MSC-Exo在肿瘤治疗临床转化中的伦理学思考*

樊小艳,马文兵,马 晓,李纪鹏,4**

(1 空军军医大学第一附属医院实验外科,陕西 西安 710032;2 西安交通大学第一附属医院药学部临床药学室,陕西 西安 710061;3 空军军医大学基础医学院,陕西 西安 710032;4 空军军医大学第一附属医院消化外科,陕西 西安 710032)

间充质干细胞来源的外泌体(mesenchymal stem cell-derived exosome, MSC-Exo)临床研究发展迅猛,目前已被大量用于临床治疗,治疗效果良好[1-2]。MSC-Exo具有低免疫原性 、高运输效率、高稳定性、靶向性等特点[3]。研究表明,MSC-Exo可通过影响肿瘤的生长、转移、免疫、血管生成和抗药性,调节肿瘤的发展,对于肿瘤临床治疗具有巨大的潜力[4]。但是,MSC-Exo疗法仍属于新技术,目前尚缺乏快速有效且经济安全的分离提取技术, MSC-Exo内容物的鉴别手段也不够成熟,MSC-Exo的质量控制标准难以统一[5]。因此,MSC-Exo在肿瘤治疗领域的临床研究与转化中,其技术指南、伦理审查、监管政策、临床疗效与潜在风险仍需挖掘大量的数据。如何合理开展临床研究,规避伦理风险,使患者尽快安全、有效地获益于MSC-Exo治疗,从而摆脱肿瘤疾病的痛苦,仍需进行大量的探索和研究。

1 MSC-Exo的成分与生物学功能

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)有多方向分化的潜能,来源于多种组织,如:骨髓、脐带血/脐带、胎盘、脂肪组织和经血[6-7]。尽管MSCs被证明对多种疾病的治疗有效,但干细胞存在致瘤性、促炎症和宿主排斥等风险,狭义的干细胞治疗的安全性仍然是临床上面临的最大挑战,在MSCs中也无法避免[8]。幸运的是,有研究表明MSCs的细胞上清可以发挥与MSCs相同的治疗效果,故研究人员将目光调整到MSCs旁分泌机制上,发现MSCs的治疗效果主要不是以细胞迁移和炎症应答来体现,而是通过旁分泌外泌体(Exosome, Exo)来实现的[9]。Exo是直径为30～100纳米的纳米级结构,由蛋白、DNA、RNA等生物分子构成,不同组织来源的Exo具有其亲本组织行使功能的关键性特异生物分子,MSC-Exo较多地包含一些具备特殊功能的miRNA,如 miR-21、miR-199a等[10-11]。较之MSCs本身,其分泌的Exo性质更稳定,保存运输更方便,亦没有移植细胞带来的免疫排斥反应和肿瘤形成的风险。近年来,研究发现,MSC-Exo不仅具有与亲本细胞相似的生物学特性,更可以将其有价值的货物(如蛋白质、脂质、RNA、表面标志分子)通过生理屏障(如血脑屏障等)运输到靶细胞并发挥通信和调节活性的能力[2]。作为“无细胞的干细胞治疗技术”显示出得天独厚的优势,因而MSC-Exo有望成为一种新的治疗策略。后续的研究也证明了之前被认为是MSCs参与治疗的疾病,其实是由MSCs分泌的外泌体来实现的,如心肌梗死[11]、肝纤维化[12]和肿瘤[5]。越来越多的研究表明,MSC-Exo作为主要旁分泌介质,通过传递或调控生长因子、细胞因子、mRNA和miRNA等调节因子来发挥作用,包括抑制炎症反应、调节机体免疫、减轻神经细胞氧化损伤及影响肿瘤发展等[13-14],相对于MSCs,MSC-Exo有更稳定、低免疫排斥和更直接地作用与靶向目标等优势。

2 MSC-Exo与肿瘤

MSC-Exo已在许多疾病领域的临床治疗中被广泛应用,表现出良好的效果和潜力。然而,MSC-Exo在肿瘤的临床治疗仍处于研究阶段,目前临床研究证明MSC-Exo可以杀死血液和实体肿瘤细胞,证明了其具有肿瘤治疗临床应用的潜力[15]。

研究证明,MSC-Exo不仅具有亲本细胞的肿瘤调控特性,更可以将其有价值的蛋白质、脂质、RNA和表面标志分子等物质通过生理屏障运输到靶细胞并发挥通信和调节活性的能力,在肿瘤生长、血管生成、侵袭和耐药中发挥不同的调控作用,并通过免疫调节反应和细胞间信号传导重塑肿瘤微环境,干扰肿瘤进展[4]。MSC-Exo体积小、免疫原性低、生物相容性好、肿瘤靶向性优异等特点使其成为体内抗肿瘤药物运输载体的最佳选择之一。在目前的研究中,研究人员使用MSC-Exo作为载体,将RNA、蛋白质和小分子药物运输到肿瘤的特定部位以实现肿瘤治疗[15-16]。例如,通过电穿孔将多柔比星加载到MSC-Exo中,可抑制结肠癌的生长,与游离多柔比星相比,其药物在肿瘤组织积累量显著增加;携带miR-23b的MSC-Exo能够抑制转移性癌细胞的增殖,从而促进转移性乳腺癌进入休眠期;此外,MSC-Exo可以通过脉管系统被动积聚于肿瘤组织,通过对Exo的工程化修饰,如将叶酸受体加载于Exo可进一步提高Exo的肿瘤靶向性而增强抗肿瘤作用;也有研究发现来源于正常人MSC-Exo已被证明可能通过可以避免卡波西肉瘤、卵巢肿瘤和肝癌细胞系的增殖和促进其凋亡,但是其作用的具体机制仍需开展大量的研究;一些结果表明,间充质干细胞衍生的Exo可能在肿瘤微环境内作为细胞间通信介质,抑制肿瘤血管生成。但是有研究发现,MSC-Exo还可能使某些肿瘤产生耐药性[17]。因此,MSC-Exo作为一把双刃剑,既能发挥抗瘤作用,也可能促进肿瘤的发展。那么如何推动MSC-Exo临床研究的良性发展,提高其临床治疗的安全性和有效性,保护研究参与者的安全和权益,规避其在临床转化中潜在的伦理问题,使MSC-Exo成为一种安全有效的新型抗肿瘤方案,值得思考。

3 MSC-Exo在肿瘤治疗临床转化中面临的伦理学问题分析

3.1 MSC-Exo临床转化风险和获益困境分析

3.1.1 MSC-Exo疗法面临研发挑战,存在安全风险

Exo是MSCs在机体生长发育过程中发挥作用的重要介质,目前MSC-Exo在肿瘤治疗领域尚缺乏具有统计学意义的临床研究数据。MSC-Exo对肿瘤的调节是促进还是抑制作用仍缺乏大量的数据支撑,已有研究报道了关于MSC-Exo效应的相互矛盾的结果,其中大量研究结果证明它们具有抗肿瘤作用,但是同时一些研究显示MSC-Exo促进肿瘤发展。对于这种差异的结果大部分学者认为是可能源于Exo货物的类型或MSCs的来源。例如,来自人脐带来源的间充质干细胞-Exo可以将 miRNA-375递送到食管鳞状癌细胞,并减少肿瘤细胞进展;然而,来自骨髓的间充质干细胞-Exo含有不同的miRNA,可以增加骨肉瘤细胞和辐射诱发的肺癌细胞的增殖[4,13]。保证MSC-Exo来源的安全有效性,在很大程度上取决于规范的MSC-Exo研究技术以及制备生产流程。但是,MSC-Exo研究技术以及制备流程仍存在许多问题。首先,提取分离过程中Exo的完整性、纯度等因素对其治疗效果有着重要影响,而MSC-Exo的制作分离技术复杂,目前仍没有统一规范的提取制备技术。因此,必须明确MSC-Exo的MSCs的来源,保障MSC-Exo提取的质量,建议建立统一的MSC-Exo提取、鉴定标准、制备生产流程。

3.1.2 MSC-Exo治疗临床转化获益评估标准欠缺

MSC-Exo临床研究的获益评估目前仍没有适用的标准,就其抗肿瘤的效果而言,其应用于人体Ⅰ期临床试验的获益仍不明确。Zhou等[18]利用骨髓MSC-Exo双重递送siRNA和奥沙利铂,发现在胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)模型中显示出肿瘤归巢功能,增强了 PDAC免疫原性并逆转M2肿瘤相关巨噬细胞的肿瘤免疫抑制,在PDAC治疗中取得显著的治疗效果,表明Exo可以作为胰腺癌的纳米级药物递送平台。MD.Anderson癌症中心等机构的研究人员在《新英格兰医学杂志》公布了美国首个含有靶向致癌性KrasG12D突变的siRNA的MSC-Exo用于治疗胰腺癌临床试验(NCT03608631)的结果。该临床研究I期试验于2020年3月开始,共计招募28名患者作为研究参与者,是一项单臂、开放标签的剂量递增研究。研究人员跟踪研究治疗的安全性、最大耐受剂量、药物的活性、总体缓解率、疾病控制率、无进展生存期和中位总体生存期,同时检测循环肿瘤DNA或siRNA的含量,患者将通过静脉注射接受来自具有KRAS G12D siRNA的MSC-Exo。结果显示,用脐带血来源的KRAS G12D siRNA的MSC-Exo治疗具有KRAS G12D突变的胰腺癌患者后,28位患者中有20位(73%)治疗效果良好[19]。MSC-Exo目前不仅对胰腺癌表现出良好的抗瘤效果,还对呼吸系统肿瘤的治疗显示出巨大的前景[20]。虽然客观表现的治疗效果和数据不能完全等同于“获益”,但是在某种层面上,临床试验的客观数据和指标是衡量变化的客观指标。此外,干预研究参与者受益的因素往往很难被界定,有研究者提出接受MSC-Exo肿瘤治疗的患者生活质量显著提升,这种变化是与干预治疗有关,还是与研究参与者在试验研究期间自主认为将会痊愈的心理状态有关[21]。

3.2 MSC-Exo临床试验准入失严和研究者能力不足

在临床研究和转化过程中,科学研究者与研究平台的实力直接影响着研究结果的可信度和可行性,若准入标准较低,科学性不足,试验研究过程中所用的设备未达到规定的MSC-Exo制作技术要求和标准,其中任何一个环节都可能导致患者失去生命。对于尚未应用于临床治疗的医疗技术创新,明确机构和科研人员所要承担的责任是首要任务,同时应督促医务人员和科研人员切实做到在科研探索、产业发展、医学伦理与患者安全之间做权衡。

MSC-Exo已被应用于多种疾病领域的临床治疗,包括口腔组织再生、神经系统疾病、自身免疫性疾病等方面的治疗。近年来,作为肿瘤临床治疗的新热点,MSC-Exo的临床转化仍需要更多的研究数据支撑,若研究工作者没有扎实的专业知识和一定的科研能力,就无法对试验过程中出现的异常情况做出及时有效的判断和参与响应的必要措施。综上,在新医疗技术的开发研究过程中,必须严格把控科学研究人员的准入要求,切忌一味为了追求科学研究成果,而忽视研究参与者的知情同意权,无视研究参与者的切身利益的伦理原则。

3.3 MSC-Exo疗法监管制度缺陷

MSC-Exo因为其体积小、免疫原性低、生物相容性好、肿瘤靶向性优异等诸多优势使其成为体内抗肿瘤药物运输载体的最佳选择之一,是抗癌临床治疗的热点药物,在无数学者孜孜不倦的探索和实践后,MSC-Exo近年来已成功应用于多种临床疾病的治疗中,同时我国相关部门也一直在探索MSC-Exo疗法的监管策略,但是由于该疗法仍是一种新兴医疗技术,以及其他诸多因素,相关的伦理监管体系建设并不完善。

目前,我国对于干细胞疗法产品经历了“药品”和“第三类医疗技术”两种监管路径转换的过程。2019年 12 月,国家卫生健康委员会发布通知指出体细胞治疗在临床应用时可以直接应用于患者,这无疑会导致部分医院对患者使用尚未进行安全、有效性评估的干预治疗。鉴于MSC-Exo涉及干细胞疗法,而这种细胞治疗临床研究及应用的监督管理制度使得MSC-Exo治疗产品权责归属不清的状况带来诸多不确定性的风险,该风险带来的后果最终还是将由患者来承担。

一般情况下,MSC-Exo的上市应用所需的安全性和有效性数据远比临床应用的批准要多,因此药企几乎没有动力投入大量的精力和费用直到晚期的临床试验。与此同时,新兴的MSC-Exo治疗临床试验一般只能招募到患有严重疾病或者没有能力支付治疗费用的人群作为试验对象,但是由于普通民众科研意识较淡薄,很少有患者主动、自愿寻求作为受试对象,导致临床研究很难招募到足够规模的志愿者作为研究对象。

3.4 伦理委员会对MSC-Exo治疗的审查能力待提高

伦理委员会的伦理审查工作是规范开展MSC-Exo疗法临床研究和转化的重要保障,包括对临床试验的科学性和伦理性、判断在临床试验中能否确保研究参与者的权益和安全以及基本医疗等进行审查。而MSC-Exo治疗仍属于新兴技术,其转化研究理论体系仍在不断地验证更新,且由于MSC-Exo疗法的研究多属于多中心横向合作的临床试验,区域伦理委员会的审查能力存在一定的短板,包括对MSC-Exo治疗临床研究的相关培训体系并不完善,部分审查人员缺乏MSC-Exo临床研究和转化相关的系统理论体系、实践经验以及认知结构,导致审查人员审查能力不统一,从而影响了MSC-Exo疗法转化研究的审查效率和质量。

4 MSC-Exo治疗临床转化伦理困境的解决策略

4.1 规范MSC-Exo疗法临床转化流程

与单纯MSCs治疗相比,MSC-Exo更加稳定,具有更强而复杂的信号分子转运和调控能力,具有自身特有的靶向性,规避干细胞疗法致瘤风险等优势,因而为临床肿瘤抗瘤治疗带来了新希望。Exo是一类直径40～100纳米的微小囊泡,截至目前,Exo的制备方法仍是难以克服的技术难关。MSC-Exo的制备工艺复杂,其分离纯化方法、储存条件、制备成品安全性、靶向递送药物机制等方面均对该疗法的临床治疗效果起着决定性影响。

第一,必须确保MSCs来源的安全性。MSCs是可从多种组织中获得的多能细胞,包括骨髓、脂肪组织、脐带、羊水和胎盘等,可以在体外培养扩增。MSC-Exo的作用功能取决于其来源的细胞,其包含的关键内容物不同,进而产生不同的生物学效应。MSC-Exo中MSCs需要在体外进行培养,采用回输过程,确保质量控制的准确性,这才符合伦理要求的无伤害原则,其获取来源和程序必须做到不违反所有适用的法律法规和伦理要求。开展MSC-Exo临床试验时,必须明确其特定来源,还要提供细胞的所有确切信息。此外,来源于人体的MSCs还需要了解亲本病史、子代数量和允许代数,保持其细胞表型和功能稳定性;若是体外培养的细胞,则要明确细胞培养条件、监测培养过程中的所有检查结果。

第二,优化和统一MSC-Exo的分离提纯方法。MSC-Exo的临床应用仍存在技术限制性问题,包括没有统一的分离纯化方法、量化生产均质性的MSC-Exo。只有优化MSC-Exo提取分离方法,保证内容物的纯度是提高MSC-Exo发挥抗瘤疗效的前提。目前MSC-Exo的提取分离方法根据它的物理及生物特性分为以下5种提取方式,包括超速离心法、密度梯度离心法、超滤法、沉淀法以及免疫磁珠法。其中超速离心法是根据Exo的密度及尺寸进行分离的方法,方法成熟,适用于大体积样本,是目前Exo分离和提取的最常用方法,但是缺点是设备费用高,难以获得,且操作耗时费力,所得Exo易受蛋白质聚合体干扰,导致聚集成块。尽管提取Exo的方法多种多样,但是经过不同领域的研究人员评估,仍没有能完全满足需求的最优化提取方法,因而导致Exo提取质量控制难以统一。

第三,明确MSC-Exo的贮存条件标准。临床试验的探索和实践都是为了该技术手段成为一种成熟的治疗方法或者产品为患者的生命安全保驾护航。那么MSC-Exo疗法要作为产品具有可行性和有效性,必须探索统一的最佳储存策略,从而保障前期的细胞培养、提纯分离、制备鉴定工作有意义,保持Exo的完整性、高产量和高纯度。

必须强调的是,参与MSC-Exo疗法临床转化的研究者或者机构必须由具备该领域研究和试验实力的专家来指导和主持,必须对试验研究进行周密科学的设计,尤其对于在研究过程中可能会对研究参与者造成伤害的风险因素进行严格把控,尽最大可能避免对研究参与者造成生理上、心理上的直接或者间接的伤害,如遇到严重不良后果时,应及时作出评估和判断,必须做好随时停止研究试验的准备。在临床研究时,若以患者作为研究对象,必须限于研究参与者罹患的疾病;若以健康个体作为研究对象时,则必须保证研究参与者的健康安全利益不受损害,否则是违反医学伦理原则的。只有有效解决以上技术问题,才能使临床试验研究和转化的流程实现规范化、专业化和精准化,才可能使研究参与者避免受到非必要的伤害。

4.2 加强MSC-Exo疗法临床试验准入管理

4.2.1 严格考察MSC-Exo疗法研究人员的综合素养

科研人员是临床试验的主导,并对该研究课题立项依据、试验方案、研究路线、随访设计等的所有过程负责,科研人员的专业素质和职业素养是临床试验能否获得成功,并以守护患者的生命利益为最终目的关键。MSC-Exo疗法因为其低免疫原性、靶向性等优势成为治疗癌症的热门领域,但是同样存在不可预估的安全风险。因此,首先,要审查科研团队是否具备相关的专业知识,或者具备相应的科研经验,开展临床研究必须要求从事科研工作者具备对应的科研实力、确保在临床转化过程中对意外紧急情况作出及时精确的反应,采取相应的措施对抗风险;其次,对科研人员制定严格的审查和准入标准,研究参与者的受风险程度不能大于研究结果对社会群体的利益,最大程度上保障患者的生命安全利益。

4.2.2 严格把控MSC-Exo疗法技术准入标准和责任落实管理

当前,多中心联合的临床试验已成为临床研究和转化主流方式,越来越多的科研院所和医疗机构都在积极参与到临床试验转化的行列中,他们的加入是产生更高水准科研成果的助力,因此,严格按照准入标准强化临床转化的准入管理,是保证MSC-Exo临床应用安全有效的基础条件。在所有临床试验的审理和实施过程中,安全性都是该项医疗技术的“金标准”,开展试验的科研人员以及其科研平台或者机构必须按照严格的安全性和有效性方法进行评价,这是对研究参与者生命安全的负责,同时有利于MSC-Exo疗法研究成果以及相关科学知识的发展。为了最大限度地保护研究参与者的安全利益、保障临床研究的科学性,首先要严格把关技术准入标准,申请的科研机构和平台需拥有MSC-Exo的提取分离以及其他研究相应的环境和设备;其次,需强调主体责任感,明确第一责任人、主体责任等责任意识;最后应明确惩处措施、加大处罚力度,对未按规定开展临床研究和转化应用的科研或医药机构、科研人员、医师等情形明确惩处措施。

4.3 加快MSC-Exo临床研究监管体系建设

截至2016年,我国受理的MSCs数量持续低迷[22]。为了促进我国干细胞疗法的健康发展,2017年,原国家食品药品监督管理总局通过发布《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行)》,指出细胞治疗产品按照治疗性生物制品进行申报,以及按照药品管理规范进行研究开发与评价的指导规范。自2017年起,国内 MSCs 产品的注册申报数量稳步上升。2020年7月,首个细胞产品相关技术指南《免疫细胞治疗产品临床试验技术指导原则(征求意见稿)》发布,进一步规范细胞治疗的临床研究,期望临床疗效更加安全有效[23]。但是,该文件阐述的仍然是宏观的原则,希望能发布细胞治疗相关临床研究规范的细致条文,比如制备细胞的条件和要求、培养环境以及明确的储存条件等。同时细胞产品具有异质性、复杂性以及分化程度等不确定性,若没有明确的质量管理规范,其质量很难确定和重复,且安全风险不能消除。因为在没有质量管理规范的前提下,其安全性和有效性的测试方法都无法得到验证。因此,构建MSC-Exo临床研究试验技术管理规范是保障广大患者的安全利益的首要任务。

无论是双轨还是单轨制度的监管和审理体系,最终想实现的目标仍是创造出更加安全、有效的医疗手段为患者谋福祉。科学的临床研究监管制度可以助推更多新药研究的有序发展,加快完善相关规章制度,促进监管和审批流程科学高效,可以使医药机构以及企业这些主体单位少走弯路,提升积极性研发积极性,节约相关产业的资源。要完善我国MSC-Exo临床研究的监管制度,必须不断了解国内外相关科学前沿的进展,借鉴发达国家和地区的建设经验,同时结合我国发展现实,以此实现MSC-Exo临床研究领域快速健康发展。

4.4 提高伦理委员会对MSC-Exo疗法临床研究的审查能力

MSC-Exo治疗仍属于新兴技术,该治疗手段在肿瘤治疗的潜在价值和风险尚未完全了解。因此,必须对MSC-Exo治疗的安全性和有效性进行深入的临床前研究。然而,部分伦理委员会审查人员缺乏系统的实践经验和理论知识,为了使MSC-Exo疗法的临床转化更快、更健康地发展和进步,伦理委员会应定期邀请该疗法领域的专家对相关人员进行系统培训,督促相关人员参加国内外的学术交流活动获取最新的前沿资讯等。与此同时,建立多元的考评机制,选用合格伦理审查能力的人员,保证MSC-Exo疗法临床转化伦理审查的专业性和规范化。另外,新兴治疗技术的临床试验往往是多机构、多中心横向合作的试验,必须着眼于区域伦理委员会,合理、科学地整合和共享区域资源,科学地监督MSC-Exo疗法的研究方案、知情同意和试验过程。伦理委员会对MSC-Exo疗法的临床转化进行审批时,必须了解MSC-Exo相关的科研知识和技术,从而对立题依据、试验方案、研究参与者保护和知情同意、风险控制等各个环节予以规范的伦理监管。

5 结语

MSC-Exo是由间充质干细胞产生的纳米级天然微囊泡,具有较低的免疫原性、较长半衰期、可逃避吞噬作用、更大的修饰潜力以及更好的靶向能力等治疗优势,特别是在疾病诊断和载药治疗中发展迅速,登记注册的MSC-Exo相关临床试验稳步提升,转化趋势明显。随着MSC-Exo在恶性肿瘤前期治疗中取得多方面的突破和进展,逐渐成为肿瘤临床治疗领域的热点。但是,MSC-Exo对肿瘤的调控作用机制以及干预效果研究仍需深入,另外还有许多技术短板需要克服,其安全性和有效性问题必须受到密切关注。对于 MSC-Exo的临床研究和转化,必须尽快深入开展研究制定MSC-Exo药品开发和生产的标准操作规程;科研人员必须秉持严谨的科学态度,敬畏生命,保护研究参与者的权益;国家管理部门应尽快建立完善的监管体系;伦理审查部门必须深入学习MSC-Exo的相关知识,提升审查能力,确保MSC-Exo临床研究在保护研究参与者权益的前提下规范开展。