Клиническое исследование безопасности и эффективности экзосом мезенхимальных стволовых клеток для лечения COVID-19.

Предыстория 1.1. Новая коронавирусная инфекция и современные медицинские стратегии Коронавирусная инфекция 2019 года (COVID-19), вызванная коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), бушует уже более трех лет, в результате чего во всем мире погибло более 5 миллионов человек. Всемирная организация здравоохранения объявила пневмонию, вызванную COVID-19, глобальной пандемией и чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения[1]. Хотя эффективность диагностики и точность лечения улучшились, общий эффект лечения все еще ограничен. Основные причины смерти включают тяжелую пневмонию, острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), отек легких или полиорганную недостаточность [2]. Среди них ОРДС является наиболее тяжелым. Патологические исследования показали, что патогенез ОРДС в основном обусловлен иммунным ответом, вызванным коронавирусом, атакующим альвеолярные клетки; инфильтрация иммунными клетками приводит к разрушению эндотелиальной структуры легочных капилляров, в результате чего плазма, белки плазмы и клетки крови попадают в интерстиций легких и альвеолярную полость, формируя отек легких. Вследствие разрушения альвеолярной эпителиальной ткани в альвеолы ​​поступает большое количество отечной жидкости, что приводит к ограничению диффузионной функции альвеол и невозможности выполнения нормальной дыхательной функции. В то же время, при усугублении повреждения тканей клетки дополнительно высвобождают различные воспалительные факторы, формируя так называемый цитокиновый шторм, который в итоге полностью разрушает большую часть легочных альвеол и бронхиальных респираторных структур, вызывая выраженный вентиляционно-перфузионный дисбаланс и в конечном итоге смерть. пациента[3].

В этой глобальной чрезвычайной ситуации, связанной с коронавирусом, основная медицинская стратегия борьбы с COVID-19 заключается в использовании антибиотиков и противовирусных препаратов для блокирования цикла репликации вируса и подавления воспаления хозяина. Эта стратегия в некоторых случаях привела к эффективному поддерживающему и симптоматическому лечению, даже давшему многообещающие результаты, но это не окончательное лечение этой инфекции. Например, вмешательства в иммунную регуляцию, такие как тоцилизумаб (блокатор рецептора IL-6), адалимумаб (антитело к TNF) и экулизумаб (антитело к C5), могут эффективно облегчить симптомы пациента, но не могут полностью вылечить заболевание. Фактически, у пневмонии, вызванной COVID-19, есть две основные характеристики: во-первых, люди с низким иммунитетом более восприимчивы к COVID-19[4], а во-вторых, основным органом-мишенью являются легкие[5]. Фактически, дыхательная недостаточность была зарегистрирована как одна из основных причин смерти от COVID-19[6], а вскрытие показало повреждение легких, значительные экссудативные реакции и легочную эмболию у многих пациентов[7].

1.2. Экзосомы мезенхимальных стволовых клеток Было показано, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) обладают комплексными и мощными иммуномодулирующими и регенеративными функциями [8]. МСК могут бороться с гибелью клеток, связанной с патогенезом хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), идиопатическим легочным фиброзом, астмой, ОРДС и легочной гипертензией, и способствовать регенерации клеток [9,10]. Экзосомы являются одним из ключевых паракринных эффекторов, секретируемых МСК, и считаются привлекательными кандидатами для альтернативной терапии МСК из-за их биосовместимости, сходной с исходными клетками, и их способности сохранять целебные свойства [11]. В физиологических и патологических условиях экзосомы играют ключевую роль в межклеточной коммуникации, транспортируя различные биомолекулы, такие как микроРНК и белки, к клеткам-мишеням [12]. В отличие от апоптотических телец и микровезикул, происходящих с клеточной поверхности, экзосомы продуцируются эндоцитарным путем и загружают цитоплазматическое содержимое родительской клетки. Следовательно, они представляют собой мини-версии родительских клеток, имитирующие некоторые их физиологические характеристики. По сравнению с клеточными аналогами нетоксичность, низкая иммуногенность, высокая стабильность, простота хранения и возможность массового производства в виде готовых продуктов являются несколькими преимуществами экзосом, которые привели к их расширению в клинических применениях в качестве новых терапевтических альтернатив. Кроме того, естественная функция экзосом позволяет им доставлять свои мембранные и цитоплазматические биологически активные компоненты из родительских клеток в клетки-мишени посредством слияния мембран [13]. Есть и другие уникальные характеристики, в том числе естественная способность преодолевать биологические барьеры, такие как гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Кроме того, биосовместимость является еще одной характеристикой. Благодаря своему происхождению из биологических источников и присущей способности нацеливания экзосомы использовались в качестве носителей компонентов лекарств в доклинических исследованиях [14].

1.3. Механизм лечения экзосомами, происходящими из мезенхимальных стволовых клеток. Экзосомы, происходящие из МСК, наследуют иммуносупрессивные свойства своих родительских клеток, и МСК-эв могут использовать различные механизмы для балансировки функции иммунной системы. Одним из ключевых механизмов является перепрограммирование и изменение фенотипа различных иммунных клеток. Например, способность экзосом, происходящих из МСК, способствовать выживанию альвеолярных макрофагов и смещать их фенотип с провоспалительной (М1) поляризации на противовоспалительную (М2) поляризацию была продемонстрирована как минимум в двух исследованиях. Эти данные свидетельствуют о том, что экзосомы могут служить жизнеспособной альтернативой своим родительским клеткам, и также сообщалось, что эта способность изменяет соотношение Treg / Teff, увеличивая Treg и стимулируя секрецию противовоспалительных цитокинов [15,16].

В нескольких моделях MSC-evs имеют сходные с MSC терапевтические характеристики, их легче готовить, хранить и транспортировать к постели, и они позволяют избежать некоторых ограничений клеточной терапии, таких как риск легочной эмболии и образования опухолей. В последние годы МСК-ев получили широкое внимание в качестве биомаркеров патогенеза и терапевтических препаратов при различных заболеваниях. Кроме того, экзосомы, секретируемые МСК, могут регулировать иммунитет посредством взаимодействия с иммунными клетками и ингибировать воспалительные реакции посредством цитокинов [17,18]. Многочисленные исследования показали, что экзосомы, секретируемые МСК, можно использовать для лечения иммунодефицита, воспаления, ОРДС и других легочных заболеваний [19, 20], поэтому экзосомы, секретируемые МСК, также могут быть эффективны при лечении воспаления легких, вызванного COVID-19. .Экзосомы являются одним из основных активных ингредиентов, секретируемых стволовыми клетками, и имеют размер 30-150 нм. После распыления экзосомы могут напрямую достигать бронхиол и альвеол, что способствует максимальному всасыванию лекарств [21]. Многочисленные клинические испытания показали, что внутривенное вливание МСК и МСК-эв для лечения тяжелого поражения легких, вызванного SARS-CoV-2, является безопасным и эффективным [22], а в случае повреждения легких небулайзерный путь обеспечивает особенно эффективный метод доставки лекарств в целевые участки легких. Таким образом, мы предполагаем, что экзосомы, секретируемые МСК, могут быть эффективным методом уменьшения повреждения легких COVID-19 и ускорения выздоровления.

1.4. Клинические исследования экзосом, полученных из стволовых клеток Недавно ингаляционный препарат Exo-CD24 против COVID-19 под руководством эксперта израильского медицинского центра Надира Арбера, который представляет собой комбинацию экзосом и белка CD24, показал многообещающие результаты в ранних клинических испытаниях. . Препарат смог вылечить 29 из 30 тяжелых пациентов в течение 5 дней лечения и потенциально может лечить пациентов с COVID-19 в течение 3-5 дней. Хотя Exo-CD24 еще не прошел испытания фазы III, он продемонстрировал большой потенциал в будущем[23]. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило использование внеклеточных везикул (EVS) для лечения COVID-19 в ходе испытаний фазы I/II, проведенных Direct Biologics. ExoFlo, используемый EVS, восстанавливает здоровье и жизненные силы пациентов за счет уменьшения устойчивого воспаления, способствуя реваскуляризации поврежденной ткани и изменению формы рубцовой ткани. Также были начаты внутренние клинические исследования, клинические исследования в Пятой народной больнице города Уси, провинция Цзянсу, подтвердили, что распыленные внеклеточные везикулы, полученные из мезенхимальных стволовых клеток пуповины, являются безопасным и жизнеспособным средством для лечения COVID-19. Исследование было опубликовано в журнале Stem Cell Reviews and Reports в июне этого года и включало семь пациентов с диагнозом пневмония COVID-19, в том числе два тяжелых случая (пациенты 2 и 4) и пять легких случаев (пациенты 1, 3, 5, 6, и 7). Никаких острых аллергических реакций, таких как отек горла или языка, сыпь, одышка, головокружение, рвота или артериальная гипотензия, не наблюдалось ни у одного из пациентов в течение двух часов после небулайзерной терапии. Также не было сообщений о нежелательных явлениях или вторичных аллергических реакциях после лечения. Компьютерная томография грудной клетки показала снижение плотности узелков в долях легкого и абсорбцию поражений легких как у пациентов с тяжелым, так и с легким течением после небулайзерной терапии внеклеточными везикулами, полученными из МСК [21]. Больница Жуйцзинь и больница Цзиньинтань проводят совместное исследование небулайзерной терапии COVID-19 с использованием экзосом, полученных из аллогенных мезенхимальных стволовых клеток человека, полученных из жировой ткани (HAMSCs-Exos). Семь пациентов с COVID-19 в критическом состоянии получали лечение с помощью HAMSC-Exos посредством ингаляционного распыления, и все пациенты хорошо переносили лечение без признаков побочных эффектов или клинической нестабильности во время или сразу после распыления. У всех пациентов наблюдалось увеличение числа лимфоцитов в сыворотке (в среднем 1,61×10^9/л по сравнению с 1,78×10^9/л), а поражения легких уменьшались в разной степени у всех пациентов после вдыхания аэрозолей HAMSC-Exos, у четырех пациентов показывает значительное улучшение. Предварительные результаты показывают, что у участников значительно улучшились травмы легких [21].

Однако большинство клинических испытаний с использованием экзосом стволовых клеток для лечения инфекции COVID-19 имеют следующие проблемы: (а) небольшой размер выборки, что затрудняет эффективную демонстрацию преимуществ экзосом стволовых клеток при лечении COVID-19; (б) отсутствие контрольной группы; (c) использование традиционных двумерных методов производства, что затрудняет масштабирование производства больших количеств экзосом для клинического лечения; и d) отсутствие углубленного изучения механизмов соответствующих явлений. Эти проблемы препятствуют прогрессу в использовании экзосом стволовых клеток для лечения инфекции COVID-19. Для решения этих проблем в этом проекте предлагается сочетать распыленные экзосомы мезенхимальных стволовых клеток пуповины с традиционным лечением для лечения пациентов с COVID-19 средней и тяжелой степени и оценить его безопасность и эффективность.