鼻内细胞给药,一种脑部疾病治疗的细胞移植

原创医学参考报干就有未来

撰文│张怡

编辑│毕紫娟

审校│汤红明

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鼻内给药是指将治疗性药物应用于鼻腔内而发挥局部或全身治疗作用的给药方式，该方式自年WilliamH.FreyⅡ建立以来，被用于化学药物、脂质体、多肽、疫苗等多种类型的药物递送。鼻内给药可避免药物降解、胃肠道刺激、首过效应、实现脑靶向等优势，日益受到人们的重视，而采用鼻内细胞给药进行脑部疾病细胞治疗是目前正在研究的一种新型细胞给药方式。

一、脑部疾病细胞治疗的给药方式

对于脑部疾病，由于存在血脑屏障（BBB），只有亲脂性小分子可以通过细胞外被动扩散跨过BBB。BBB还表达了大量的药物外排转运蛋白，进一步限制了大脑内外源性物质的积聚。因此，在选择细胞给药治疗脑部疾病时，需要考虑如何让细胞穿过BBB并快速被靶组织利用。目前，针对脑部疾病主要的细胞给药方式包括全身递送给药（静脉给药、动脉给药）和局部给药（脑室内给药、实质给药、鼻内给药），各有优缺点。

静脉给药对机体创伤较小，但静脉方式移植的干细胞会大量停留在人体组织，尤其是肺组织中，从而减少了到达大脑的干细胞数量。动脉给药使用导管插入将干细胞引导至颈动脉或Willis环中，从而绕开了全身器官的初始吸收。虽然这种方法为损伤部位提供了大量的细胞，但是细胞可能在动脉中聚集和结团，因此存在微栓塞和脑缺血的风险。脑室内移植是将细胞直接递送到脑脊液（CSF）或细胞间隙空腔中，从而通过CSF扩散到中枢神经的多个部位，该方法具有侵入性。局部颅内实质给药允许更高浓度的细胞到达脑部病变部位，减少脱靶效应，然而颅内细胞给药为有创手术，也存在BBB损伤和炎症风险。

鼻内细胞输送的效用在最近十年被发现。鼻腔内递送的细胞聚集在鼻黏膜下方直接快速进入中枢神经系统（CNS）并迅速以趋化作用向病变部位迁移，具有非侵入、低感染、吸收迅速、易于控制剂量、方便多次重复给药、绕过BBB、减少全身副作用等特点。与全身剂量相比，鼻内细胞递送显示出更好的靶向性，周围器官中的积累较少，在治疗中枢神经系统疾病具有明显优势。

二、鼻部结构及鼻内给药机理

鼻是拥有过滤、加湿、温控、呼吸和嗅觉功能的复杂器官。人的鼻腔分为：前庭、呼吸和嗅觉三个区域。药物在鼻内的吸收主要发生在嗅觉区和呼吸区。鼻内药物递送途径主要包括细胞内途径和细胞外途径两种。细胞内途径始于嗅神经细胞的内吞作用，然后通过轴突运输到其在嗅球的突触裂隙。这种跨突触过程由嗅神经元重复进行，从而将药物分配到其他脑区。在细胞外途径中，首先药物通过鼻腔内的细胞旁空间进入CSF，然后通过脑膜周围空间进入大脑的蛛网膜下腔。

与药物鼻内给药不同，细胞在鼻内迁移过程尚未完全了解，目前认为迁移途径有两个：沿嗅神经通路和沿着三叉神经通路。年，Danielyan等将二乙酸荧光素或Hoechst活体荧光探针标记的大鼠间充质干细胞（MSC）或人神经胶质瘤细胞鼻内给药后，细胞通过嗅觉相关的神经元途径到达小鼠或大鼠CNS的嗅球、丘脑、海马区、蛛网膜下腔和脊髓，证明细胞鼻内给药可能经过嗅觉神经途径，而且经过透明质酸酶鼻黏膜处理后，细胞鼻内给药效果更好。年Galeano等进一步研究发现细胞可能是经嗅上皮沿鼻甲旁空腔穿过筛状板后沿着嗅觉神经途径进入蛛网膜下腔。年VanVelthoven、年Danielyan、年Chapman等通过快速的鼻-脑传递途径分析细胞也可能经沿着三叉神经通过细胞外运输方式进入到CNS。

三、鼻内细胞给药治疗脑部疾病的临床试验进展

采用鼻内细胞给药方式进行多种脑部疾病（包括神经退行性疾病、蛛网膜下腔出血、脑卒中、胶质母细胞瘤等）的基础研究报道很多，证明了鼻内细胞给药方法的安全性且达到了一定的效果。

目前临床试验刚刚起步，有试验结果的报道仅有2篇。年，美国MDStemCells公司注册了一项针对入组人的前瞻性、非随机、开放标签、有效性临床试验（NEST，NCT），对照组采用静脉输注自体骨髓间充质干细胞（BMSC）16ml，治疗组则是静脉输注13～14mlBMSC的同时将2～3mlBMSC置于下鼻道/外耳的鼻黏膜表面，通过三叉神经的通路，进入脑桥、脑实质和CSF对CNS产生影响，目的是研究两种移植自体BMSC方式是否会改善神经退行性疾病、创伤性脑损伤、脑卒中等患者症状。初步结果发现，经过1个月治疗，患者嗅觉能力、平衡能力、肌肉控制能力、姿势、行走的平稳性和行走速度、声音水平和记忆力都有所改善，同时疲劳和抑郁问题得到缓解，睡眠质量得到提高。年白俄罗斯研究者Ponomareva等报道了4位帕金森病（PD）患者鼻内给予多能间充质细胞（MMSC）一周后，PD评定量表（UPDRS）评分较原先有一定程度下降。

其他在clinicaltrials.gov上注册的临床试验仍在进行中，多组研究旨在对比鼻内细胞移植与其他方式移植存在的疗效差异。年，AgelessRegenerativeInstitute开始了一项评估自体脂肪来源的基质细胞对阿尔兹海默病（AD）患者的安全性和有效性的研究（NCT），输注方式为静脉或者鼻内给药。年，MDStemCells公司注册了第二个临床试验（SciExVR，NCT），评估自体BMSC在治疗有运动或感觉功能受损证据的脊髓损伤中的潜在益处，治疗包括在损伤水平以及该脊柱节段的上下两侧椎旁注射BMSC，然后进行静脉注射和鼻内细胞给药。年，MDStemCells公司的第三个试验涉及AD患者自闭症和认知障碍的干细胞治疗研究（ACIST，NCT），非随机、开放入组人，对比静脉注射14mlBMSC、鼻内给细胞1ml和近红外光照对AD患者自闭症和认知障碍的治疗作用。年，医院入组的12名PD患者的单臂、开放研究，每周通过鼻腔给予人神经干细胞（hNSC），持续4周，目的是研究hNSC鼻给药治疗PD的安全性和有效性（hNSCPD，NCT）。年，大连医院注册了一项临床试验（NCT），对比UC-MSC经不同移植途径（静脉、鞘内和鼻内途径）治疗儿童脑瘫的有效性和安全性。年，R3StemCell公司启动了一项入组人的羊膜和脐带组织干细胞治疗多种疾病（骨科疾病、神经系统疾病、泌尿系统疾病、自身免疫性疾病、肾衰竭、肾功能不全、心肌病、慢阻肺等）的安全性和有效性研究（NCT）。根据病情，神经系统疾病患者可能会通过静脉输液、局部注射、鼻内和/或雾化器方式接受治疗。年7月，经医院干细胞临床研究学术委员会和伦理委员会批准，开展了一项双盲的“鼻腔滴入人源干细胞治疗帕金森病”的研究，入组24位50岁前PD发病患者，每周一次滴入1.NSC，连续治疗4周。年，荷兰启动了鼻内递送MSC用于治疗围产期动脉缺血性卒中（PAIS）的安全性临床研究（PASSIoN，NCT），在确认大脑中动脉卒中后，通过鼻腔途径注射一剂同种异体BMSC，研究的主要目的是确定急性情况下，对PAIS新生儿经鼻进行BMSC治疗是否安全且可耐受。

四、鼻内细胞给药方式的研究局限

1.动物模型及细胞示踪技术影响效果评估

目前鼻内细胞给药的有效性研究大多是通过动物模型得到的结果，存在一定局限性。首先，动物模型能够良好地反映鼻内给药后动物运动性反应的改善，而对非运动性疾病特征（例如流口水和睡眠情况）还无法给出准确的结果判断。其次目前鼻内给细胞的基础研究中，细胞在动物脑内迁移情况是通过荧光标记细胞获得的。越来越多研究表明，采用不同荧光标记方法、不同动物模型和干细胞数量，经鼻给药后检测到的细胞在脑内生物分布有较大区别。对于标记或追踪细胞的最佳方法，目前还没有明确答案。

2.鼻内细胞给药效率问题

药物或细胞经鼻到脑部的数量是影响其生物利用度的关键，影响因素不仅仅涉及递送通路，鼻内注射后药物或细胞的分布在不同的动物模型中也表现出差异性，即使在同一动物模型中，鼻内注射也会因动物年龄和体质量的不同而显示出不同的输送效果。年，Krishnan等的研究显示，与体质量较低的年轻动物相比，体质量较高的老年动物需要增加药物剂量才能在整个大脑中达到相同的药物浓度。由此推想，细胞经鼻给药到脑内的分布也可能与年龄、体质量相关。年，Galeano等的研究结果表明，在鼻内给予人UC-MSC，只有少数通过筛板进入CNS，而大多数落入鼻甲骨的缝隙中。Danielyan等研究发现透明质酸酶预处理或共同处理嗅觉上皮，可以大大增强细胞从鼻腔进入CNS的速度，在鼻内给细胞后1小时，在蛛网膜下腔、嗅球和大脑的其他区域中发现了许多细胞，然而经鼻递送个GFP-microglia，2周后在嗅球中发现个，在海马和大脑皮层中仅发现和10个。因此，需要进一步研究以提高细胞进入脑部的输送效率。应该注意的是，各研究中使用了不同浓度的干细胞，这种起是申请两委备案项目，负责细胞制备的公司或厂家均须以药品注册临床试验的标准投入人力、物力和财力，聘请和配备具有CRO、CRA、CRC能力的人员协助临床试验。

3.医院应进一步重视和推进干细胞临床研究

具备医院需全方位提高干细胞管理和研究能力。医院是干细胞制剂和临床研究质量管理的责任主体，而干细医院开展，因此对制剂制备者的选择非常重要，单靠干细胞制剂质量授权人难以严格把关，医院的干细胞学术委员会委员和伦理委员会委员中要有多名具备医学相关专业背景和具备细胞制剂、质量管理实践经验的成员，必要时可请相关领域的独立顾问对项目进行审查。

4.明确干细胞临床研究中的责权利、协调好各方关系

在两委备案的项目中，有医院及内部管理部门、公司或者厂家、项目负责人等，建议明确各自的责权利，推进干细胞临床研究。人员配备类似药品注册临床试验的队伍，不能降低质量。“十三五”期间，科技部和地方政府投入了大量的科研经费用于干细胞临床研究，希望通过资金支持促进干细胞临床研究，但在执行过程中多个项目由于不符合两委备案要求，难以开展，而已经开展的项目由于经费使用的规定也难以进行。需要科技部和两委积极沟通，密切合作推动干细胞临床研究。

总之，我国政府高度重视干细胞的临床研究和应用，通过多种举措推进干细胞临床试验，希望能够通过干细胞及相关技术治疗难治性疾病。随着干细胞技术的突飞猛进以及我们对干细胞临床试验认识的不断提高，必将克服重重困难造福人类。

（ID：yxckbsc）

作者简介

张怡教授级高级工程师

现任老年性疾病干细胞技术国家地方联合工程研究中心主任，黑龙江省干细胞工程技术研究中心主任，天晴干细胞股份有限公司总经理，中国整形协会干细胞研究与应用分会常务理事。为哈尔滨市重点领域高层引进人才，享受国务院特殊津贴、黑龙江省政府特殊津贴。长期从事干细胞、免疫细胞和血小板源再生医学技术的研究与转化工作。承担国家发改委产业化项目、自然基金项目、省重大攻关项目等6项，获授权专利46项。