35项临床试验分析，间充质干细胞或是关节软骨再生的利器！

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骨关节炎 (OA )是一种影响动关节组织完整性的疾病，主要特征是透明软骨退化_[1、2]。OA 与衰老、肥胖、炎症和外伤有关，导致关节软骨成分的进行性变化，从而导致结构和功能改变。这种全关节疾病通常是由细胞衰老、炎症分解代谢和关节组织的有害生物力学改变引起的。OA在老年人群中很常见，如果治疗不当，会逐渐导致残疾_[3]。

个性化管理是治疗骨关节炎的必要策略。一些医疗组织已经制定了循证指南，它们包括几种药理学和非药理学疗法，这些疗法通常与自我管理方案相关_[2]。最常见的药物疗法是口服非甾体类抗炎药 (NSAID) 和选择性环氧合酶 2 (COX2) 抑制剂。一些医疗组织还推荐含有氨基葡萄糖和硫酸软骨素的营养品。

锻炼、饮食建议和减肥也可以改善身体机能并减轻疼痛以及软骨退化的进展。可以有条件地选择这些管理方案，除了受影响的关节数量外，它们通常还涉及疾病的解剖位置。通常推荐关节内注射皮质类固醇和透明质酸来补充润滑粘液以治疗膝关节OA _[2,3,4]。

间充质干细胞 (MSC) 可以从各种组织中获得，例如骨髓、脂肪和脐带组织_[5]。除了能够分化成三个胚层的谱系外，MSC还聚集在血管周围，它们在被激活时具有营养和免疫调节功能，并在受伤组织中建立再生微环境 _[6]。MSCs在关节软骨再生中的应用引起了越来越多的关注，一些临床研究显示它在治疗中的良好结果。

本文的目的是回顾使用MSC疗法治疗OA的临床试验，旨在评估其在关节软骨再生方面的结果指标、有效性和质量。

间充质干细胞疗法

间充质干细胞已广泛用于临床前动物模型，以研究其治疗OA的软骨形成分化和信号传导活动，尤其是在无支架关节内 (IA) 注射中。在这些实验研究中观察到的益处推动了MSC疗法进入人体临床试验_[17]。间充质干细胞的IA注射在临床试验中为OA的治疗提供了令人鼓舞的结果，包括诱导关节软骨缺损的再生并减轻症状，安全性和有效性（图1a）_[18]。

图1. 间充质干细胞治疗 OA 的策略。( a ) 关节内注射 MSCs：采集自体或同种异体培养扩增的 MSCs 并注射到关节腔内，在关节腔内产生免疫调节因子、营养因子和细胞外囊泡，诱导软骨缺损再生和症状缓解。( b ) 自体间充质干细胞植入 (AMI)：用纤维蛋白胶将自体培养扩增的 MSC 植入回软骨缺损处。( c ) 基质辅助自体间充质干细胞植入 (MAMI)：将生物支架结合培养扩增的MSC应用于软骨缺损。

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Clinical Trials with Mesenchymal Stem Cell Therapies for Osteoarthritis: Challenges in the Regeneration of Articular Cartilage. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 9939. https://doi.org/10.3390/ijms24129939

1. 骨髓来源的间充质干细胞

一项针对OA的MSC治疗的初步研究表明，疼痛以及膝关节功能的修复和缓解都有显着改善。IA注射骨髓来源的MSCs (BM-MSCs) 已被认为是一种有前途的替代治疗方案，施术过程不需要住院或手术_[19]。I/II期试验显示了软骨修复、疼痛减轻和身体活动恢复的证据，没有严重的副作用_[20]。

在接受高位胫骨截骨术 (HTO) 的参与者中进行BM-MSC关节内注射的前瞻性随机对照临床试验表明，与单独进行HTO相比，结果评分有所改善_[21]。将约6100万的自体BM-MSC注射到膝关节OA患者的关节中，2年后显示出显着的PROM改善，但1年后软骨厚度仅略有增加_[22]。一项为期五年的研究仅涉及三名中度至重度 OA 参与者，表明将BM-MSCs 注射到膝关节可带来短期（6个月）的改善。虽然结果高于基线，但在5年随访期间报告恶化_[23]。一项为期4年的大型研究将27名患者随机分配到HA或HA并在膝关节注射 BM-MSC。该试验证明了接受 BM-MSC 的组的临床和功能改善，但长期改善作用不佳 _[24]。

图示：第一次注射12个月后膝关节软骨厚度的变化

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l-Najar, M.; Khalil, H.; Al-Ajlouni, J.; Al-Antary, E.; Hamdan, M.; Rahmeh, R.; Alhattab, D.; Samara, O.; Yasin, M.; Al Abdullah, A.; et al. Intra-Articular Injection of Expanded Autologous Bone Marrow Mesenchymal Cells in Moderate and Severe Knee Osteoarthritis Is Safe: A Phase I/II Study. J. Orthop. Surg. Res. 2017, 12, 190.

一项强有力的非随机研究，包括接受剂量为1、10和50 M细胞的BM-MSC治疗的晚期膝关节OA患者，证实了通过IA注射治疗MSC的安全性，即使是在高剂量下，短期随访期间滑膜炎症仍然得到明显改善 _[25]。虽然软骨分解代谢生物标志物显着减少，但未观察到 MRI T2 值的变化，表明MSC治疗的再生作用在晚期OA中无效，但它可能对轻度条件有效_[25],这提示了疾病发展早起施治的重要性。在一项受控的双盲临床试验中，IA注射 BM-MSCs与富含血小板的血浆 (PRP) ，研究结果表明，在12个月的随访中，与皮质类固醇干预相比，MSCs可以改善膝骨关节炎患者的关节功能并减轻症状；然而，PRP仅显着提高了KOOS 疼痛分值，并没有提供额外的好处_[26、27]。

在临床前和临床试验中，同种异体培养和汇集的 BM-MSC（Stempeucel ®) 被注射到分配有 25、50、75或1.5亿个细胞的剂量组的人类参与者的膝关节中，然后施用10mg/mL的HA。在25M组中观察到最佳表现，WOMAC 评分降低了64.8%，而50 M组和安慰剂组分别降低了14.4%和49.3%。

皮下注射粒细胞集落刺激因子 (G-CSF) 三天后，从患者的髂嵴采集BM-MSC，分离并过滤以获得血细胞很少的干细胞浓缩物_[30]。随后立即一步IA将MSCs注射到膝关节中。患者报告了G-CSF刺激期间的骨痛和BM-MSC注射的中度不良反应。治疗组6个月后VAS评分显着改善，而扑热息痛治疗组（对照组）没有观察到差异；然而，两组的 WOMAC 分数都没有改善_[30]。

2.脂肪来源的间充质干细胞

脂肪来源的间充质干细胞 (AD-MSC) 也已被证明对骨关节病治疗是安全的，即使在1亿细胞的高浓度下也是如此。患者报告疼痛减轻，MRI、关节镜检查和组织学评估表明缺损尺寸减小，以及透明样关节软骨的再生并很好地整合到软骨下骨上_[39]。后来，另一项研究表明，在实验室测试、生命体征和心电图中，高达50 M细胞的剂量没有出现系统性或安全性问题。疼痛、功能和活动能力的改善与剂量无关，而组织学分析表明大多数患者没有轻度或中度滑膜炎症，也没有肿瘤增殖的迹象_[40]。最近一项随机、双盲和安慰剂对照试验表明，单次IA 注射AD-MSCs在6个月后令人满意地减少了与OA相关的症状，没有相关的不良事件。WOMAC总分降低了55%，而软骨缺损在MSC组中保持不变，而在盐水对照组中有所减少_[41]。

图示：关节内注射脂肪来源的间充质干细胞 (AD MSC) 后内侧和股骨髁关节软骨再生的放射学评估。

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jo, C.H.; Lee, Y.G.; Shin, W.H.; Kim, H.; Chai, J.W.; Jeong, E.C.; Kim, J.E.; Shim, H.; Shin, J.S.; Shin, I.S.; et al. Intra-Articular Injection of Mesenchymal Stem Cells for the Treatment of Osteoarthritis of the Knee: A Proof-of-Concept Clinical Trial. Stem Cells 2014, 32, 1254–1266.

在一项随机临床试验中评估了通过IA注射100 M细胞的一种或两种AD-MSC给药方案的疗效，并将其与作为对照的常规和保守管理方法进行比较。这项研究表明，干细胞疗法超越了传统方法，显示出疼痛和功能的显着改善，以及间隔6个月的两次给药方案更一致的OA稳定性_[42]。在一项研究中，将来自37名患者脂肪组织的含有AD-MSC的基质血管组分 (SVF) 注射到他们的膝关节中，该研究双盲随机分为安慰剂组和接受低SVF剂量和高 SVF 剂量治疗的两组。SVF被证明以剂量依赖的方式对OA症状和疼痛安全有效，但通过MRI分析未观察到软骨厚度的变化_[43]。

一项显示临床前和临床结果的研究表明，皮下接种BALB/c-nu裸鼠的人AD-MSCs会导致异常表现、器官损伤和死亡；然而，IA注射不会导致严重的不良事件，并且会显着减轻疼痛并改善膝关节功能和软骨体积_[44]。Re-Join ®产品由体外扩增的自体AD-MSCs组成。在一项 II 期随机双盲研究中，与基线和HA对照相比，它在膝关节功能、疼痛和软骨厚度方面略有改善，但这些结果仅在数据的高度可变性下才明显_[45]。

在I期试验研究中，关节内注射同种异体AD-MSC (AlloJoin® )已被证明可减轻骨关节炎膝关节的疼痛并改善其功能 _[47]。超过70%的参与者出现了至少1次不良事件。尽管他们报告OA症状有所改善，但仅在指定的低剂量组（1000万个细胞）中观察到软骨体积略有改善_[47]。

一项大型随机临床试验比较了膝关节 OA 的两个治疗组：第1组接受了MF治疗，随后进行关节镜下自体间充质干细胞植入 (AMI) AD-MSC（5×10⁶个细胞）和纤维蛋白胶（图1b）)，第2组单独接受MF。第1组显示疼痛和症状评分有所改善，但其他分量表没有差异。在第1组和第2组分别有65%和40%的病例观察到完全或增生性缺损填充_[48]。接受HTO治疗的膝内翻OA患者同时接受单独AD-MSC植入治疗（5×10⁶细胞）或具有同种异体软骨植入的 AD-MSC（MSC-AC）。这项大型随机短期研究显示，1年后两组均有显着改善，但仅MSC-AC组有进一步改善 _[49]。

3. 滑膜和外周血来源的间充质干细胞

滑膜来源的间充质干细胞 (SD-MSCs) 被应用于辅助自体间充质干细胞植入 (MAMI)（图1c），并且这种方法与MACI在短期、前瞻性和单次试验中进行了比较。在没有不良事件的情况下，MAMI表现出更好的功能和PROM结果，以及在MRI评估中良好至极好的软骨缺损填充疗效。此外，与BM-MSC相比，SD-MSC的软骨形成能力更强，成骨能力更低，而且它们可以很容易地在体外分离和扩增 _[52]; 然而，本研究未进行组织学和关节镜分析，因此未将MAMI再生软骨组织的特征与MACI进行比较，并且没有证明组织学优势的证据 _[52]。一项随机对照试验在膝关节镜下软骨下钻孔手术后使用了外周血来源的间充质干细胞 (PBMSCs) 和HA。每周一次，在前5周内进行手术后注射，之后患者在6、12和18个月的随访中每周接受一次注射，持续3周_[53]。两年后，与接受物理治疗和HA注射的对照组相比，接受PBMSCs的治疗组在临床和放射学评分方面表现出相当大的显着改善_[53]。

4. 脐带和胎盘来源的间充质干细胞

I/II 期临床试验测试了七名参与者关节内注射的同种异体人脐带血间充质干细胞 (hUCB-MSCs) 和HA水凝胶的复合物。未观察到不良或不良反应，患者报告6个月时 PROM 评分显着改善_[54]。ICRS关节镜和组织学评估表明，分别在治疗3个月和1年后修复了成熟且整合良好的透明软骨组织。这些改进维持了7年以上，证明了关节软骨再生的有效性和持久性_[54]。在单臂开放标签临床试验中，还观察到hUCB-MSCs与HA治疗的改善_[55]。还在双盲和安慰剂对照研究中对胎盘来源的间充质干细胞 (PLMSC) 进行了研究。该研究表明2个月时临床改善以及6个月时软骨厚度增加 _[56]。

图示：人脐带血间充质干细胞-透明质酸水凝胶复合移植术后1年二次关节镜检查结果。(A)：在缺陷部位识别出良好的表面重修。缺损部位表面光滑，再生软骨表面光滑。(B)：从再生软骨中取出活检样本，在活检部位可以看到相当厚的再生软骨。

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Park, Y.-B.; Ha, C.-W.; Lee, C.-H.; Yoon, Y.C.; Park, Y.-G. Cartilage Regeneration in Osteoarthritic Patients by a Composite of Allogeneic Umbilical Cord Blood-Derived Mesenchymal Stem Cells and Hyaluronate Hydrogel: Results from a Clinical Trial for Safety and Proof-of-Concept with 7 Years of Extended Follow-Up. Stem Cells Transl. Med. 2017, 6, 613–621.

OA中MSC疗法的不良事件

必须在临床试验中正确描述不良事件 (AE)，并且根据类型、持续时间、强度和患者人数 (N) 对其进行评估，对于证明支持MSC治疗的可靠安全数据非常重要。共有21项研究提供了 AE的描述，8项研究报告在临床试验期间没有发生AE，6项研究没有显示AE的数据。如表1所示，最常见的AE是在IA注射MSC后立即开始的关节疼痛和肿胀（积液）。轻度和中度AE的数量分别为89%和11%。未发现与MSC治疗相关的严重AE。尽管AE的持续时间是评估治疗安全性的重要参数，但57%的临床试验并未显示这些数据。总体而言，这些研究表明，MSC治疗OA在各自的随访期间是安全的。

表 1. 临床试验中描述的与 MSC 治疗相关的不良事件。

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Clinical Trials with Mesenchymal Stem Cell Therapies for Osteoarthritis: Challenges in the Regeneration of Articular Cartilage. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 9939. https://doi.org/10.3390/ijms24129939

临床变量和结果

表2描述了临床试验的主要变量和结果。在所有审查的临床试验中，轻度不良事件占主导地位。自体(66%)或同种异体(20%) BM-MSC和AD-MSC分别是49%和37%临床试验中的细胞类型选择（图2a），表明其他来源的MSC具有未开发的治疗潜力。只有5项研究进行了3至5年和大于5年的随访（图2b），1年以内的研究占临床试验的60%；然而，这些研究中发现的异质性并没有为持久的再生和治疗效果提供足够的证据。

图 2. 临床试验的主要临床变量（总数 = 35）。( a ) 每个组织来源的 MSC 的研究数量。( b ) 具有短期、中期和长期随访的研究数量。( c ) 参与人数少、平均人数和人数多的研究数量。( d ) 呈现诊断为轻度 (I-III) 或重度 (IV) OA 等级的参与者的研究数量。

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Clinical Trials with Mesenchymal Stem Cell Therapies for Osteoarthritis: Challenges in the Regeneration of Articular Cartilage. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 9939. https://doi.org/10.3390/ijms24129939

临床试验和MSC制造的质量保证

确保临床试验的质量，以及MSC 生产的质量控制和可重复性，对细胞疗法开发和评估非常重要。临床研究必须遵循严格的方法并避免偏倚，因为可靠证据对于支持治疗决定或建议至关重要。在这篇综述中，我们评估了35项临床试验，发现其中有85.7%和80.0%的关节内注射或外科手术，分别详细描述了纳入和排除标准。

除了MSC疗法，大多数研究（71.4%）没有使用其他伴随的干预措施，例如关节内注射透明质酸、微骨折、软骨细胞植入、截骨术和基质辅助植入；然而，8.6%的临床试验描述了患者在研究期间使用其他药物的事实，而51.4%没有提及伴随药物的使用。进行其他伴随干预或允许患者在临床试验期间使用抗炎药和止痛药的研究最终会给结果增加变量，最终会产生结果的偏差。

大约54.3%的研究不包括对照组，即它们仅将随访结果与基线指标进行比较。随机化对于保证干预组和对照组之间的平衡至关重要，而在统计中有62.9%的研究进行了随机化。在 51.4%的临床试验中发现了盲法，但仅在一项研究 (2.9%) 中发现了匹配，显示了损伤机制和联合手术结果的关联_[48]。随机化、盲法和匹配是保持组内同质性的重要参数，并强化了这样一个事实，即它们之间的差异可能与干预措施的相关性更强。

细胞特性、纯度、无菌性、活力和效力是MSC 制造及其治疗应用事的质量分析的基本条件。这些规格在监管机构的指南和产品特定要求中推荐用于细胞治疗产品的鉴定，但目前还没有质量控制标准；不过，国际细胞治疗学会 (ISCT) 已经为 MSC 的定义制定了最低标准，这些标准对于确保其制造和治疗应用的质量、可重复性和可靠性至关重要_[58]。

最后，我们发现89%的临床试验描述了MSC制造方法，而83%进行了推荐的质量控制测试。这些数据表明，大多数研究都遵循了MSC治疗用途的最低标准。总而言之，这些发现表明有必要进行更多的临床试验，以明确避免患者伴随药物使用所产生的偏倚。在研究设计中仍然需要包括对照组、盲法和匹配，以便为MSCs在OA治疗中的应用提供可靠的证据。

结论

我们的综述表明，IA注射MSCs是潜在的安全有效的备选方案，MSCs通过产生免疫调节和营养因子在关节中创造再生微环境，在OA治疗中充当信号细胞_[6]。本文中回顾的临床试验表明，这些因素不足以完全再生软骨缺损，但对于是否可以改进剂量和剂量方案以实现更成功的治疗，仍有待证明 _[59]。

在两种或多种治疗方案中给予刚好足够剂量的活细胞，以及适当的治疗频次间隔对于实现有效和持久的改善效果至关重要。事实上，与单剂量方案相比，在IA注射中重复使用MSCs证明了更好的临床结果_[59]。

MSCs 的营养活性也可能来自MSCs和软骨细胞之间通过间隙连接的直接相互作用和通讯，因此关节内注射可能无法支持这些必要的细胞间相互作用以促进关节软骨的再生_[61]。一些临床试验已经证明同种异体MSCs也可能是安全和有效的，因此它们可以为产品升级、标准化和分销提供更好的选择，因为它们可以很容易地用于临床应用。与OA的传统治疗方法相比，MSC作为医药产品具有多种作用和更大的通用性。到目前为止，MSC疗法不能被视为该疾病的确定和有效的解决方案，目前可用的药物和非药物疗法也是如此，但作为IA注射的单一选择，它们具有巨大的改进潜力。

PROM和MRI分析是衡量治疗效果的标准参考指标，但世界卫生组织建议使用国际功能、残疾和健康分类 (ICF) 作为附加指标。ICF包括环境因素的影响，将注意力转移到影响而不是原因上，并在许多环境中得到越来越多的实施_[62]。我们相信ICF可以大大丰富OA治疗的临床研究；因此，未来的临床试验应使用两种或多种方案的改进实验设计，并侧重于评估 IA MSC治疗的中长期效果、年龄相关效率和功能评估。

未来展望

笔者总结：

减少或逆转细胞衰老的新策略很有前途，因为世界人口正在老龄化，而细胞衰老是软骨修复不良的重要因素。老年人的自体MSC可能是衰老软骨细胞的来源，因为它们可能对OA关节退行性环境的抵抗力较弱_[65]。诱导性多能干细胞 (iPSC) 可以成为更好的细胞来源选择，以产生更具合成代谢活性的关节软骨组织 _[66]。iPSC或源自iPSC的间充质干细胞尚未用于关节内注射治疗的临床研究，因为它们被质疑具有致瘤性，但iPSC技术的发展可以克服这个问题_[67]。

MSCs的IA注射可以是更完整的营养因子来源，而不是从它们中分离出的单一因子，但MSCs的细胞外囊泡组成的医药产品，也很有希望用于OA的关节内注射治疗_[68]。使用 MSC衍生的外泌体可能更有优势，可以作为无细胞疗法的替代方案_[16]。

终末期OA的全关节置换手术中使用的金属或陶瓷假体可能会导致感染、不稳定、松动和僵硬等问题_[69]，因此3D生物打印等组织工程技术是一种有利的方法，可用于设计软骨和骨组织的生物假体以取代那些化工材料 _[70]。

无需外科手术即可再生软骨并减少炎症和疼痛的治疗，以及微创、微创或一期外科手术的治疗，是治疗轻度和中度疾病的有前途的方法。细胞采集和 IA 注射MSCs属于微创疗法，可用于治疗OA以控制疾病进展，并且没有手术相关的并发症风险。MSC、祖细胞、多能干细胞和转基因干细胞以及软骨细胞的治疗特性已被视为有前途的微创疗法[72]。软骨的再生在OA中仍然具有挑战性，特别是在骨关节炎关节的炎症环境中，因此需要新的治疗方法来解决关节炎症。

如果MSCs的IA注射可以显着推进OA治疗，将有望完全再生具有透明样组织的关节软骨缺损，同时减少炎症和疼痛[_{4, 8]}。

基因工程或重新编程的MSC也可能是一种很有前途的方法，可以用来增强细胞疗法以恢复关节稳态 _[73]。注射封装在生物材料（如水凝胶）中的MSCs可以通过增加它们的活力以及MSCs和软骨细胞之间的细胞间相互作用来改善治疗。因此，MSC疗法是有前途的新选择，可以与其他临床治疗相关联，以改善软骨再生和关节愈合 _{[36, 37]}。

参考文献

Clinical Trials with Mesenchymal Stem Cell Therapies for Osteoarthritis: Challenges in the Regeneration of Articular Cartilage. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 9939. https://doi.org/10.3390/ijms24129939

编译：摩西

审校：南风

封面：AI制图 | 排版：南风

原文：

https://doi.org/10.3390/ijms24129939

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