro médico israelense Nadir Arber, que é uma combinação de exossomos e proteína CD24, mostrou resultados promissores em ensaios clínicos iniciais . O medicamento foi capaz de curar 29 de 30 pacientes graves em 5 dias de tratamento e tem potencial para tratar pacientes com COVID-19 em 3 a 5 dias. Embora o Exo-CD24 ainda não tenha passado nos testes de fase III, ele mostrou grande potencial no futuro [23]. O FDA dos EUA aprovou o uso de vesículas extracelulares (EVS) para o tratamento de COVID-19 por meio de um estudo de Fase I/II conduzido pela Direct Biologics. ExoFlo, o EVS usado, restaura a saúde e a vitalidade dos pacientes, reduzindo a inflamação sustentada, promovendo a revascularização do tecido danificado e remodelando o tecido cicatricial. Estudos clínicos domésticos também foram iniciados, a pesquisa clínica no Quinto Hospital Popular da cidade de Wuxi, província de Jiangsu, confirmou que as vesículas extracelulares derivadas de células-tronco mesenquimais do cordão umbilical nebulizadas são um tratamento seguro e viável para o COVID-19. O estudo foi publicado na Stem Cell Reviews and Reports em junho deste ano e incluiu sete pacientes diagnosticados com pneumonia por COVID-19, incluindo dois casos graves (Pacientes 2 e 4) e cinco casos leves (Pacientes 1, 3, 5, 6, e 7). Nenhuma reação alérgica aguda, como inchaço da garganta ou língua, erupção cutânea, falta de ar, tontura, vômito ou hipotensão, foi observada em nenhum dos pacientes dentro de duas horas após o tratamento de nebulização. Também não foram relatados eventos adversos ou reações alérgicas secundárias após o tratamento. A tomografia computadorizada de tórax mostrou uma diminuição na densidade do nódulo do lobo pulmonar e absorção de lesões pulmonares em pacientes graves e leves após o tratamento nebulizado com vesículas extracelulares derivadas de MSC [21]. A pesquisa conjunta do Hospital Ruijin e do Hospital Jinyintan está sendo conduzida no tratamento nebulizado com COVID-19 usando exossomos derivados de células-tronco mesenquimais alogênicas humanas derivadas de tecido adiposo (HAMSCs-Exos). Sete pacientes com COVID-19 gravemente enfermos foram tratados com HAMSC-Exos por inalação de nebulização e todos os pacientes toleraram bem o tratamento sem evidência de eventos adversos ou instabilidade clínica durante ou imediatamente após a nebulização. Todos os pacientes apresentaram aumento na contagem de linfócitos séricos (mediana de 1,61×10^9/L vs 1,78×10^9/L), e as lesões pulmonares foram reduzidas em graus variados em todos os pacientes após a inalação de aerossóis HAMSC-Exos, com quatro pacientes apresentando melhora significativa. Os resultados preliminares sugerem que as lesões pulmonares dos participantes melhoraram significativamente [21].

No entanto, a maioria dos ensaios clínicos usando exossomos de células-tronco para infecção por COVID-19 apresenta os seguintes problemas: (a) tamanho pequeno da amostra, dificultando a demonstração efetiva das vantagens dos exossomos de células-tronco no tratamento de COVID-19; (b) falta de um grupo de controle; (c) uso de métodos tradicionais de produção bidimensionais, dificultando o aumento da produção de grandes quantidades de exossomos para tratamento clínico; e (d) falta de exploração aprofundada de mecanismos para fenômenos relevantes. Esses problemas impedem o progresso no uso de exossomos de células-tronco para o tratamento da infecção por COVID-19. Para abordar essas questões, este projeto propõe combinar exossomos de células-tronco mesenquimais de cordão umbilical nebulizados com tratamento convencional para tratar pacientes com COVID-19 de médio a grave e avaliar sua segurança e eficácia.