干细胞治疗和移植杂志》上

ISSN:2577 - 1469

研究文章

初步报告的影响患者的间充质干细胞治疗慢性肺部同种异体移植物功能障碍

塞萨尔的凯勒^{1 *},托马斯Gonwa¹雅典娜L罗素²大卫·O霍奇³大卫·B伊拉斯谟¹和Abba C Zubair²

¹移植医学部门,4500年梅奥诊所San Pablo Rd,杰克逊维尔,佛罗里达州,美国
²实验医学和病理学系,梅奥诊所,杰克逊维尔,佛罗里达州,美国
³生物医学统计和信息部门,梅奥诊所,杰克逊维尔,佛罗里达州,美国

*通信地址:塞萨尔·凯勒,移植医学部门,梅奥诊所,4500 San Pablo Rd,杰克逊维尔,32224 FL,佛罗里达,美国,电话:904-956-3271;传真:904-956-3262;电子邮件:keller.cesar@mayo.edu

日期:提交:2018年8月14日;批准:2018年8月27日;发表:2018年8月28日

本文引用:凯勒,Gonwa助教,罗素,霍奇,伊拉斯谟DB, et AL。初步报告在间充质干细胞疗法的影响慢性肺移植患者功能障碍。J干细胞移植手术。2018;2:035 - 047。DOI:10.29328 / journal.jsctt.1001012

版权许可:凯勒©2018 CA, et al。这是一个开放存取物品在知识共享归属许必威体育西汉姆联可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。

关键词:闭塞性细支气管炎综合征;肺移植;间充质干细胞;阻塞性复合

缩写:BOS:闭塞性细支气管炎综合征;穿着:慢性肺部同种异体移植物功能障碍;FEV₁:在1秒用力呼气量;FVC:用力肺活量;IL:国米白细胞杀菌素;MSC:间充质干细胞;NK:自然杀伤;Th:辅助T;亚群:调节性T细胞

肺移植的最佳选择是照顾各种终末期肺部疾病不再响应标准选择的医疗或外科治疗[1]。早期发病率和死亡率的最常见原因后移植包括原发性移植物功能障碍[2]、[3]急性感染性并发症,急性细胞排斥反应[4],或急性抗体介入拒绝[5]。肺移植受者的长期生存是受到慢性肺部同种异体移植物功能障碍(复合)[6],要么阻塞性(或闭塞性细支气管炎综合征(BOS))[7]或限制(限制同种异体移植物综合征)[8]。

BOS患者肺发展进步的下降气流测量在1秒用力呼气量(FEV₁后),移植后FEV峰值₁不实现,与此同时与急性排斥反应、气道狭窄,或急性感染[7]。这种效应可能是通过之前反复发作的急性排斥反应倾向;缺血性和血管损伤;细菌、真菌或病毒感染;活跃的胃食管反流;环境风险;等[9]。虽然有些病人稳定或改善后加强免疫抑制(10、11),增加阿奇霉素[12],医疗或外科治疗胃食管返流疾病[13],或体外光,大部分患者会继续严重先进残疾或死亡,除非他们接受重复移植[14]。不幸的是,再移植存活率低于最初移植[15],而不是每个病人都有资格接受第二次移植。选择照顾患者的耐火BOS是有限的; therefore, continued exploration of further options of care are justified. Mesenchymal stem cells (MSCs) are known to modulate the cellular immune system suppressing effector T cells [16]. They are known to shift immune responses toward anti-inflammatory and tolerogenic phenotypes, shifting from T helper (Th) 1 to Th2 immune response [17]. MSCs also reduce antibody production by B cells [18]. In addition, MSCs has been shown to be naturally and preferentially trapped in the lung [19], providing the cells easy access into lung tissue, particularly if there is a process of active inflammation present [20]. Clinical trials have evaluated autologous and allogeneic MSCs in the treatment of inflammatory conditions, such as graft-versus-host disease [21], and preliminary results have shown potential, beneficial functional effect using MSCs to treat lung transplant recipients with obstructive CLAD in a small group of patients [22,23].

我们组和其他人也证明,通过静脉注射骨骨髓来源的同种异体肺移植受者MSC是安全的,能很好地耐受诊断为中度或重度BOS(22日、24日)。

在第一阶段的研究中,我们评估了功能性结果9例诊断为中度BOS,耐火材料标准药物治疗期间接受MSC治疗后的第一年。患者接受一个来源于同种异体msc使用剂量的注入骨升级模式。此外,我们测量生物标记在这些病人血液样本评估改变免疫细胞,细胞因子和生长因子水平前后静脉输液的msc。

本研究通过梅奥诊所的机构审查委员会(协议# 14 - 000025;临床实验的新药# 15897)。这次审判是注册在ClinicalTrials.gov [25]。

患者人群

研究患者的肺移植程序在杰克逊维尔的梅奥诊所,佛罗里达。病人诊断为中度BOS,耐火材料标准药物治疗,不符合再次移植提供研究的参与和注册后提供知情同意。纳入和排除标准,注册的过程,制造,运输,和准备注入同种异体骨骨髓来源msc都被报道在之前发布[24]。所有患者接受MSC魏斯曼生物制造生产的威斯康星大学麦迪逊分校。从年轻健康男性骨髓成熟女性(18 - 45岁),O型血人完成了标准化的捐赠者的健康历史问卷和传染病测试符合FDA标准21 CFR 1271 - C组成部分捐赠资格最终规则。同种异体骨髓衍生MSC生产使用标准手册组织培养瓶,冻存包存储和运送到我们的设备,他们仍然冻结直到注入天冷冻解冻MSC接受标准协议,5倍稀释和注入[24]。患者登记从9月1日,2014年10月31日,2015年,每个病人随后注入一年后msc。

病人被分配给一个剂量递增模型接收单个注入骨骨髓来源msc获得从一个健康的捐赠者如前所述[24]。第一个3例被分配接受1×10⁶MSC /公斤(组1),未来3收到2×10⁶MSC /公斤(组2),最后3收到4×10⁶MSC /公斤(组3)。

生物标志物监测

输液的日子被认为是0。收集血液样本在基线(天:1 - 7或0输液前)和天1和7后注入枚举免疫细胞(B细胞、自然杀伤(NK)细胞调节性T细胞(亚))使用流式细胞术和细胞因子和生长因子使用多元分析。这些病人没有任何积极的迹象感染时的细胞因子测定抽血。

流式细胞术

抗体鸡尾酒被用来检测正负MSC表面标记细胞治疗指南遵循国际社会(积极标记:CD90、CD73和CD105;负面标记:CD45、CD34、CD14或CD11b CD79α或CD19和HLA-DR) (BD生物科学,富兰克林巷,新泽西,猫。No.562245)。细胞coexpressing CD90、CD73和CD105而缺乏表达负面标记被认为是MSC和量化。此外,单核细胞从血液样本为B细胞(CD45评估⁺CD19⁺)(BD生物科学,富兰克林,新泽西,猫。555483 & 555415),NK细胞(CD45⁺CD56⁺)(BD生物科学,富兰克林,新泽西,Cat.No。555483 &555518),和亚群(CD4细胞⁺CD25⁺)(BD生物科学,富兰克林,新泽西,猫。No.555346 & 555434)。

细胞因子多元分析

分析了等离子体的存在和42个不同的细胞因子和生长因子的浓度使用数组人类细胞因子/趋化因子数组42-plex发现试验和由夏娃技术。我们使用了多路复用评估促炎细胞因子测定(Th1)和耐受性Th2细胞因子水平和pro-angiogenic因素如VEGF(血管内皮生长因子)。

临床监测

患者血红蛋白、白细胞和血小板计数、血尿素氮、血清肌酐和葡萄糖水平测定所有患者输液前(1 - 7天)后30和365天输液。动脉血液气体注入之前得到反复输注后30天365。肺量测定的值(用力肺活量(FVC)和FEV₁)是在-365年和-180年获得注入之前,在0天输液前(MSC),注入后,在180年和365年。呼吸量测定法的价值获得-365天,-180年、180年和365年进行比较获得的值在0天前注入msc。所有患者有常规post-lung移植监测计划诊所访问每三个月,当临床表示。

统计分析

所有变量概括为平均数±标准差或中值(范围)。个人变量随时间变化比较采用配对t检验。所有结果完成使用SAS 9.4版本(SAS研究所Inc .)

患者人群

患者人群的人口学特征描述在表1。所有登记患者未能充分应对标准药物治疗和没有重复移植候选人。9例(7男2女)谁是收件人的双肺(n = 5)或单侧肺移植(n = 4)包括在内。他们先进的年龄(69±5年),可能相关的研究设计不包括年轻的患者可能有资格申请再移植。迹象显示双肺移植是特发性肺纤维化(n = 2),慢性阻塞性肺疾病(n = 1),原发性纤毛运动障碍(n = 1),和一个再移植由于复合(n = 1)。适应症单侧肺移植是慢性阻塞性肺疾病(n = 3)和特发性肺纤维化(n = 1)。都有适度的BOS诊断移植后平均4.8±2.2岁。他们的意思是FEV₁MSC输液前为1.62±0.51 L FEV 56.8%±3.2%的峰值₁具有重要实现。这代表一个移植后FEV下降43.2±3.4%₁与温和的BOS一致。这些患者接受了MSC灌注肺移植后为6.6±3.1岁。

注入MSC的命运

确定了msc的命运,我们执行流仪分析单核细胞从血液样本收集。图1显示了MSC的数量(平均数±标准差)基线(MSC输液前)和天输液后1和7 9病人。无统计差异数量的循环msc、表明所有静脉注射了msc被困在肺部,因为我们观察到没有增加循环通过后24小时内注入msc。

MSC治疗对免疫细胞的影响

我们执行流仪分析和评估免疫效应细胞(B NK和Treg)血液样本,图2比较基线水平。在基线存在很大差距。在组1(低剂量),平均百分比Treg水平2.3折相对于基线增加了7天,这种模式不同于其他组出现但没有达到统计学差异。分析B细胞和NK细胞没有透露一个可识别的模式。

MSC治疗对细胞因子的影响

分析了等离子体的存在和42个分泌细胞因子和趋化因子的浓度。这个分析的结果进行了总结,如图3所示。细胞因子水平变化大于或小于1 SD从意味着基线水平被认为是重要的。总的来说,与基线相比,更多的细胞因子和生长因子的影响出现在患者接受低剂量的MSC(组1),细胞增殖的倡导者,如表皮生长因子、凋亡和proangiogenic属性,在第1组显著增加。致耐Th2细胞因子,如白介素(IL) 4,显著增加一组1和2。促炎Th1细胞因子(IL-1α、il - 6和引发)和促炎趋化因子(单核细胞化学引诱物蛋白质(MCP-1)、巨噬细胞炎性protein-1α(MIP-1α)和MIP-1β)在第1组明显减少。总的来说,最有益的生物效应的MSC治疗似乎发生在患者接受最低的MSC剂量相比其他两组。

MSC治疗对血液和肾功能的影响

表2显示从血液工作成果获得0天MSC注入之前,然后在7天、30和365后注入MSC。基线值显示正常的人口意味着血红蛋白(13.2±1.2 g / dL),白细胞(6.5±2.0×10⁹细胞/ L),血小板计数(173±39×10⁹细胞/ L)。我们群9患者基线轻度到中度的慢性肾脏疾病(平均估计肾小球滤过率55.0±14.2 mL / min / 1.73米²)和轻度海拔血糖水平(132±29 mg / dL)。没有显著变化观察血红蛋白,白细胞,血小板计数;血液尿素氮;肌酐;估计肾小球滤过率;或血糖水平比较基线值时获得MSC输液后365天。

MSC治疗对气体交换的影响变量

表3显示变量来自动脉血液气体在第七天获得MSC注入之前,然后在7天,输液后30 - 365。所有患者除1对室内空气有动脉血液气体获得。一个病人从第1组使用2 L /分钟的氧气流估计通过鼻插管(FIO)₂从基线= 0.28),整个1年随访。在基线,我们组显示正常的通风能力(帕科₂= 39.1±3.7毫米汞柱)和氧化(PaO₂= 80.2±8.6毫米汞柱和圣₂= 95%±1%)。平均基线FIO₂/ PaO₂比例是大于350。氧气需求没有显著变化、通风或氧化发生在今年MSC注入后,和通风和氧化变量没有显著不同的注入一年后相对于基线值。

肺功能测试

肺功能的改变在-365天,-180和0 MSC注入之前相比变化发生在180年和365年天MSC治疗后展示在表4和图4。有显著下降(P < . 05)从天365年意味着FVC疗法相比之前的意思是FVC测量之前MSC注入(第0天)。同样,有FEV的显著下降(P < . 05)₁在-365年和-180年之前治疗FEV相比₁前注入(第0天)。年内注入后,意味着FVC和FEV₁9的病人仍不天0相比明显不同。表:4披露个人FVC和FEV的变化₁之前和之后的治疗,患者分为3组根据剂量的msc。下降FVC的逆转这个队列是通过在组1 2例,1组2和2 3组(n = 5[55.6%]),显示小增加FVC相比天0;虽然在第1组1例,2组2,和1 3组(n = 4[44.4%])继续有小减少FVC第0天相比,虽然以较小的速度比在场MSC注入之前。同样,5例(55.6%)在FEV小幅增加₁后注入MSC。整个9组患者平均下降FVC 530毫升和374毫升下降意味着FEV₁年内MSC注入之前,当他们有一个小的意思是80毫升的增量和19个毫升FVC和FEV₁分别后的一年里MSC注入建议改变的模式MSC输液后肺功能。

重要的临床事件后注入MSC

没有重大不良事件期间,后立即,或一个月后MSC在任何病人输液;这些观察已经被我们组报道在之前发布[24]。有各种各样的临床事件观察MSC灌注在30 - 365天之后,在表5。因为我们没有控制人口,不可能定义观察临床事件是否与MSC注入有关。三个患者外伤后临床事件,2发达皮肤癌患者,2例发达并发症与动脉粥样硬化有关。一个病人开发了一个集最小的症状急性排斥反应积极transbronchial活检MSC灌注后2个月。这个情节的时候,她开发二类人类白细胞抗原抗体的表达增加,总面板反应抗体的83%;1这些抗体(DQ5)是特定于肺移植供体。我们找不到供体特异性抗体的MSC捐赠者HLA抗体测试。抗胸腺细胞球蛋白组有她用脉冲治疗糖皮质激素,与临床症状的分辨率。 Human leukocyte antigen profile repeated 3 months after treatment was negative.

受伤的最好的方法将msc网站一直争论,以及msc是否需要在目标细胞直接接触或如果他们的影响是由改变组织微环境通过分泌可溶性因子,包括生长因子和细胞因子[26],或通过释放脂质微泡仍在研究[27]。静脉注射msc是产生初步的管理效果,导致肺组织细胞被困的[19]。这种效果并不是一个问题在我们的研究中,因为肺部损伤的网站;因此,静脉注射的msc将交付到目标细胞组织。我们通过静脉注入msc的确似乎被困在肺中,我们没有看到增加循环msc浸泡24小时后,也没有我们观察循环msc随着剂量的增加。我们没有机会测量支气管肺泡灌洗的生化标记样本,这可能显示肺泡细胞的存在空间,或者至少,他们的生化影响的存在。研究已经证明,msc对趋化因子,如SDF-1[28]和MCF-3 [29]。炎性细胞因子,如肿瘤坏死因子α干扰素,IL-1α,需要激活msc [16]。因此,注入细胞可以想象chemotactically吸引包设置中度阻塞性肺部发炎。

MSC的特点之一是能够抑制mitogen-induced淋巴细胞(B NK和Treg)扩散体内体外[30]和[31],尽管数据是有限的系统性的MSC在人类抗增殖效果。我们观察到不一致的影响MSC治疗水平的循环B和NK细胞,但亚群的数量增加,第七天近一倍的患者接受低剂量或中间MSC(组1和2)。

在我们的研究中,我们观察到显著减少促炎细胞因子,il - 6和引发,在组1,和耐受性的增加细胞因子il - 4,组1和2。此外,患者的血清分析组1显示表皮生长因子水平显著增加,有一个重要的角色在MSC-induced伤口愈合组织再生[33]和[32]。生物标志物的分析表明,低剂量的msc似乎更有利的生物效应。其他临床研究表明类似的观察。缺血性心力衰竭的临床研究,最大的最低剂量有关改善左心室射血分数,和这些影响没有出席高剂量[34]。32-patient临床试验治疗移植物抗宿主病的病例显示没有区别的功效和安全性在病人接受2×10⁶MSC /公斤或8×10⁶MSC /公斤[35]。MSC这些结果表明低剂量可能有效或比大剂量,和未来的研究应该定义是否更低剂量可能有效,或者可能有特定的剂量更适合不同的临床条件。

我们的第一阶段试验设计主要定义msc、管理的安全性和耐受性报道[24]。扩展观察报道,一年注入后,确认没有贫血,全血细胞减少症,高血糖、MSC治疗后肾功能恶化。临床事件我们观察到没有意想不到的老年人口,肺移植多年以后,受到慢性长期免疫抑制治疗相关的不良事件。发展的急性排斥反应和积极的供体特异性抗体肺移植供体(MSC捐赠者)1病人提高的可能性,这一事件可能与细胞疗法,和事件中定义这样的需要更大的试验。这种特殊情况下也只有1继续和FEV不断下降₁后注入MSC。

BOS从很大程度上进步的气流梗阻患者没有肺泡疾病会对努力进步的呼吸困难,但不一定在早期血氧不足。血氧不足时将最终出现BOS变得严重,完全消灭附近的航空公司在更大的地区,主要生产ventilation-to-perfusion不匹配[36]。我们的病人没有缺氧或hypercapnic MSC治疗之前,他们也没有开发任何恶化氧化或通风参数年内MSC输液。这一发现与肺功能的稳定中观察到肺功能测试。这群稳定的肺功能实现在5例,有轻度改善肺容积和流后治疗。另一个3函数继续下降,但以较小的速度比之前注入MSC。只有1继续无情的损失在肺功能,类似于功能急剧下降今年观察MSC治疗之前,尽管BOS接受标准治疗。我们的观察与报告的钱伯斯等。[22],其中8 10患者中度或重度阻塞性,迅速进步的复合显示放缓FEV的速度下降₁。病人获得更大剂量的msc相比,我们的人口(共8×10⁶MSC /公斤4分剂量的2×10⁶MSC /公斤)。我们的研究包括多样化的人口相比,钱伯斯et al。[22];我们所有的病人都BOS-2, FEV下降的速度较慢₁来源于msc的骨头和接收从一个健康的捐赠者,而5个不同的捐赠者钱伯斯et al .,审判。尽管有这些差异,两项研究表明,不管MSC剂量或高或低,这种疗法是安全,耐受性良好,出现修改肺功能下降的速度在某些患者标准治疗失败。现在一些临床研究报告安全管理患者的细胞疗法的肺病的数组,如移植物抗宿主病[37],慢性阻塞性肺疾病[38]和成人呼吸窘迫综合症[39]。据我们所知,钱伯斯研究et al。[22],和我们的研究是第一个承认transplant-related BOS有益的治疗效果。

我们的研究有一定的局限性。第一阶段试验,患者群体太小,做出明确的结论,他们根据用量进一步分为3组。生化标记的一个更健壮的协议,不仅从血液样本,但也从支气管肺泡灌洗样品,需要更好的定义的机制msc施加其影响和第一遍的程度的效果。与大量的后续试验研究的病人,包括对照组,应该给我们一个更好的理解可能和长期功能以及不良事件。详细的人类白细胞抗原筛选面板MSC捐助者和定期监测患者输注后的MSC也需要更好地理解任何临床疗效来源于供体特异性抗体的发展(如果有的话)。

是安全、可行的管理来源于msc的同种异体骨和难以温和BOS肺移植受者。静脉管理msc在这些病人可能产生有益的影响,通过功能下降的速度放缓或实际改善气流在一些病人。这些初步观察证明一个更大的、随机、双盲研究中,包括对照组、更好地定义如果的确可能会有定义MSC治疗肺癌的治疗作用与复合移植受者。

作者承认的贡献旧金山的阿尔瓦雷斯,Jorge Mallea,艾莉森Dowdell的编辑工作。

资金

这项研究是由再生医学中心的支持,梅奥诊所;豪尔赫和莱斯利·巴卡第基金;细胞治疗协定(生产援助),国家心脏、肺和血液研究所和格兰特联合疗法。研究资助机构没有参与设计,在收集、分析和解释数据,写作的结果或决定提交出版的文章。

在国际社会对心脏和肺移植第36届年会和科学会议,4月研究,2016年,华盛顿特区。

部分的手稿发表在抽象形式:凯勒CA,伊拉斯谟DB,阿尔瓦雷斯FG, et al。初步报告的影响间充质干细胞(MSC)注入在慢性同种异体移植物功能障碍患者肺功能(复合)。J心肺移植2016;(4):35 S43。

作者的贡献

凯勒博士:概念和设计,收集和/或装配的数据,数据分析和解释,稿件写作,和手稿的最终批准。

Gonwa博士:概念和设计,数据分析和解释,和手稿的最终批准。

罗素女士:收集和/或装配的数据,数据分析和解释,和手稿的最终批准。

霍奇先生:数据分析和解释,和手稿的最终批准。

伊拉斯谟博士:收集和/或装配的数据,数据分析和解释,和手稿的最终批准。

Zubair博士:概念和设计,收集和/或装配的数据,数据分析和解释,稿件写作,和手稿的最终批准。