首次！人体MSC外泌体治疗膝骨关节炎新突破

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来源：医麦客

近日，智利安第斯大学的科学家团队在Journal of Nanobiotechnology上发表了一项题为Clinical‑grade extracellular vesicles derived from umbilical cord mesenchymal stromal cells: preclinical development and first‑in‑human intra‑articular validation as therapeutics for knee osteoarthritis（脐带间充质基质细胞临床级外泌体：临床前开发和首次人类关节内验证作为膝骨关节炎的治疗）的研究。该研究通过多种体外和体内实验，全面探究了脐带间充质基质细胞（UC-MSC）衍生的外泌体（sEV）在治疗膝骨关节炎的疗效、安全性及其潜在作用机制。

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研究背景

骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的进行性多因素关节疾病，是导致慢性疼痛和残疾的重要原因之一。其中，膝盖是受 OA 影响最为严重的关节，全球近4/5的OA病例都发生在膝关节。目前，针对膝骨关节炎，尚无能够延缓软骨退化或恢复关节软骨功能的治疗手段，现有的治疗主要是通过多模式方法来控制疼痛和关节僵硬症状。

OA 的显著特征包括慢性滑膜炎和软骨退化，有新证据表明滑膜炎先于软骨退化出现。在滑膜组织中，巨噬细胞起着关键作用，促炎性 M1 亚型巨噬细胞释放的 IL-1β、IL-6 和 TNF-α 等细胞因子，会引发、维持和放大炎症；而具有抗炎表型的 M2 巨噬细胞分泌的 IL-10，则对组织修复和炎症消退至关重要。在 OA 患者体内，滑膜炎表现为产生活性氧（ROS）的 M1 巨噬细胞数量增多，ROS 会导致炎症、基质失调和软骨损伤，氧化应激还会诱导初级软骨细胞凋亡。因此，控制炎症和氧化应激成为 OA 治疗的关键策略。

间充质基质细胞（MSC）及其分泌的sEV在OA 治疗方面展现出了潜力。MSC-sEV 具有与细胞相似的组织再生能力，且作为无细胞治疗方案，安全性更高。在OA动物模型中，MSC-sEV 疗法已显示出促进软骨再生、减缓OA进展的效果。而脐带（UC）来源的 MSC，因其具有较强的软骨形成能力、体外抑制 T 细胞增殖能力，以及相对较低的血管生成特性，被认为是治疗 OA 最具潜力的 MSC 来源。基于此，研究团队旨在开发一种基于 UC-MSC 衍生 sEV 的临床级疗法，并对其疗效和安全性进行评估。

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研究数据

本研究旨在开发一种基于 UC-MSC 衍生 sEV 的临床级疗法，并评估其疗效和安全性。研究对非 cGMP 条件下 UC-MSC 衍生的 sEV 进行了全面表征，发现多个批次的 sEV 具有一致的 miRNA 和蛋白质谱，这为标准化生产工艺提供了可能。

在体外实验中，sEV 展现出了软骨保护活性。研究人员建立极化的人单核细胞衍生的巨噬细胞（hmMΦs）模型，通过流式分析发现，sEV 处理后的 hmMΦs 中，M1 促炎标记物（CD86、HLA-DR）表达降低，M2 抗炎标记物（CD206、CD163）表达升高；ELISA 检测显示，巨噬细胞分泌的抗炎因子 IL-10 增多，促炎因子 IL-6、TNF-α 和 IL-1β 减少。在甲萘醌诱导的细胞毒性试验中，sEV 能够有效保护软骨细胞，减少凋亡 / 死亡细胞比例，且基于 LDH 释放的细胞毒性试验表明 sEV 对软骨细胞无明显毒性。

在小鼠实验中，研究人员构建了胶原酶诱导的骨关节炎（CIOA）小鼠模型，并进行关节内给药 sEV 的临床前实验。μCT 图像显示，接受 sEV 治疗的小鼠膝关节骨密度（BMD）值和 BS/BV 指数改善，Safranin O/Fast green染色结果也证实了 sEV对软骨的保护作用，其组织学评分更低。此外，通过对小鼠膝后淋巴结的检测发现，sEV能够抑制炎症，调节CD4+ T细胞群，减少促炎细胞，增加调节性 T 细胞（CD25+FOXP3+Treg细胞）。生物分布测定显示，注射DiR染色的sEV后，sEV能够在膝关节间隙内长时间稳定存在。

在首次人体临床试验中，研究人员将临床级UC-MSC-sEV注入膝骨关节炎患者关节内。结果显示，给药前和治疗1年后，患者的临床评分指数（WOMAC 指数）降低，症状得到改善，且未观察到任何不良反应。第三方核磁共振检查通过 SPAIR 和 WATSc 序列评估发现，患者软骨无退化迹象，这证明了首次sEV人体关节内给药的初步安全性。后续还设计了进一步的1期临床试验，计划让患者分别接受低、中、高三种剂量（2±0.5E+9 particles/3 mL，6±0.5E+9 particles/3 mL，20±0.5E+9 particles/3 mL ）的sEV治疗，并随访1年。这些结果在 2019 年进行的1/2期随机对照临床试验和1期剂量递增临床试验中得到了验证。

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研究方法

sEV的鉴定和表征：研究人员采用多种技术对分离的MSC-sEV进行全面鉴定和表征，包括 WB检测标志物、NTA 测定粒径范围与颗粒浓度、TEM 观察形态与完整度、流式检测表面标志物占比、蛋白质组分析蛋白货物种类与含量、转录组分析 RNA 货物种类与含量等。

sEV的摄取研究：利用sEV示踪试剂标记，观察sEV进入骨关节炎相关细胞系的过程；装载 miRNA 的sEV进入细胞后，通过 qPCR 检测 miRNA，以此证明sEV不仅能进入细胞，还携带了功能性货物。

巨噬细胞极化和软骨细胞保护研究：研究发现MSC-sEV可驱动巨噬细胞极化，增加抗炎活性的 M2 极化巨噬细胞比例，同时促使 M2 巨噬细胞分泌更多的 IL-10，这对组织修复和炎症消退有益，进而在氧化应激中保护软骨细胞。

转录组学分析：通过转录组学技术分析MSC-sEV RNA中16 种常见 miRNAs 的富集模式，并对其调控的蛋白质进行 GO 分析，揭示了多个与巨噬细胞和炎症过程相关的生物学过程及推定靶基因。

动物模型实验：构建关节炎小鼠模型，关节内给予MSC-sEV，通过 μCT 分析关节区域的骨密度，评估关节再生和软骨修复情况。

免疫抑制活性和稳定性研究：向小鼠关节腔内注射MSC-sEV，检测 CD4+ IL-17 + 细胞和 CD4+IFN-γ+ 细胞水平，评估其免疫抑制活性；通过sEV示踪分析，确定sEV在关节腔内的长期稳定性，证明其可长时间发挥免疫抑制效应。

存储稳定性验证：对用于商业化和临床应用的MSC-sEV进行存储稳定性验证，确保sEV在存储过程中的质量和活性。

首次人体1期临床研究设计：精心设计首次人体MSC-sEV给药的1期临床研究，明确不同剂量组和随访时间，为后续临床试验提供科学依据。

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研究结论

通过多种体外和体内实验，该研究全面评估了UC-MSC衍生的sEV治疗膝骨关节炎的疗效、安全性及潜在作用机制。首次对临床级产品进行了人体关节内给药的安全性评估，确定了非cGMP条件下UC-MSC来源sEV的完整特征，以及标准化生产工艺的可行性。

研究充分证实了UC-MSC-sEV作为关节内给药疗法的再生和抗炎特性，以及良好的安全性。后续计划开展的不同剂量sEV治疗的1期临床研究，将进一步探索其治疗膝骨关节炎的最佳方案，为未来sEV在膝骨关节炎治疗领域的广泛应用奠定了坚实基础。

参考资料：

1.Takami Mariko,Motohashi Shinichiro,Comparative assessment of autologous and allogeneic iNKT cell transfer in iNKT cell-based immunotherapy.[J] .Front Immunol, 2024, 15: 1457771.

2.https://mp.weixin.qq.com/s/PRq1DqyuN4iO_yMYbRS6cg

3.https://mp.weixin.qq.com/s/NGbfroblDY28DEHcE0rYgQ

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