前言：最近一段時間干細(xì)胞療法風(fēng)聲水起，但在臨床上在臨床前和臨床中都取得了重大進(jìn)展，但在干細(xì)胞療法在臨床上研究中應(yīng)解決幾個主要挑戰(zhàn)。

這些挑戰(zhàn)包括：（i）可行的干細(xì)胞來源，（ii）安全性和免疫原性，（iii）功能異質(zhì)性，（iv）確保移植后的生物活性和活力；（v）靶向遞送和遷移能力。

01

干細(xì)胞的來源

干細(xì)胞的來源決定了可獲得的MSC數(shù)量、增殖能力和分化潛力！目前，臨床上使用MSC療法的主要來源是骨髓、脂肪組織和臍帶。這些不同的來源，各有優(yōu)劣勢！

從骨髓采集MSC作為干細(xì)胞主要來源，需高侵入性手術(shù)，會給供著帶來疼痛，也會帶來感染的風(fēng)險。此外，骨髓分離的單核細(xì)胞中只有約0.001%-0.01%是MSC，且增殖能力有限。

因此，目前骨髓來源的路子逐漸被替代！

脂肪組織也是MSC的替代來源，可通過侵入性很小的流程進(jìn)行分離，并可獲得同等數(shù)量骨髓500倍的MSC數(shù)量。盡管有這種優(yōu)勢，但脂肪組織來源MSC往往偏向分化為脂肪組織，限制在臨床的使用途徑。

臍帶血來源的MSC僅占分離單核細(xì)胞的0.2%-1.8%，相比骨髓源的MSC增殖能力更好，且可以分化為骨骼、軟骨和脂肪組織。但是臍帶血本身的量比較少，一次治療可能需要多個供者的臍帶血！

分離自體MSC時，年齡也是一個主要考慮因素，年齡大與MSC衰老及增殖分化力降低有關(guān)。

同種異體的供體特征（如性別、組織來源和疾病狀態(tài)）變化也會影響MSC的質(zhì)量和治療效果。

此外，不同臨床MSC分離方法也存在差異，很難標(biāo)準(zhǔn)化。為解決來不同來源和不同分離程序的MSC的不一致問題，國際細(xì)胞與基因治療學(xué)會（ISCT）在2006年設(shè)定了人MSC的最低標(biāo)準(zhǔn)。

對HSC來說，也可以從臍帶血、骨髓和外周血中分離。

分離HSC離體擴(kuò)增對產(chǎn)生足夠治療數(shù)量的細(xì)胞至關(guān)重要，因此，HSC療法面臨生長潛力有限、培養(yǎng)時易分化及干性隨時間流失等挑戰(zhàn)。

iPSC可以來自多種組織，但主要來自皮膚成纖維細(xì)胞和血細(xì)胞。自體iPSC的免疫反應(yīng)低，但由于時間和經(jīng)濟(jì)考慮，目前主要使用同種異體來源。

與其他自體干細(xì)胞療法一樣，iPSC也面臨著生產(chǎn)耗時的挑戰(zhàn)，因為生產(chǎn)自體細(xì)胞產(chǎn)品的過程很漫長，因此對某些急性適應(yīng)癥，如心力衰竭，存在較長等待期。

在倫理方面，盡管iPSC能將體細(xì)胞重分化為任何所需細(xì)胞，解決了與人胚胎干細(xì)胞相關(guān)倫理問題，但它們的無限分化潛力帶來了額外的倫理困境，如人生殖克隆、胚胎基因改造、人配子產(chǎn)生及種間嵌合動物等問題。

02

安全性和免疫原性

免疫原性相關(guān)風(fēng)險對干細(xì)胞療法構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。MSC的獨特之處在于，由于MHC/HLA I的低表達(dá)和缺乏MHC/HLA II，它們表現(xiàn)出低免疫原性。

然而，同種異體MSC不具有完全的免疫“豁免”，供體和受體間的MHC-I錯配，尤其隨供體年齡的增加，可導(dǎo)致免疫排斥反應(yīng)增加。

自體MSC可避免MHC錯配，但可能攜帶患者的遺傳缺陷，損害治療效果。

此外，由于MSC常通過靜脈給藥，因此存在即時血液介導(dǎo)炎癥反應(yīng)（IBMIR）的風(fēng)險，這是一種先天免疫攻擊，對MSC的細(xì)胞植入、活力和整體治療產(chǎn)生負(fù)面影響。

HSC比MSC更容易發(fā)生免疫排斥，這可能導(dǎo)致GvHD，即受體免疫系統(tǒng)攻擊供體細(xì)胞或供體細(xì)胞攻擊受體器官。所以通常，在回輸HSC前，會對患者進(jìn)行全身照射或化療，以降低GvHD風(fēng)險，在患者骨髓中為供體HSC植入創(chuàng)造空間。

這些預(yù)處理是非特異性的，可能導(dǎo)致影響各種器官功能的并發(fā)癥、需輸注紅細(xì)胞和血小板、繼發(fā)性腫瘤、不孕和長期免疫抑制導(dǎo)致的感染。因此只有不到25%的患者耐受，且可能會導(dǎo)致死亡。

基因療法提供了一種有前途的解決方案，它能對HSC原位編輯，避免了預(yù)處理和同種異體移植的風(fēng)險。

畸胎瘤形成風(fēng)險是臨床與iPSC治療相關(guān)的最重大安全問題。雖然iPSC無限增殖能力有利于治療應(yīng)用，但由于分化為非目的細(xì)胞具有很高的致瘤潛力，因此也會帶來風(fēng)險。

為降低這種風(fēng)險，必須建立穩(wěn)健高效的iPSC定向分化方法，減少終產(chǎn)物中未分化細(xì)胞的存在。此外，采用嚴(yán)格純化工藝，消除雜質(zhì)細(xì)胞。

03

功能異質(zhì)性

干細(xì)胞的功能異質(zhì)性是由多種因素引起，包括組織來源、供體特征和組織內(nèi)的細(xì)胞間差異。

MSC的特性取決于其來源以及供體的年齡、性別、疾病狀況和遺傳背景，因此差異較大。

組織來源和供體變化也可導(dǎo)致MSC增殖和分化能力的差異，從而導(dǎo)致治療間效果的不同。

臍帶血來源的MSC具有更高的免疫調(diào)節(jié)力，骨髓MSC在促進(jìn)再生方面更有效，脂肪來源MSC表現(xiàn)出更大成脂分化并產(chǎn)生更多細(xì)胞基質(zhì)成分。

細(xì)胞因子分泌是MSC的另一重要特性，有助于調(diào)節(jié)組織修復(fù)和調(diào)節(jié)整體免疫反應(yīng)，這也因來源和供體而異。如，與年輕脂肪源MSC比，成人脂肪源MSC顯示出更高促炎因子分泌，降低了它們免疫調(diào)節(jié)力。

供體特征在MSC的特性中起關(guān)鍵作用。從男性供體獲得的MSC表現(xiàn)出更高的代謝活性和更強的增殖能力，而來自女性供體的MSC具有更強的成骨反應(yīng)。

此外，供體的健康狀況會影響MSC功能。如，和健康供體比，晚期骨關(guān)節(jié)炎患者的MSC表現(xiàn)出增殖能力降低及軟骨生成和成脂分化能力降低。

年齡是另一個關(guān)鍵因素，供體年齡的增加與MSC的增殖和分化能力下降有關(guān)。

HSC功能的異質(zhì)性可能源于各種原因，包括細(xì)胞發(fā)育和成熟過程中遺傳和表觀遺傳重編程的差異、骨髓生態(tài)位內(nèi)的可變定位以及分子和細(xì)胞刺激驅(qū)動的遺傳變化。

衰老在HSC功能中也起重要作用，隨細(xì)胞衰老，骨髓生成增加，淋巴細(xì)胞生成減少。

此外，移植后HSC在骨髓中的植入效率因供體的年齡和干細(xì)胞來源而異。研究表明，40歲以上的供體與急性和慢性GvHD的風(fēng)險顯著增加以及移植相關(guān)死亡率增加有關(guān)。此外，來自女性供體的 HSC 的男性接受者可能會經(jīng)歷更高的非復(fù)發(fā)死亡率和GvHD率。

iPSC往往比其他干細(xì)胞表現(xiàn)出更大的異質(zhì)性，因為從體細(xì)胞誘導(dǎo)iPSC需多步重編程，這可能會引入變異。

此外，個體間的遺傳差異及重編程過程中發(fā)生的改變可導(dǎo)致iPSC表型發(fā)生變化，如分化能力、形態(tài)和表觀遺傳學(xué)譜。

04

移植后生物活性和活力的維持

移植后的細(xì)胞保持活力和功能至關(guān)重要，但干細(xì)胞療法在這方面有許多挑戰(zhàn)。

MSC的靜脈注射（IV）是臨床常用回輸方法，許多研究表明，靜脈注射細(xì)胞常被困在肺毛細(xì)血管中，存活時間只有幾天。

最近研究表明，肌內(nèi)注射可將原位存活時間延長至5個月以上，腹膜內(nèi)或皮下注射的存活時間為3-4周。

此外，許多MSC回輸體內(nèi)后，在遇到疾病部位的惡劣局部微環(huán)境時會無法生存。

移植后MSC的活力也和冷凍保存和解凍方案有關(guān)。研究表明，注射前解凍后過夜培養(yǎng)細(xì)胞可顯著提高M(jìn)SC存活率。

HSC成功移植后的活力和活性取決于許多因素，如預(yù)處理方案、細(xì)胞來源、供體和受體年齡和疾病狀態(tài)，及免疫抑制藥物的共同給藥。

預(yù)處理方案的強度顯著影響骨髓中HSC的植入率。在骨髓生態(tài)位中，HSC與相鄰非干細(xì)胞鄰居間的相互作用對維持靜止和自我更新間的平衡至關(guān)重要，從而確保HSC庫的穩(wěn)定。

對iPSC，優(yōu)化它們分化為所需細(xì)胞對遞送后療效至關(guān)重要。如，iPSC源的心肌細(xì)胞臨床前研究表明，植入效率取決于分化過程的時間，20天效率最高。因此，應(yīng)優(yōu)化制造過程，以減少遞送后脫靶效應(yīng)，提高療效。

05

定值和遷移

移植干細(xì)胞回到體內(nèi)所需部位的能力對治療效果至關(guān)重要。

如前所述，由于許多MSC被困在肺毛細(xì)血管中，因此通過IV注射MSC進(jìn)行全身給藥受到了限制，而IBMIR進(jìn)一步限制了它們的歸巢能力。

靜脈給藥的MSC成功到達(dá)目標(biāo)位置的只有低個位數(shù)的百分比。因此，大多處于后期臨床的MSC療法都依賴于局部給藥，如鞘內(nèi)、心內(nèi)膜或病灶內(nèi)注射。

然而，局部給藥并不總是可行的，因為許多適應(yīng)癥需要更具侵入性的給藥方法。為改善MSC歸巢，正探索幾種技術(shù)，包括增加CXCR4表達(dá)，使用磁引導(dǎo)、細(xì)胞表面工程、離體啟動等方法。

HSC主要給藥到骨髓并重建其微環(huán)境。然而，只有約10%的HSC成功植入骨髓。HSC的來源也影響植入率，與來自骨髓或外周血的HSC比，臍帶血HSC的植入延遲更大。

正在探索骨內(nèi)給藥作為標(biāo)準(zhǔn)IV給藥的替代方案，以便將HSC直接輸送到骨髓并降低GvHD的風(fēng)險。然而，這種方法也會破壞骨髓微環(huán)境，限制其有效性。

iPSC在實體組織的植入面臨重大遞送挑戰(zhàn)?；趇PSC的療法全身輸注常不足以在靶器官中建立移植物，并可能導(dǎo)致脫靶植入。為解決這些問題，正在開發(fā)生物工程支架以支持iPSC直接移植到所需部位。然而，這些方法仍需侵入性手術(shù)，這會限制它們的適用性。

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