本文配圖均來源于:Chiara Pavan 等. A cloaked human stem-cell-derived neural graft capable of functional integration and immune evasion in rodent models. Cell Stem Cell, 2025, 32 (5): 710-726.e8. DOI: 10.1016/j.stem.2025.03.008
研究背景
細(xì)胞治療是當(dāng)前生物醫(yī)藥領(lǐng)域最具顛覆性的治療策略之一,其核心價(jià)值在于突破了傳統(tǒng)藥物 “對(duì)癥治療” 的局限,通過 “細(xì)胞替代、修復(fù)或增強(qiáng)機(jī)體功能” 實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的 “病因性干預(yù)”—— 不僅能攻克腫瘤、神經(jīng)退行性疾病等難治性疾病的治療瓶頸,更有望推動(dòng)醫(yī)學(xué)從 “疾病治療” 向 “組織再生、功能重建” 升級(jí),是未來精準(zhǔn)醫(yī)療與再生醫(yī)學(xué)的核心支柱。
細(xì)胞治療主要覆蓋三大核心領(lǐng)域:
1.腫瘤治療:如 CAR-T 細(xì)胞療法已獲批用于血液瘤(如淋巴瘤、白血。,解決傳統(tǒng)放化療難以根治的難題;2.神經(jīng)退行性疾。号两鹕 柎暮D〉纫蕾 “神經(jīng)元替代”,細(xì)胞治療是唯一可能逆轉(zhuǎn)病理的方向;3.組織器官修復(fù):如干細(xì)胞治療心肌梗死、糖尿病足等,通過細(xì)胞分化 / 旁分泌功能修復(fù)受損組織。
而在全球疾病負(fù)擔(dān)與醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域,神經(jīng)性疾病是一類高發(fā)病率、高致殘率、高社會(huì)成本的重大疾病,僅帕金森病全球患者超千萬,且隨人口老齡化呈快速增長趨勢(shì)。而細(xì)胞療法治療帕金森病等神經(jīng)疾病時(shí),異體細(xì)胞移植易引發(fā)免疫排斥,長期使用免疫抑制劑會(huì)帶來嚴(yán)重副作用,且存在致瘤風(fēng)險(xiǎn)。
研究流程
A cloaked human stem-cell-derived neural graft capable of functional integration and immune evasion in rodent models,開發(fā)了一種hPSC系(稱為H1-FS-8IM),首次實(shí)現(xiàn)人干細(xì)胞神經(jīng)移植物在嚙齒類模型中兼具
免疫逃逸、
功能整合與
可控安全,成為適用于帕金森細(xì)胞療法的可行產(chǎn)品。
H1-FS-8IM 細(xì)胞系的體外功能驗(yàn)證與體內(nèi)帕金森治療研究流程圖
Figure1:H1-FS-8IM隱形細(xì)胞系的構(gòu)建及神經(jīng)分化能力的驗(yàn)證
本研究模擬胎盤和癌細(xì)胞的免疫逃逸機(jī)制,分兩輪用不同轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)將 8 種免疫調(diào)節(jié)基因(PDL1、CD200、CD47、HLAG、FASLG、SERPINB9、CCL21、MFGE8)轉(zhuǎn)入 H1 人多能干細(xì)胞(hPSC):第一輪用 PiggyBac 轉(zhuǎn)座子插入 4 個(gè)基因并經(jīng)嘌呤霉素篩選;第二輪用 SleepingBeauty 轉(zhuǎn)座子插入剩余 4 個(gè)基因并帶熒光報(bào)告基因,構(gòu)建 H1FS8IM 細(xì)胞系,引入 HSVTK 自殺基因(與 CDK1 轉(zhuǎn)錄關(guān)聯(lián))。通過qPCR、免疫熒光實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證H1-FS-8IM 細(xì)胞經(jīng)基因編輯后其多能性、三胚層分化能力無顯著變化,是具備正常分化潛能的多能干細(xì)胞(圖1)。

Figure2:免疫細(xì)胞共培養(yǎng)測(cè)試H1-FS-8IM逃避免疫細(xì)胞檢測(cè)的能力
初步為了確認(rèn)H1-FS-8IM的免疫逃避能力,將H1-FS和H1-FS-8IM與免疫細(xì)胞:PBMCs、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞共培養(yǎng),細(xì)胞流式顯示:H1-FS-8IM 組的 CD45 + 細(xì)胞數(shù)量、增殖指數(shù)顯著低于 H1-FS 組,說明其能抑制白細(xì)胞的活化增殖,H1-FS-8IM 組的 CD3 + 細(xì)胞數(shù)量、增殖指數(shù)遠(yuǎn)低于 H1-FS 組,證明其可有效抑制 T 細(xì)胞的活化,H1-FS-8IM 組的促炎因子(IFN-γ、TNF-α)水平顯著降低,說明其能減少免疫炎癥反應(yīng);以及通過免疫熒光實(shí)驗(yàn)(圖2H-L)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì):神經(jīng)元(品紅)無差異,但H1-FS-8IM中CD45+巨噬細(xì)胞(綠色)較H1-FS共培養(yǎng)減少,證明H1-FS-8I在體外表現(xiàn)出能夠逃避多種參與移植物排斥的免疫細(xì)胞群的能力(圖2)。
Figure3:植入H1FS8IM 或hPSC的NSG小鼠模型
為了證明H1FS8IM能夠規(guī)避免疫檢測(cè),研究人員首先構(gòu)建了NSG 小鼠,NSG小鼠是一種重度免疫缺陷小鼠,向NSG小鼠體內(nèi)移植人CD34+造血干細(xì)胞,可重建人的免疫系統(tǒng),再向該小鼠中注射H1FS8IM 或hPSC,構(gòu)建小鼠模型。通過免疫組織化學(xué)染色顯示:H1-FS-8IM 組(Bii)與H1-FS 組(Bi)相比,hNCAM 陽性區(qū)域(人源神經(jīng)細(xì)胞黏附分子,用于特異性標(biāo)記移植的人源神經(jīng)元)持續(xù)存在,證明免疫隱形改造使移植物在體內(nèi)長期存活;通過移植物核心定量指標(biāo)顯示(圖3C-E),H1-FS-8IM 組移植物體積顯著大于 H1-FS 組,證明其存活能力更強(qiáng),H1-FS-8IM 組移植物形態(tài)規(guī)則,神經(jīng)元分布均勻,證明其體內(nèi)微環(huán)境更穩(wěn)定的;TH⁺細(xì)胞數(shù)量顯著更多,說明其定向分化功能未受免疫改造影響;且H1-FS-8IM 組的 GFAP 密度顯著更低,說明其引發(fā)的炎癥反應(yīng)更弱(圖3H);H1-FS-8IM 組的神經(jīng)元軸突投射數(shù)量更多,證明其能更好地與宿主神經(jīng)環(huán)路實(shí)現(xiàn)功能性整合(圖3I)。核心結(jié)論:H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在體內(nèi)可長期存活、高效分化為多巴胺能神經(jīng)元,同時(shí)減少炎癥反應(yīng)并實(shí)現(xiàn)功能整合,驗(yàn)證了其作為細(xì)胞治療產(chǎn)品的體內(nèi)有效性。
Figure4:HSV-TK/GCV 自殺基因系統(tǒng)的體外安全性與體內(nèi)精準(zhǔn)清除驗(yàn)證
針對(duì)免疫逃逸的主要擔(dān)憂之一就是會(huì)引發(fā)惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn),之前研究人員向 H1-FS-8IM 細(xì)胞中轉(zhuǎn)入了HSV-TK 基因,通過GCV(更昔洛韋)處理,可針對(duì)異常增殖的細(xì)胞啟動(dòng)HSV-TK 自殺基因系統(tǒng),精準(zhǔn)識(shí)別增殖細(xì)胞并誘導(dǎo)其凋亡。隨后研究人員利用GCV處理DIV13 vmDA 神經(jīng)元及DIV13 vmDA 神經(jīng)元與免疫細(xì)胞共培養(yǎng)體系,通過免疫熒光染色及細(xì)胞流式分析發(fā)現(xiàn),H1-FS-8IM細(xì)胞中激活自殺系統(tǒng)的同時(shí)對(duì)其免疫逃逸作用沒有顯著影響(圖4A-D)。以免疫缺陷裸鼠為模型,驗(yàn)證更昔洛韋(GCV)對(duì) H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物的安全管控作用:GCV 處理組的H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在顯著清楚異常增殖細(xì)胞的同時(shí),不損傷其包括移植物體積、移植物細(xì)胞密度、神經(jīng)元分化狀態(tài)及體內(nèi)微環(huán)境等正常功能(圖4E-O),為該細(xì)胞的臨床安全應(yīng)用提供了體內(nèi)證據(jù)。
Figure5:H1-FS-8IM 移植物在帕金森模型裸鼠中的長期存活與功能驗(yàn)證
最后為了評(píng)估H1-FS-8IM細(xì)胞對(duì)帕金森疾病的實(shí)際效用,研究人員通過采用 6-OHDA 誘導(dǎo)裸鼠構(gòu)建帕金森模型(損傷多巴胺能神經(jīng)元),隨后移植 H1-FS 或 H1-FS-8IM 移植物,長期追蹤其治療效果。結(jié)果顯示:在H1-FS和H1-FS-8IM衍生的神經(jīng)移植物均顯示運(yùn)動(dòng)功能改善,旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱在20周內(nèi)完全逆轉(zhuǎn)(
見圖6C),未觀察到移植物大小、HNA細(xì)胞總數(shù)或細(xì)胞密度的顯著差異(
見圖6D–6F)。同樣,神經(jīng)元計(jì)數(shù)(
圖6G–6I)在兩個(gè)移植組之間也無差異。
核心結(jié)論:H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在帕金森模型裸鼠中可長期存活、分化為多巴胺能神經(jīng)元,并與宿主腦區(qū)實(shí)現(xiàn)功能整合,最終改善模型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)功能,驗(yàn)證了其作為帕金森細(xì)胞治療產(chǎn)品的潛力。
研究意義
本文報(bào)道了一種免疫隱形功能與自殺基因系統(tǒng)的 H1-FS-8IM 多巴胺能神經(jīng)元移植物,突破了帕金森病細(xì)胞替代治療中 “免疫排斥” 與 “安全性” 兩大瓶頸,通過早期治療前藥更昔洛韋(GCV),及時(shí)激活自殺開關(guān),也可用于豐富移植物內(nèi)早期出生的多巴胺神經(jīng)元,同時(shí)防止后生非多巴胺細(xì)胞過度生長,從而使移植物組成更可預(yù)測(cè),純度更高,從而預(yù)期功能性增強(qiáng)。采用H1-FS-8IM系,不僅為帕金森病治療帶來新希望,未來,也可能適用于如中風(fēng)、癲癇和亨廷頓舞蹈病等許多其他可行的神經(jīng)疾病,為其提供新的治療思路。
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