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渐冻症的干细胞+基因疗法取得突破!

发布:大分子生物 阅读量: 基因治疗 2022-10-05

肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),俗称渐冻症,是一种自发性且致命性的神经退行性疾病。

仅在美国,每年大约会新增5000例ALS[1]。在中国,2016年统计的数据显示,ALS每年的发病率为1.65/100000[2]。

由于脊髓和大脑皮层运动神经元的死亡,ALS患者肌肉逐渐萎缩而丧失运动能力,最终造成发声、吞咽障碍甚至呼吸衰竭,患者发病后3-5年内瘫痪甚至死亡[1]。

目前,美国食品药品监督局(FDA)仅批准了利鲁唑(Riluzole)和依达拉奉(Edaravone)用于ALS治疗,但它们只能适度减缓疾病的发展,而不能有效治愈疾病[3]。

近日,来自美国西达赛奈医学中心的Clive Svendsen领衔的研究团队,在国际顶尖医学杂志《自然·医学》发表对于ALS的新型疗法临床试验结果[1]。

他们开发了一种ALS的新疗法,将基因疗法和干细胞疗法结合起来,对人类胎儿皮层来源的神经祖细胞系(CNS10)进行基因工程改造,使其表达胶质细胞源性神经营养因子(GDNF),从而解决了GDNF不能穿过血脑屏障的问题。

他们使用这种改造过的神经祖细胞(CNS10-NPC-GDNF)进行了首次人体临床试验,通过为期12个月的临床1/2a期试验,以及对患者的随访结果,他们发现这种新疗法对ALS患者是安全的。并且仅仅通过一次骨髓移植,这些神经祖细胞就可以在最长42个月的时间内,在脊髓中为患者提供星形胶质细胞以及GDNF。

总的来说,这项研究为ALS提供了新的疗法,并且证明了该疗法的安全性。

文章首页截图

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虽然ALS已被发现了一个多世纪,但是,目前临床上对于ALS仍然没有可治愈的疗法。

大约10%的ALS病例是基因突变导致的[4],基因疗法现在仍在发展之中[5,6]。此外,对于ALS的细胞疗法也在不断地发展中,但是目前面临的一个难点是,体内新形成的神经元难以与肌肉之间形成正确的连接。

一项早期2期临床试验结果显示,使用成体骨髓来源的间充质干细胞(MSCs)可以短暂地减缓疾病的进程,其中的机制可能是由于MSCs可以产生营养因子和抗炎症因子[7]。

另外一项由Brainstorm领衔的2期临床试验表明,MSCs疗法的效果较好[8],但是后续大型3期临床试验(NCT03280056)却失败了。

以上这些临床试验至少证明了对于ALS患者脊髓进行细胞移植是安全的,这对于后续开发新的细胞疗法十分重要。

星形胶质细胞是一种为神经元提供支持的细胞,这类细胞在ALS患者中可能发生异常,从而促进运动神经元的死亡[9]。

已有研究表明,健康的星形胶质细胞可以保护运动神经元[10],因此,通过干细胞移植来恢复患者体内健康的星形胶质细胞,有可能可以缓解ALS患者中运动神经元的损伤,从而减缓疾病进程[11]。

几十年以来,Clive Svendsen研究团队一直致力于研究对于神经退行性疾病的细胞疗法。他们将人类皮层来源的神经祖细胞(hNPCs)移植到啮齿类动物、猪和非人灵长类的中枢神经系统中,这些hNPCs可以存活,并分化成星形胶质细胞,保护宿主细胞,抵抗衰老和神经退行性疾病的发展[12-16]。

然而,有研究表明,将健康的hNPCs移植到ALS模式大鼠中并不能够减慢运动神经元死亡和疾病进程[13,16],这提示细胞疗法可能还需要其他的营养条件支持才能够达到效果。

胶质细胞源性神经营养因子GDNF是一种对多巴胺能神经元和运动神经元都非常有效的营养生长因子,但是它并不能够穿过血脑屏障[17,18],这使得其皮下或者鞘内给药对于神经退行性疾病的效果较差。

因此,研究人员想要将细胞疗法与GDNF递送相结合,使得其可以直接到达脊髓,保护运动神经元。

Clive Svendsen团队之前的研究结果已经证明,将改造后可以产生GDNF的hNPCs移植到ALS模式大鼠体内,这些细胞可以分化成星形胶质细胞,并将GDNF安全地递送到脊髓中,保护运动神经元[14,15]。

为了验证这种基因工程结合细胞移植的疗法对于ALS患者是否安全,研究人员首先进行了临床前期试验。

他们使用人类胎儿皮质来源的神经祖细胞,通过基因工程改造实现稳定的GDNF表达,将这些细胞在优质生产规范(GMP)下进行扩增和储存,得到可以用于临床的产品,CNS10-NPC-GDNF。

在大鼠中的试验表明,CNS10-NPC-GDNF可以在大鼠脊髓中存活,分化成星形胶质细胞,保护运动神经元,并且是安全的。

渐冻症的干细胞+基因疗法取得突破!(图2)

注射的细胞可以在大鼠脊髓中存活

为了将CNS10-NPC-GDNF注射到患者脊髓中,他们开发了一套新型注射装置,可以将细胞安全注射到大型动物的脊髓中。

在大鼠和猪身上进行的临床前期试验结果表明,CNS10-NPC-GDNF移植可以在脊髓中存活,分化成星形胶质细胞,产生GDNF,也验证了其安全性。

随后,研究人员进行了CNS10-NPC-GDNF的首次人体临床试验。

他们招募了18名ALS患者进行临床研究,随机分为两组,以剂量递增的方式向患者的单侧腰部脊髓中移植CNS10-NPC-GDNF。

第一组共9名患者,他们分别接受了10次单侧不同位点的注射,每次注射20万个细胞,总共200万个细胞。第二组也是9名患者,10次注射,每次50万个细胞,总共500万个细胞。

为了避免损伤运动神经元,这些细胞不是直接注射到脊髓的腹角中,而是注射到脊髓腹角和背角的过渡区域,注射到该区域的细胞可以向腹侧迁移,到达运动神经元所在位置。

细胞移植后,这些患者住院观察了5天,然后在移植后的第1、2、3、6、9和12个月分别进行检查,并长期随访。由于CNS10-NPC-GDNF是同种异源细胞,可能会导致免疫排斥,因此所有参加的患者均接受了免疫抑制治疗。

在手术后短期内,89%的低剂量注射患者和67%的高剂量注射患者表示有感觉异常、不适或疼痛,有9个患者表示疼痛超过了6个月。

在这项临床试验中,患者出现的副作用大多是由于ALS、免疫抑制或者手术造成的损伤,没有严重的副作用是由于移植的细胞导致的。因此,这项临床试验证明了这种治疗方法的安全性。

参与治疗的患者影像学结果显示无异常

参与治疗的患者影像学结果显示无异常

这项临床试验的主要目的是证明将CNS10-NPC-GDNF注射到脊髓中不会产生安全问题,并且不会对患者的腿部运动功能产生负面影响。

由于Clive Svendsen团队之前的研究结果已经证明,虽然每个ALS患者之间的疾病进程差异非常大,但是,每个患者身体两侧肌肉群的退化速率是非常相似的[19]。

因此,他们只给患者进行单侧脊髓注射,这样可以将同一个患者的两条腿作为治疗组和对照组进行比较,避免不同患者间的误差影响试验结果。

在进行细胞移植治疗后,他们对患者进行了为期一年的随访,测量治疗组和对照组每个患者腿部肌肉力量。

结果显示,从数值上来看,治疗组的腿部力量衰退的速率慢于对照组,虽然在统计学上并没有显著差异,但是至少说明这种治疗方法不会对患者的腿部肌肉力量产生负面影响。

接下来,研究人员对13名因为疾病进展而去世的参与者进行了尸检,发现在这些患者脊髓中,移植的细胞持续存在,并且可以检测到GDNF的产生。

渐冻症的干细胞+基因疗法取得突破!(图4)

患者脊髓中移植的细胞存活,并且GDNF水平较高

此外,他们对这些患者脊髓的运动神经元数目进行统计,结果显示治疗组与对照组之间没有显著性差异。

总的来说,这项临床试验证明,这种基因工程结合干细胞治疗的方法是安全的,仅进行一次移植,移植的细胞就可以在患者体内长期存活,并且不会对患者产生严重的负面影响,达到了安全要求,这是进一步推进临床试验的关键所在。

为了避免损伤脊髓腹角处的运动神经元,本研究选取脊髓腹角和背角的过渡区域进行注射,但是检测结果表明,移植的细胞大多数仍然位于脊髓背角,较少迁移进入脊髓腹角,这可能是导致患者慢性神经痛以及疗效不显著的一个原因,在接下来的临床试验中,可能需要选择更靠近腹角的区域进行注射。

另外,虽然临床影像扫描结果显示,患者进行细胞移植后没有出现异常,但是尸检结果发现,在注射的位置常常会出现1-3mm大小的良性神经瘤,这些神经瘤是由施万细胞组成的,可能是由于手术损伤以及移植细胞分泌的营养因子共同促进了施万细胞的增殖。

在本研究中,该疗法的效果并不显著,这可能是由于细胞移植的位置不合适,以及患者已经处于较晚期的疾病进程所导致的,未来更进一步的临床试验可能需要考虑将移植的细胞注射到更靠近脊髓腹角的位置,以及招募疾病早期的患者进行研究。

此外,多位点治疗可能可以加强临床疗效,研究团队已经在考虑将该疗法用于ALS患者的颈部脊髓和大脑运动皮层。

期待未来这项疗法可以造福千千万万ALS以及其他神经退行性疾病患者。

参考文献:

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