程柯教授：当外泌体疗法遇上干细胞疗法

近三十年来，干细胞疗法正在被积极探索用于治疗各种疾病，与干细胞治疗相关的临床试验注册数目呈现指数型增长。干细胞的临床试验几乎涵盖其可能应用的所有适应症（比如血液病、免疫疾病、神经退行性疾病和组织损伤）。当然，干细胞外泌体也可能提供类似的临床益处，同时还不会产生与活细胞移植相关的风险。

然而，外泌体大规模的生产和纯化、批次间的变化和外泌体亚群的鉴定将需要解决，这样才有可能实现外泌体的临床转化。2023年4月，北卡罗莱纳州立大学程柯教授在nature reviews bioengineering期刊发表了题为：Stem cellderived exosome versus stem cell therapy 的评论文章。

01 干细胞疗法基本概况

众所周知，干细胞（包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞和成体干细胞），具有自我更新和多向分化潜能。干细胞可分化成不同功能细胞，使其在在器官修复和组织再生中发挥重要作用——例如，胚胎干细胞衍生的心肌细胞移植有望用于心肌再生。

然而，自从1957年Thomas医生首次使用造血干细胞治疗（骨髓移植）以来，只有少数干细胞治疗获批进入临床。根据美国国立卫生研究院（NIH）的数据，已经注册了数千个干细胞治疗相关的临床试验。

迄今为止，美国FDA唯一批准的干细胞疗法是造血祖细胞（HPC）移植，用于血液疾病患者的造血和免疫重建。从全球范围来看，间充质干细胞或组织特异性干细胞的干细胞产品已被批准用于临床应用。Prochymal，在加拿大被批准用于治疗急性移植物抗宿主病；Holoclar，在欧洲被批准用于修复受损的角膜。

经静脉注射的大直径干细胞可能滞留肺部毛细血管网，引起一些输注问题，可能出现栓塞。同种异体干细胞携带的抗原也可能引发免疫反应。如果是多能干细胞（包括ESC和iPSC）可能导致肿瘤并发症。现在，不少观点认为间充质干细胞的有益作用是通过旁分泌效应发挥功能，而非长期植入后的分化替代起作用。

02 干细胞外泌体基本概况

外泌体是一种直径为40160nm的细胞外囊泡，具有独特的介导细胞间通信和相互作用。外泌体起源于细胞内吞过程中形成的内体，再从细胞中释放到胞外。外泌体携带多种蛋白质、mRNA、miRNA和脂质类物质等。外泌体的治疗潜能，类似于供体细胞的旁分泌效应，这意味着外泌体也可能用于无细胞治疗。

根据美国临床试验数据库（Clinicaltrials.gov）注册登记，至少有150个临床试验已经注册，外泌体的临床试验适应症包括呼吸系统疾病、传染病、糖尿病和癌症。其中，有31项使用干细胞外泌体（主要是来自不同组织的间充质干细胞）。临床前和临床研究表明，干细胞外泌体可能部分再现其供体细胞的治疗效果，并且活细胞移植的缺陷（如下表）。

运用干细胞外泌体对疾病进行治疗研究。既可以避免干细胞移植存在的免疫反应，也可减少潜在的促瘤性风险，也更容易长期存储。但是对干细胞外泌体的稳定性和发挥效果的机理，还需要进一步研究。

外泌体有多种给药方式。静脉注射是外泌体使用最为广泛的给药途径。腹腔注射、瘤内注射、口服和鼻腔喷雾给药也在多种疾病动物模型中得到了尝试。例如，雾化或冻干肺干细胞外泌体可以通过吸入给药来治疗肺部疾病。

2020年，Codiak Biosciences公司启动了首个用于治疗实体瘤的工程化外泌体（exoSTING8）的临床试验（NCT04592484），这表明工程外泌体可能是干细胞外泌体治疗应用的未来方向。

03 干细胞和外泌体治疗的临床转化

干细胞和外泌体治疗的市场前景广阔。根据全球市场报告，到2030年全球干细胞市场预计将达到316亿美元，到2030年全球外泌体市场预计将达到10.3亿美元。

2009年，美国国立卫生研究院（NIH）发布了《美国国立卫生研究院人类干细胞研究指南（NIH Guidelines for Human Stem Cell Research）》，其中主要包括监管标准和hESC和iPSC的伦理问题。此外，国际干细胞研究协会和国际细胞外囊泡协会，已经提出了解决干细胞和外泌体研究中分歧问题的指导方针。然而，对干细胞和外泌体产品的临床转化和制造的全球共识仍然是不明确的。

值得注意的是，2019年12月6日，FDA发布了关于外泌体产品的公共安全通知。2022年9月，全球干细胞国际标准ISO 24603《人和小鼠多能干细胞通用要求》在北京发布。这个标准也可用于外泌体研究，以规范外泌体生产的上游步骤。

干细胞和外泌体治疗的临床转化，离不开在GMP环境中的大规模生产。造血干细胞移植和CART细胞疗法的发展，促进了细胞治疗产品GMP设施的建立。不过，外泌体分离制备和质控方面的GMP设施仍然有限。实验室制备外泌体的培养体系和超速离心方法，显然不符合大规模生产临床级外泌体。正在探索生物反应器系统和中空纤维膜分别用于细胞培养和过滤，以大规模生产外泌体。

如果对外泌体进行分析，可以发现同一种细胞来源的会产生不同的外泌体。即使是同一种细胞的外泌体，纯化后具有不同的形态。因此，需要尽量做好质量控制，力求外泌体批次间的差异最小。因此，需要能够准确和可重复地表征外泌体的方法，包括浓度、粒度、zeta电位和外泌体标记。

04 文末小结

外泌体和干细胞治疗的成功因素，除了要保证产品的质量，还应对适应症本身有透彻的了解，同时采用正确的给药途径，以及给予合适的剂量。产品究竟如何，最终是由临床决定的，通过特定适应症的治疗效果来评判。

如果外泌体规模化临床应用开发，关键在于三点：一是依赖于细胞规模化培养条件的提升。二是依赖于外泌体分离纯化方法的提升。三是依赖于外泌体亚群的鉴定分离。

外泌体药物生产工业化（规模、纯度、成本、一致性和标准化）是目前面临的重大挑战。相信未来几年，从事外泌体产品开发的项目或企业将不断增加，最终外泌体产品将走向商业化，造福患者。

参考文献:[1]https://doi.org/10.1038/s44222023000642