Стволови клетки и техните екзозоми: революционни подходи за лечение на заболявания, свързани с възрастта

Учени от организацията Tohoku Medical Megabank към университета Тохоку (Япония) са подготвили най-изчерпателния до момента преглед на използването на мезенхимни стволови клетки (MSC) и техните екзозоми (MSC-Exos) за коригиране на свързани с възрастта физиологични нарушения и лечение на свързани с възрастта заболявания. Работата е публикувана в списанието Stem Cell Research & Therapy и обхваща данни от повече от 150 публикации през последните пет години.

Защо мезенхимните стволови клетки (МСК) и техните екзозоми

Мезенхимните стволови клетки, получени от мастна тъкан, костен мозък, кръв от пъпна връв или плацента, са способни да:

• Диференцират се в различни тъкани (кост, мастна тъкан, хрущял).
• Секретират широк спектър от трофични фактори (VEGF, HGF, IGF-1), които регулират пролиферацията, ангиогенезата и имунния отговор.
• Мигрират към увредените области чрез SDF-1/CXCR4 хемотаксис.

Техните екзозоми (30–150 nm) носят протеини, липиди и микроРНК, възпроизвеждайки ключовите ефекти на мезенхимните стволови клетки (МСК) без риск от туморогенеза, тромбоза или имунни усложнения.

Основни области на приложение

1. Преждевременна яйчникова недостатъчност (ПЯН)

• Предклинични модели: мишки и плъхове с химио- или радиационно-индуцирано POF.
• Механизми на MSC:
  • Стимулиране на пролиферацията на гранулозни клетки чрез пътя PI3K/AKT и Wnt/β-катенин.
  • Намаляване на апоптозата на ооцитите чрез потискане на PTEN/FOXO3a.
• Резултати: възстановяване на нивата на естроген, намаляване на фоликуларната атрофия и нормализиране на менструалния цикъл при моделите.
• Екзозоми: доставят miR-21, miR-146a и miR-29, които потискат провъзпалителните сигнали (TGF-β1/Smad3) и защитават фоликуларната клетка.

2. Болест на Алцхаймер (БА)

• Модели: трансгенни мишки APPSwe/PS1dE9 и инжекции с β-амилоид.

• Действие на MSC:

  • Секреция на невротрофини (BDNF, GDNF) и активиране на PI3K/AKT пътя, които предпазват невроните от апоптоза.

  • Повишена активност на М2-фенотипната микроглия, ускоряваща фагоцитозата на β-амилоид.

• Екзозоми:

  • Доставя прекурсори на митохондриите и let-7, увеличавайки невроналния енергиен метаболизъм.

  • Намалете τ-фосфорилирането чрез SIRT1/AMPK модулация.

• Ефект: подобрена памет и учене при решаване на лабиринтни задачи и намаляване на β-амилоидни отлагания с 40–60%.

3. Атеросклероза

• Предклинични изследвания: ApoE–/– и LDLR–/– мишки на диета с високо съдържание на мазнини.
• МСК и екзозоми:
  • Намалява експресията на VCAM-1, ICAM-1 и MCP-1 чрез потискане на NF-κB.
  • Стимулиране на ангиогенезата в исхемичния крайник поради VEGF и Ang-1.
• Резултат: намаляване на обема на атеросклеротичните плаки с 30%, подобряване на кръвния поток и намаляване на системното възпаление.

4. Остеопороза

• Модели: плъхове с овариектомия и възрастни мишки.
• MSC: активират Runx2, OPG/RANKL и Wnt сигнализацията за подобряване на образуването на костна матрица.
• Екзозоми: обогатени с miR-196a, miR-21, miR-29b, увеличават пролиферацията на остеобластите и намаляват активността на остеокластите.
• Резултати: увеличение на костната маса и здравина с 25–35% в сравнение с контролната група.

Ползи и предизвикателства

Плюсове на екзозомите

• Няма риск от тератом и имунно отхвърляне.
• Лесна стандартизация на развъждането и съхранението.
• Способност за преминаване през кръвно-мозъчната бариера.

Ключови задачи

1. Насочване: модификация на повърхността на екзозома с лигандни пептиди (RGD мотив) или антитела за доставяне до специфични тъкани.
2. Фармакокинетика: изследване на времето на кръвообращение и разпределението по органи с помощта на in vivo методи (ЯМР, флуоресценция).
3. Мащабиране: Разработване на GMP протоколи за производство на екзозоми с постоянно качество и ефикасност.
4. Безопасност: Дългосрочни токсикологични проучвания при големи животни за оценка на натрупването и ефектите на натрупания материал.

Перспективи за клиничен превод

Авторите прогнозират, че клиничните изпитвания на MSC-Exos за свързани с възрастта разстройства ще започнат през следващите 3-5 години:

• ПОН: ранни проучвания фаза I/II за оценка на възстановяването на фертилитета при жени с ПОН, индуцирано от химиотерапия.
• AD: Фаза II проучване върху когнитивната функция при пациенти в ранен стадий.
• Остеопороза и исхемия на крайниците: оценка на костната здравина и заздравяването на язви.

В дискусията авторите подчертават няколко ключови момента:

• Предимства на екзозомите пред клетките:
  „Екзозомите на MSC съчетават терапевтичния потенциал на самите MSC с подобрена безопасност и стандартизация“, отбелязва д-р Кацуки Яманака. „Те не се делят и не образуват тумори, което ги прави по-предсказуеми при клинична употреба.“

• Необходимостта от насочване и предварителна подготовка:
  „За да увеличим максимално ефикасността и да сведем до минимум страничните ефекти, трябва да приспособим повърхностите на екзозомите към специфични тъкани и да загреем предварително мезенхимните стволови клетки (МСК) при условия на лек стрес, така че екзозомите да носят засилени защитни сигнали“, казва съавторът проф. Хирото Накамура.

• Потенциал в комбинираните подходи:
  „Комбинирането на екзозоми от мезенхимни стволови клетки (МСК) с лекарства с малки молекули или протоколи за проникващи упражнения може да осигури синергичен ефект при заболявания, свързани с възрастта“, добавя д-р Аяко Сато.

• Клинична перспектива за превод:
  „Намираме се на прага на стартирането на първите проучвания фаза I на екзозоми при преждевременна яйчникова недостатъчност и остеопороза“, обявява водещият автор д-р Такеши Ивакура.

Тези коментари подчертават, че въпреки окуражаващите предклинични резултати, успехът на клиничното приложение на MSC-екзозоми зависи от справянето с предизвикателствата на целенасоченото доставяне, стандартизирането на производството и потвърждаването на безопасността в големи проучвания.

Според авторите, мултидисциплинарното сътрудничество между клетъчни биолози, биоинженери и клиницисти ще позволи бързото и безопасно въвеждане на екзозоми на MSC в терапевтични протоколи за борба с ефектите на стареенето.