干細(xì)胞療法正被探索用于治療各種疾病，包括血液病、免疫病、神經(jīng)退行性疾病和組織損傷。另外，干細(xì)胞衍生的外泌體可能提供類似的臨床益處，而沒有與活細(xì)胞移植有關(guān)的生物安全問題。然而，大規(guī)模的制造和純化，批次與批次之間的差異，以及對外泌體復(fù)雜載體的分析，將需要得到解決，以實(shí)現(xiàn)其臨床轉(zhuǎn)化。

干細(xì)胞，包括胚胎干（ES）細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干（iPS）細(xì)胞和成人干細(xì)胞，具有自我更新和產(chǎn)生分化細(xì)胞的能力。它們分化成不同組織細(xì)胞的潛力使它們在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用特別有趣–例如，ES細(xì)胞衍生的心肌細(xì)胞移植對心肌再生很有希望。

然而，自從1957年開發(fā)出第一個(gè)使用干細(xì)胞的療法以來，只有少數(shù)基于干細(xì)胞的療法進(jìn)入了臨床。根據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的數(shù)據(jù)，已有數(shù)千項(xiàng)干細(xì)胞治療相關(guān)的臨床試驗(yàn)被注冊。

目前，美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的唯一干細(xì)胞療法是造血干細(xì)胞移植，用于影響造血系統(tǒng)的疾病患者的造血和免疫學(xué)重建。此外，少數(shù)源自間間充質(zhì)干細(xì)胞或組織特異性干細(xì)胞的干細(xì)胞產(chǎn)品已被批準(zhǔn)用于臨床，如加拿大批準(zhǔn)用于治療急性移植物抗宿主疾病的Prochymal，以及歐洲批準(zhǔn)用于修復(fù)受傷角膜的Holoclar1。缺乏臨床轉(zhuǎn)化可能是由于干細(xì)胞療法存在一些不可避免的缺點(diǎn)。干細(xì)胞的大直徑可能會(huì)導(dǎo)致它們在靜脈注射后積聚在肺部，從而產(chǎn)生輸液毒性。此外，異體干細(xì)胞攜帶抗原，可能會(huì)引起免疫反應(yīng)。

此外，干細(xì)胞注射可能會(huì)導(dǎo)致腫瘤并發(fā)癥，包括血液學(xué)和非血液學(xué)惡性腫瘤（分別為畸胎瘤和非畸胎瘤）。 一些觀察到的干細(xì)胞的有益作用可能部分是由于其旁分泌作用，而不是移植的干細(xì)胞的長期移植。

干細(xì)胞來源的外泌體

干細(xì)胞，就像人體中的所有其他細(xì)胞一樣，釋放外泌體以相互交流。外泌體是膜結(jié)合的囊泡，直徑約為40-160nm，通過內(nèi)體途徑從細(xì)胞中釋放出來。外泌體以核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和代謝物形式存在的多種成分，不僅反映了它們的細(xì)胞來源，而且賦予它們潛在的治療功能，類似于它們的供體細(xì)胞，可用于無細(xì)胞療法。因此，臨床前探索了干細(xì)胞衍生的外泌體的治療應(yīng)用。

至少有150項(xiàng)臨床試驗(yàn)已在ClinicalTrials.gov上注冊，研究各種疾病的基于外泌體的療法，包括呼吸系統(tǒng)疾病、傳染病和癌癥（在 www.clinicaltrials.gov 上使用“外泌體療法”作為關(guān)鍵字搜索）。

在這些試驗(yàn)中，31項(xiàng)應(yīng)用了源自干細(xì)胞的外泌體，主要是來自不同組織的間充質(zhì)干細(xì)胞，這些試驗(yàn)被測試為間充質(zhì)干細(xì)胞療法的替代方案。這些臨床前和臨床研究表明，干細(xì)胞釋放的外泌體可能部分重現(xiàn)其供體細(xì)胞的治療效果，而沒有干細(xì)胞治療固有的缺點(diǎn)（表1）。

治療	臨床試驗(yàn)數(shù)量	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
外泌體療法	158項(xiàng)研究	小尺寸 免疫反應(yīng)和腫瘤形成的風(fēng)險(xiǎn)最小 穩(wěn)定，可長期儲(chǔ)存和運(yùn)輸 沒有道德問題 多條送貨路線 可以被設(shè)計(jì)用來運(yùn)送藥物載體	難以大規(guī)模制造和提純 批次間差異 沒有兼容的GMP設(shè)施 沒有既定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)
干細(xì)胞療法	7,018項(xiàng)研究	易于隔離和大規(guī)模擴(kuò)展 多向分化潛能 長期植入 廣泛的臨床前和臨床研究結(jié)果 完善的FDA指南	腫瘤并發(fā)癥 融合毒性 免疫原性 嚴(yán)酷的儲(chǔ)運(yùn)條件 倫理道德問題

與干細(xì)胞不同，外泌體不能自我復(fù)制，從而消除了對干細(xì)胞移植后可能形成腫瘤的擔(dān)憂。外泌體也足夠穩(wěn)定，可以長期冷凍保存和凍干后室溫保存。它們的小尺寸進(jìn)一步允許通過過濾進(jìn)行滅菌。此外，外泌體可以通過多種途徑給藥；例如，霧化或凍干的肺干細(xì)胞來源的外泌體可以通過吸入給藥來治療肺部疾病。

此外，它們的親水腔和含有膜蛋白的磷脂雙層可以被設(shè)計(jì)和修飾以展示分子或用于藥物裝載；肺干細(xì)胞衍生的外泌體最近裝飾有重組 SARS-CoV-2的受體結(jié)合域，作為可吸入的COVID-19疫苗7。

2020年，Codiak Biosciences啟動(dòng)了第一個(gè)工程化外泌體療法（exoSTING?）臨床試驗(yàn)（ NCT04592484?），用于治療多種實(shí)體瘤，表明工程化外泌體可能是干細(xì)胞來源外泌體治療應(yīng)用的未來方向。

干細(xì)胞來源的外泌體的臨床轉(zhuǎn)化

干細(xì)胞和外泌體治療的市場前景看好。根據(jù)全球市場報(bào)告，全球干細(xì)胞市場預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到316億美元，全球外泌體市場預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到10.3億美元。美國國立衛(wèi)生研究院于2017年發(fā)布了美國國立衛(wèi)生研究院人類干細(xì)胞研究指南2009年，主要包括人類ES和iPS細(xì)胞的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和倫理問題。

此外，一些國際協(xié)會(huì)，包括國際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)和國際細(xì)胞外囊泡學(xué)會(huì)，已經(jīng)提出了解決干細(xì)胞和外泌體研究中存在分歧的問題的指南。這些指南為干細(xì)胞和外泌體研究提供了資源；然而，關(guān)于它們的臨床轉(zhuǎn)化和制造的全球共識(shí)仍然難以捉摸。值得注意的是，F(xiàn)DA不得不發(fā)布幾項(xiàng)關(guān)于干細(xì)胞和外泌體產(chǎn)品的公共安全通知。

因此，需要針對干細(xì)胞和外泌體治療制定全面的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。令人鼓舞的是，第一個(gè)干細(xì)胞相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 24603）于2022年8月發(fā)布，外泌體研究也可參考該標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)化外泌體生產(chǎn)的上游步驟，用于外泌體治療。

干細(xì)胞和外泌體療法的臨床轉(zhuǎn)化有賴于在良好生產(chǎn)規(guī)范（GMP）設(shè)施中大規(guī)模制造干細(xì)胞和外泌體。HPC移植和嵌合抗原受體（CAR）-T細(xì)胞的發(fā)展促進(jìn)了細(xì)胞治療產(chǎn)品的GMP設(shè)施的建立。然而，用于生成、分離和質(zhì)量控制外泌體的GMP設(shè)施仍然有限。用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模分離外泌體的燒瓶式培養(yǎng)系統(tǒng)和超速離心法速度慢、費(fèi)力，而且不適合大規(guī)模制造GMP級(jí)外泌體。另外，目前正在探索生物反應(yīng)器系統(tǒng)和中空纖維膜，分別用于細(xì)胞培養(yǎng)和過濾，以便大規(guī)模生產(chǎn)外泌體。

此外，需要徹底的質(zhì)量控制，以盡量減少外泌體的批次間差異。因此，需要能夠準(zhǔn)確和可重復(fù)地表征外泌體的方法，包括濃度、顆粒大小、Zeta電位和外泌體標(biāo)記物。ZetaView、Amnis、ImageStream和ONI Nanoimager等儀器能夠?qū)ν饷隗w的理化性質(zhì)進(jìn)行表征，并可能取代傳統(tǒng)的方法，如納米粒子追蹤分析、動(dòng)態(tài)光散射、蛋白質(zhì)印跡和流式細(xì)胞儀。外泌體質(zhì)量控制還應(yīng)該考慮外泌體的異質(zhì)性，它受到供體細(xì)胞狀態(tài)和分離方法的影響。

因此，需要有標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序，這可以基于腺相關(guān)病毒的制造，這與外泌體的生產(chǎn)和純化類似。應(yīng)建立一個(gè)精簡的封閉式操作系統(tǒng)，將外泌體的大規(guī)模制造與可歸檔的質(zhì)量控制測試程序相結(jié)合。這樣一個(gè)數(shù)字化和自動(dòng)化的系統(tǒng)可以通過減少人工操作和實(shí)施批次統(tǒng)一來進(jìn)一步降低外泌體產(chǎn)品的成本。

參考資料：Zhang, K., Cheng, K. 干細(xì)胞衍生的外泌體與干細(xì)胞療法。 Nat Rev Bioeng (2023)。https://doi.org/10.1038/s44222-023-00064-2

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