干細胞治療

干細胞，包括胚胎干（ES）細胞、誘導多能干（iPS）細胞和成體干細胞，具有自我更新和產生分化細胞的能力。它們分化成不同組織細胞的潛力使其在再生醫學中的應用特別有趣——例如，ES細胞衍生的心肌細胞移植有望用于心肌再生。然而，自1957年開發出第一種使用干細胞的療法以來，只有少數基于干細胞的療法進入臨床。根據美國國立衛生研究院（NIH）的數據，已有數千項干細胞治療相關臨床試驗注冊。

目前，唯一獲得美國食品和藥物管理局（FDA）批準的干細胞療法是造血祖細胞（HPC）移植用于患有影響造血系統疾病的患者的造血和免疫重建。此外，一些源自間充質干細胞或組織特異性干細胞的干細胞產品已被批準用于臨床，例如在加拿大批準用于治療急性移植物抗宿主病的Prochymal，以及在美國批準用于治療急性移植物抗宿主病的Holoclar。歐洲修復受傷角膜^[1]。缺乏臨床轉化可能是由于干細胞治療存在一些不可避免的缺點。干細胞直徑較大，靜脈注射后可能會在肺部積聚，從而產生輸注毒性。此外，同種異體干細胞攜帶可能引發免疫反應的抗原。此外，干細胞注射可能會導致腫瘤并發癥，包括血液和非血液惡性腫瘤（分別為畸胎瘤和非畸胎瘤）^[2]。觀察到的干細胞的一些有益作用可能部分歸因于它們的旁分泌作用，而不是移植干細胞的長期植入^[3]。

干細胞來源的外泌體

干細胞就像人體中的所有其他細胞一樣，釋放外泌體以相互交流。外泌體是直徑約40-160nm的膜結合囊泡，通過內體途徑從細胞中釋放。外泌體以核酸、蛋白質、脂質和代謝物形式存在的多種成分，不僅反映了它們的細胞起源，而且賦予它們潛在的治療功能，類似于它們的供體細胞，可用于無細胞療法^[4]。因此，干細胞來源的外泌體的治療應用已被臨床前探索。

至少有150項臨床試驗已在ClinicalTrials.gov上注冊，研究基于外泌體的療法治療多種疾病，包括呼吸道疾病、傳染病和癌癥（在 www.clinicaltrials.gov上使用“外泌體療法”作為關鍵詞搜索）。在這些試驗中，31項應用源自干細胞（主要是來自不同組織的間充質干細胞）的外泌體，并作為間充質干細胞療法的替代方案進行測試。這些臨床前和臨床研究表明，干細胞釋放的外泌體可能部分重現其供體細胞的治療效果，而沒有干細胞治療固有的缺點（表1）。

與干細胞相反，外泌體不能自我復制，消除了對干細胞移植后潛在腫瘤形成的擔憂。外泌體也足夠穩定，適合長期冷凍儲存和凍干后室溫儲存。它們的小尺寸進一步允許通過過濾進行滅菌^[5]。此外，外泌體可以通過多種途徑施用；例如，霧化或凍干的肺干細胞來源的外泌體可以通過吸入給藥來治療肺部疾病^[5,6]。此外，它們的親水腔和含有膜蛋白的磷脂雙層可以被工程化和修飾以展示分子或用于藥物裝載；最近，肺干細胞衍生的外泌體被重組SARS-CoV-2的受體結合結構域修飾，作為可吸入的COVID-19疫苗^[7]。

2020年，Codiak Biosciences啟動了首個工程化外泌體療法（exoSTING^[8]）的臨床試驗（ NCT04592484?），用于治療多種實體瘤，表明工程化外泌體可能是干細胞源性外泌體治療應用的未來方向。

干細胞來源的外泌體的臨床轉化

干細胞和外泌體治療的市場前景廣闊。據全球市場報告顯示，預計到2030年全球干細胞市場將達到316億美元，全球外泌體市場預計到2030年將達到10.3億美元。美國國立衛生研究院于2017年發布了美國國立衛生研究院人類干細胞研究指南。

2009年，主要包括有關人類ES和iPS細胞的監管標準和倫理問題。此外，一些國際協會，包括國際干細胞研究學會和國際細胞外囊泡學會，提出了解決干細胞和外泌體研究中存在分歧問題的指南^[9,10]。這些指南為干細胞和外泌體研究提供資源；然而，全球對其臨床轉化和制造的共識仍然難以實現。值得注意的是，FDA必須發布幾項關于干細胞和外泌體產品的公共安全通知。因此，需要針對干細胞和外泌體治療制定全面的標準和法規。令人鼓舞的是，第一個干細胞相關國際標準（ISO 24603）于2022年8月發布，外泌體研究也可參考該標準，以標準化外泌體治療的外泌體生產上游步驟。

干細胞和外泌體療法的臨床轉化依賴于在良好生產規范（GMP）設施中大規模生產干細胞和外泌體。HPC移植的發展嵌合抗原受體（CAR）-T細胞促進了細胞治療產品GMP設施的建立。然而，用于外泌體生成、分離和質量控制的GMP設施仍然有限。用于實驗室規模分離外泌體的基于燒瓶的培養系統和超速離心方法緩慢、費力，并且與GMP級外泌體的大規模生產不兼容。或者，正在探索生物反應器系統和中空纖維膜分別用于細胞培養和過濾，以大規模生產外泌體。

此外，需要進行徹底的質量控制，以最大限度地減少外泌體的批次間差異。因此，需要能夠準確且可重復地表征外泌體的方法，包括濃度、粒徑、Zeta電位和外泌體標記。ZetaView、Amnis、ImageStream 和 ONI Nanoimager 等儀器能夠表征外泌體的理化性質，并可能取代納米顆粒跟蹤分析、動態光散射、蛋白質印跡和流式細胞術等傳統方法。外泌體質量控制還應考慮外泌體的異質性，其受到供體細胞狀態和分離方法的影響。

因此，需要標準化的操作流程，這可以基于腺相關病毒的制造，類似于外泌體的生產和純化。應建立一個精簡的封閉操作系統，將外泌體的大規模生產與可歸檔的質量控制測試計劃結合起來。

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