迷你评论文章

前面。地中海,2018年12月18日
秒,转化医学
卷5 - 2018 | https://doi.org/10.3389/fmed.2018.00354

最近的进步内皮祖细胞在临床使用翻译

卡梅伦Keighron ^__

Caomhan j·里昂 ^__

迈克尔Creane

蒂莫西·奥布莱恩

亚伦刘 ^*

再生医学研究所、国家科学研究中心的生物医学工程中心医疗器械,爱尔兰国立大学,高威,爱尔兰

自从发现内皮祖细胞(EPC) Asahara和他的同事在1997年,越来越多的临床前研究表明,基于EPC的治疗是可行的,在多个疾病安全、有效。随后,这导致了一些,主要是早期阶段,临床试验证明EPC治疗的可行性和安全性,有效性的建议几个条件包括缺血性心脏病、肺动脉高血压和失代偿肝硬化。尽管使用常见的术语“EPC,”特点、制造方法和细胞类型的子集用于这些研究往往有很大的波动,呈现临床翻译挑战性。它最近承认,真正的EPC是内皮细胞集落形成细胞(ECFC)。这篇综述的目的是总结和批判性评价注册和发表临床研究使用术语“EPC”,其包括异构的细胞群,为治疗的代理。此外,临床科学数据使用PubMed和ECFC Web数据库搜索和分析。我们注意到,尽管承诺ECFC对血管再生的影响,没有临床研究源于这些临床前研究。我们表明,缺乏信息注册www.clinicaltrials.gov对EPC临床试验,特别是在细胞培养方法。我们还强调了重要性的一个详细定义的细胞类型中使用EPC促进临床试验对比试验和更好地理解潜在的临床效益基于EPC的疗法。我们总结回顾,讨论基于EPC的潜力和局限性疗法在临床的设置。

介绍

“假定的内皮细胞祖细胞”一词是由Asahara等在他们的开创性论文开创科学在二十年前(1)。他们表明,该细胞群可以成功地分离外周血单核细胞衍生的健康志愿者,利用磁珠的积极选择两个细胞表面抗原,CD34, Flk1。他们还表明,内皮祖细胞可以回家专门领域的缺血。这个血管生成的基础,新血管形成内皮祖细胞或发病,这家里,分化,增殖,纳入居民成熟血管在回应各种刺激如缺血(2)。这个细胞群的发现之前,后形成血管缺血性事件的主要机制被认为是由于血管生成的过程,即新血管形成的直接迁移,分化和增殖的现有成熟的内皮细胞(3)。此外,这部小说EPC概念的发现推翻了之前的教条认为血管生成可能只发生在胚胎发生。事实上,血管生成和血管生成在产后血管再生可能有协同作用。

血管再生的新范式转变的理解导致多个出版物使用术语“EPC。“具体来说,这个术语被广泛使用在许多研究代理生物标志物来评估心血管疾病的风险在人类主题(4- - - - - -6小说)和作为一个潜在的治疗血管再生剂(7,8)。最初的命名EPC包括异构的细胞群,包括早期EPC(或循环血管生成细胞(CAC),骨髓血管生成细胞(mac), pro-angiogenic造血的细胞(pac)]和晚期EPC(或自然的内皮细胞,内皮细胞集落形成细胞(ECFC)] (9- - - - - -12)。

通常早期内皮祖细胞培养在纤连蛋白涂层板和早期出现在文化(4 - 7天)。他们被定义为开线的细胞增殖潜力较低,与细胞仅存4周的文化(13,14)。功能,早期内皮祖细胞在文化形成一个殖民地和血管在体外在2 d基底膜基质化验。他们还没有集成到已有的血管。尽管如此,他们已经发现pro-angiogenic旁分泌功能,证明了他们的能力,增加小管由成熟的内皮细胞的数量(13)。麦地那等人表明,早期内皮祖细胞具有一个表达谱比内皮细胞与单核细胞,具有细胞表达造血的标记(RUNX1,林恩)以及炎症标记物(通常,CD14、hla) (12)。随后,麦地那等人表明,早期内皮祖细胞的骨髓起源与内皮来源(10)。相比之下,晚期内皮祖细胞培养在胶原蛋白涂层板和一般出现在文化(通常1周后)与殖民地限制层的细胞相关的鹅卵石形态。晚期内皮祖细胞功能像内皮细胞形成血管的能力在2 d人工基底膜血管生成化验。他们也有一个类似于成熟的内皮细胞(CD34表达概要文件⁺,VE-Cad⁺,vWF⁺),但有一个更高的增殖率,并与细胞生存,生存12周。这些细胞分泌减少血管生成因素相比,早期内皮祖细胞(9,10,12,14)。更深入的比较可以发现这些细胞类型在回顾Hirschi et al。(15)。

最近的一个共识声明命名的内皮祖细胞阻碍了当前自由使用术语“内皮祖细胞,”,建议“ECFC”这个词。他们还提出了一个更精确的描述ECFCs基于预定义的细胞表型和功能(10)。这是一个关键的一步在定义术语“EPC”,这将导致细胞类型的协调和标准化应用于临床研究,从而允许比较在不同的研究。

这篇综述的目的是将搜索当前文学和批判性评价当前使用的内皮祖细胞治疗药物通过总结:(a)临床试验使用内皮祖细胞作为目前治疗代理注册www.clinicaltrials.gov;(b)发表的临床试验使用内皮祖细胞作为治疗剂;和(c)的疗效ECFCs在临床前和临床研究。我们也强调基于EPC的潜力和局限性疗法在临床的设置。

材料和方法

三个独立进行文献搜索生成本文提供的数据(附录1- - - - - -3)。“EPC”作为第一个搜索词,这是进行使用www.clinicaltrials.gov数据库,特别关注介入疗法。第二个文献检索关注人类临床试验使用术语“epc”作为治疗干预使用科学的PubMed和Web数据库在过去10年内出版。第三文献检索(科学PubMed和Web数据库)进行使用同义ECFCs的名字,“内皮细胞集落形成细胞或内皮细胞产物或血液结果内皮细胞或内皮细胞产物或晚期内皮祖细胞或内皮祖细胞产物,”所定义的麦地那et al。(10)作为搜索词。结果仅限于初级介入研究在过去10年内进行。

结果

临床试验使用内皮祖细胞作为治疗剂,注册下www.clinicaltrials.gov注册表

共有341个临床试验发现“EPC”一词搜索时使用www.clinicaltrials.gov注册表(22/09/05 12/04/17)。许多注册试验相关的评估内皮祖细胞在各种临床状态和non-interventional。有26个临床试验,利用内皮祖细胞治疗目前代理注册www.clinicaltrials.gov(表1)共有1148名参与者将被加入到试验。大约三分之二的注册临床试验涉及患者缺血性疾病如外周动脉疾病(n= 8)、冠状动脉疾病(n= 7)和缺血性中风(n= 2)。其余的注册条件肺动脉高血压(n= 4)、肝硬化(n= 2),lymphodema (n= 1),勃起功能障碍(n= 1),创伤性骨缺损(n=(表1)1)。

表1

表1。临床试验使用内皮祖细胞作为治疗剂,注册下www.clinicaltrials.gov注册表(22^nd2005年9月- 12^th2017年4月)。

大多数的26个临床试验注册为EPC在注册表中指定源(n= 19),如骨髓衍生(n= 9)或外周血派生(n= 10),但只有10试验细胞表面标记用于指定EPC在注册表中定义,包括CD133⁺(n= 7),CD34⁺(n= 2),和CD14⁻(n= 1)。一半的这些试验的状态标记为“完成”(n= 12)。两个试验被贴上“终止。“慢招聘是指出这两个试验(NCT00221182)。其他试验随后发表(NCT00289822) (16)。剩余的试验被贴上“活跃”(n= 2),“招聘”(n= 3),和“未知”(n= 7)。

这个搜索的结果显示,“EPC”一词被广泛用于包括异构的细胞。此外,这些结果也强调中注册信息的不足www.clinicaltrials.gov对于这些临床试验,从而防止直接比较与其他试验。详细的定义中使用的细胞类型临床试验是必要的,以促进更好的理解基于EPC的潜在临床效益疗法。

发表的临床试验使用内皮祖细胞作为治疗剂

5相关发表的临床试验使用内皮祖细胞被发现后科学的PubMed和Web数据库搜索(01/05/2008 01/05/2018)。这些临床试验涉及各种疾病包括外周动脉疾病(31日,32)、冠状动脉疾病(33),肺动脉高压(34)、肝硬化(28)(补充表1)。尽管使用术语“EPC”作为治疗代理,所有五个发表试验中使用的细胞类型不同,具体地说,在细胞分离的方法和文化,以及细胞表面标记用于表型鉴定。此外,细胞的剂量和给药途径不同试验之间的关系。

Lara-Hernandez等人表明,肌内epc管理患者的缺血性四肢28别无选择危重肢体缺血是安全的、可行的(31日)。他们用50毫升的g - csf动员的血液,然后选择CD34⁺和CD133⁺细胞。这种治疗导致的疼痛评分显著降低没有选择CLI增加患者组织灌注和14个月的随访(后的不良反应31日)。田中等人也孤立的从血液g - csf动员内皮祖细胞,但对CD34选择⁺内皮祖细胞肌内政府之前到一小块没有治愈糖尿病的脚。他们证明了EPC治疗的安全,没有严重不良事件指出,加上增加血管灌注和完整的伤口~ 18周后关闭(32)。

朱等人证明了内皮祖细胞注射的安全性和可行性胸腺素β1预处理的内皮祖细胞,为ST段抬高心肌梗死患者,一些功效数据显示改善运动能力和6个月随访(后左心室功能33)。朱等人所使用的内皮祖细胞培养在纤连蛋白和表型特征VE-Cadherin⁺、KDR⁺,CD34⁺,CD133⁺(33)细胞。同样,朱镕基等人证明了静脉注射管理CD34的安全性和可行性⁺,CD133⁺和KDR⁺内皮祖细胞到儿童特发性肺动脉高压(IPAH)。尽管安全是他们的主要终点,显著提高运动能力和肺血液动力学还指出(34)。

D 'Avola等人表明一个epc管理(最多100×10⁶通过肝动脉细胞)在12个失代偿肝硬化患者是安全、可行的(28)。没有治疗相关的严重不良事件长达1年的跟进。广泛的内皮祖细胞特征进行后7天体外文化纤连蛋白附着单核细胞(从50 - 100毫升骨髓中吸入)使用广泛的细胞表面标记(CD31、CD34、CD14、VEGFR2 VEGFR1, CD133, CD90、CD117、vWF、趋化因子受体CXCR4, ID1、和CD45)和功能评估与DiL-acetylated-LDL胆固醇吸收和凝集素结合能力以及示范筒体结构形成的基底膜基质矩阵(28)。

虽然一些临床数据的表1发表后,这些论文的几个并不包括在本节总体分析有以下原因:一篇论文没有使用术语EPC而是使用术语“血管生成前驱细胞”(19),5个论文包括细胞识别只使用单个细胞表面标记(如。,CD133⁺(17,18,20.)或CD34⁺(21,29日),和一个没有明确定义单元类型(24)。这是得出的结论是,这些论文不能根据我们的搜索标准分类作为介入EPC研究,从而排除在外。两篇论文发表在指定日期范围在我们的搜索(23,26)。最后,其他两个文件表1满足我们的分类标准并没有出现在我们的文献检索(27,30.)。Granton等人使用7-50×10⁶外周血内皮祖细胞以挪士修改为肺动脉高血压和显示治疗后的改善肺阻力(27),而Vasyliev等人使用20×10⁶自体外周血中内皮祖细胞在支架的同种异体骨和纤维蛋白凝胶骨折修复和证明的改善骨再生(30.)。值得注意的是,无论是研究对照组比较。

总的来说,所有试验都是单臂试验,有四个五发表试验的早期阶段的临床试验,并演示了EPC疗法的安全性和可行性。只有朱等人进行了一项随机对照试验(33)。

使用ECFCs效果数据

在前面的部分中,我们研究了人类介入研究使用“EPC”作为治疗领域却指出,正朝着一个细胞类型,被认为是“真正的EPC。”因此,我们检查了ECFCs发表数据,小说和“善意”EPC,使用科学的PubMed和Web数据库。从我们的搜索使用所有相关的搜索词,只有39的1316篇论文检索使用hECFCs作为介入治疗在临床前模型(01/05/2008 01/05/2018)(表2)。发表文章的大多数评估ECFC缺血性疾病的潜在治疗作用模型包括下肢缺血(n= 20)、脑缺血(n= 4),视网膜缺血(n= 2),心肌缺血(n= 2)、缺血性急性肾损伤(n= 1)和缺血再灌注损伤n= 1)。然而,ECFCs也被追究其他条件如胰岛移植保留(n= 3),血管损伤n= 2)、肺动脉高血压(n= 1),支气管肺的发育不良(n= 1)和创伤性脑损伤(n39 = 2)。在这些论文,hECFCs主要是来源于脐带(n= 31),其次是外周血(n=(表6)2)。然而,尽管一个健壮的临床证据表明ECFCs的功效在一些条件下,这种细胞尚未进行人体临床试验。

表2

表2。临床前工作使用ECFCs作为治疗剂。

麦地那等人强调的重要性ECFC识别与多个表面标记(10)。尽管使用术语“ECFC”,四个临床前研究并没有证实ECFCs使用表面表达的身份标记,有八个研究利用标记表面只有一个表达式。论文采用多个标记,最常用的表面标记:CD34⁺(n= 11),CD31⁺(n= 16),VEGFR2 / KDR⁺(n= 13)和CD45⁻(n= 14)。

讨论

文献检索结果显示,“EPC”一词被广泛用于包括异构的细胞在发布和注册临床研究,从而,使直接比较研究中是不可能的。我们的研究结果也强调信息注册的不足www.clinicaltrials.gov对于这些临床试验,具体来说,被测试的细胞表型。大约一半的EPC临床试验(试验)26日11没有定义用于治疗产品的文化条件,和多数试验试验26个(17)没有指定用于描述的细胞表面标记细胞疗法的产品用于他们的试验。虽然许多正在进行的临床试验的结果尚未发表/释放,只有12个试验已经完成了26个阶段。

发表EPC的人体临床试验,有明显不一致的文化条件和特征与D 'Avola等人内皮祖细胞,Vasyliev等使用多个不同的细胞表面标记来识别他们使用的内皮祖细胞(28,30.),Lara-Hernandez等人,Granton等使用两个细胞表面标记(27,31日),田中等人只利用一个细胞表面标记(32),朱镕基等人,朱镕基等人并未提及标记用于定义内皮祖细胞的研究(33,34)。缺乏标准化很难比较不同临床试验的结果,并将在未来阻碍这些治疗在医疗实践的翻译。类似的一致性的缺乏是再次观察的方法与一些报道文化epc管理epc未经文化(31日,32),一些培养在纤连蛋白re-injection到病人(27,28,33,34),Vaysilev等人培养细胞在裸烧瓶EGM-2介质(30.)。尽管积极的结果从上面的论文,EPC疗法仍受限于同种异体内皮祖细胞的免疫原性,连同其贫困的定义,隔离和扩张标准化,如上面列出。

从上面的数据很明显,一个详细的定义中使用的细胞类型的临床试验是必要的,以促进更好的理解基于EPC的潜在临床效益的治疗。麦地那等人一致推荐的术语的术语“ECFC”,更准确的描述一个特定的细胞类型可以进行EPC人口中,允许细胞的标准化定义潜在的治疗用途(10)。

事实上,目前,越来越多的临床研究已经证实的疗效ECFCs在各种疾病模型(36,40,56,59,61年,65年,68年,73年)。这些研究主要集中在缺血肢体缺血、脑缺血、心肌缺血、缺血再灌注损伤、缺血性肾损伤。可能的原因是文章超出了本文的范围,但可能与这些细胞的血管生成的影响,在这些缺血状态促进血管再生;然而这些细胞可能有其他原因不明的治疗效果,这可能不是与血管生成相关的属性。然而,类似于EPC的研究,缺乏标准化的细胞表面标记和文化协议,以生产ECFCs不同研究之间的治疗干预。缺乏标准化,解决麦地那et al。(10),尚未完全采用血管再生领域。

能够成功地分离ECFCs之前考虑临床使用是至关重要的。我们之前和其他人发表ECFC隔离的方法(74年- - - - - -78年)。然而,ECFCs的产量变化取决于所使用的方法(9)。大多数方法胶原蛋白作为细胞的基质分子播种,而非纤连蛋白,这表明前分子是一个更好的细胞选择方法(74年- - - - - -78年)。之间的直接比较胶原、纤粘连蛋白在科伦坡等人显示的类型矩阵的对比影响分子用于细胞播种的药效学ECFC殖民地。种子细胞纤连蛋白,与胶原蛋白相比,导致ECFC殖民地的早期出现。相比之下,ECFC殖民地培养在胶原蛋白表现出更好的细胞增殖和寿命,可能il - 6和引发依赖(79年)。有趣的是,immunophenotype和能力在体外小管形成仍然类似尽管矩阵分子细胞用于播种的类型(79年)。

Tasev等人进一步精制ECFC隔离方法有更好的细胞膨胀率使用血小板溶解产物补充培养基,为大规模传播的潜在临床使用(80年)。霍夫曼等人也容易适用的方法描述孤立ECFCs直接使用成人血液产生超过1亿功能ECFCs (77年)。他们收集了5毫升的外周血直接从病人和镀成T75瓶丢弃血压得到较好的控制上层清液在不同的时间点删除任何没有ECFCs的血细胞。人类血小板溶解产物的方法,从而使它xeno-free协议,他们能够一直孤立和扩大ECFCs 30人口倍增(81年)。此外,使用他们的论文中概述的培养法、低温贮藏ECFCs不会导致基因组不稳定性或细胞表型和功能的变化81年)。

Siegel等人已经成功了ECFC leukapheresis产品的外周血按照良好生产产品(GMP)标准(82年)。他们的隔离方法可以产生大约1.44×10⁸ECFC /白细胞,leukaparesis后外周血的6.8升。这些ECFCs表明显著Dil-AcLDL吸收和显示CD29⁺、CD31⁺,CD34⁺,CD44⁺CD105,⁺,CD117⁺,CD133⁺,CD144⁺CD146⁺,VEGFR2⁺表达式。此外,他们表明ECFCs最高可达12累积人口倍增。更重要的是,这些ECFCs表明没有证据表明端粒酶活性,以及能力在体外小管形成和表皮生长因子的分泌,HGF, VEGF-A,血小板衍生生长因子b,引发,单核细胞化学引诱物蛋白1 (82年)。

ECFC疗法的主要限制是长时间的文化生成治疗剂量,由于其低频率在外围和脐带血,而且它只能以自体的方式管理由于其固有的免疫原性。此外,尽管ECFC冷冻保存以供将来使用的潜力,自体ECFC可能受损的固有功能由于潜在的病变如糖尿病、Jarajapu等人报告能够隔离ECFC从三个在糖尿病患者中,每十比八,九在非糖尿病控制(83年)。然而,ECFCs可以转基因来增强其功能在活的有机体内这可能促进修正disease-induced细胞功能障碍。基因改造的例子包括β1整合素超表达改善血液灌注CLI (40),红细胞生成素超表达促进红细胞生成(84年),或者GSK-3βECFCs改善血管生成的抑制能力(85年)。

除了基因改造,可以结合其他细胞类型ECFCs改善ECFC疗法的一个特定方面,例如将他们与间充质干细胞(msc)或间充质祖细胞减少同种异体的免疫原性效应ECFCs和增加细胞移植后存活86年)。这是由于间充质干细胞的抗炎作用。报告还指出,msc可以分化成周皮细胞细胞稳定形成的脉管系统(86年- - - - - -90年)。基于上述研究结果,下一代血管细胞疗法可能会由转基因ECFCs或ECFC组合。

结论

到目前为止,基于EPC的疗法已被证明是可行的和安全的有效性的建议。然而,重要的是要注意,只有一个试验包括一个控制臂。虽然epc以前最受欢迎的细胞类型用于血管治疗,他们由一个异质的细胞会产生挑战的GMP兼容电池制造业和细胞产品的定义。所定义的,“ECFCs麦地那等人有几个优势内皮祖细胞治疗产品,如前所述,包括更多的细胞类型定义与增强扩散,和拥有的能力形成新的血管,同时融入已有的脉管系统。使用ECFCs促进协调和标准化的临床研究中使用的细胞类型,允许直接对比研究(10)。ECFCs转化为常规临床实践,围绕他们的免疫原性问题需要克服,随着问题的标准化标记用于识别它们。到目前为止,没有临床试验使用这个细胞类型。

作者的贡献

CK,,艾尔:概念和设计的研究。CK, CL, MC,艾尔:数据的分析和解释。CK、CL和艾尔:起草的手稿。所有作者修订后的手稿至关重要的知识内容和最终批准提交的手稿。

利益冲突声明

结核病是一个创始人,董事和股权持有人Orbsen治疗结核病和艾尔两位作者在专利名为“骨桥蛋白的预测和治疗心血管疾病”(美国专利号:US8323968B2)。

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

这项工作得到了爱尔兰科学基金会(SFI)调查员计划(15 / IA / 3136)。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmed.2018.00354/full补充材料

引用

1。Asahara T, Murohara T,沙利文、银M, van der Zee R,李T, et al .隔离的假定的祖内皮细胞血管生成。科学(1997)275:964-7。doi: 10.1126 / science.275.5302.964