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专访 | 华人科学家程柯教授:2018年,希望干细胞治疗多出新突破

2018/01/18 来源:生物探索
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导读
程柯现任美国北卡州立-北卡教堂山大学生物医学工程系的终身教授,北卡州立大学生物治疗实验室主任、比较医学研究所副所长,长期致力于干细胞及其衍生物、生物材料在疾病治疗中的转化医学研究。近年来,程柯团队在Nature子刊、ACS Nano、Circulation Research等期刊发表多篇学术论文成果,在干细胞医疗领域的几个主要技术难题方面有所突破。近日,生物探索采访到了程柯教授,邀请其评述现今干细胞应用的主要问题、最新进展、以及未来的前景。


一直以来,以干细胞为核心的再生医学、转化医学是很多疾病的新希望。得益于其自我复制、多向分化的潜能,干细胞被医学界誉为“万用细胞”。但是如何将这些不同于普通分子药物的活体细胞走向临床,真正造福于更多的患者?这是很多科研工作者努力的方向。

远在大洋彼岸的程柯教授就是其中一员,他和团队专注于利用干细胞及其衍生物治疗心血管和肺部疾病。就在上周(1月10日),课题组在《Nature Biomedical Engineering》期刊在线发表了一篇题为“Targeted repair of heart injury by stem cells fused with platelet nanovesicles”的研究,揭示了一种促进干细胞靶向修复受损心脏的新策略。

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最新研究,“靶向”受损心肌

心肌梗死会引起心脏的大面积损伤,逐步发展为心力衰竭。干细胞是促进梗死心脏心肌再生的有效方法,但是缺乏治疗靶向性。早在2014年,程柯团队将针对心梗标志物的抗体,黏附于干细胞表面使其靶向受损心肌。虽然干细胞的心肌存留率和治疗效果得到提升,但是抗体靶向面临成本高、炎症风险大、窗口期短等局限。所以,他们将目标转向机体内可靶向损伤血管内皮的血小板。

考虑到活性血小板大量聚集会引发心梗,所以我们仅仅利用血小板膜上的粘附分子(而非血小板本身)修饰干细胞。” 采访中,程柯教授解释道,“这一研究的核心在于将血小板感知损伤的能力赋予给干细胞,增强其靶向性,从而提高干细胞的修复效果。”

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逐一应对,干细胞治疗3大技术挑战

心血管疾病是全球头号死因,每年因为这一疾病而死亡的人数远超过其他疾病,然而治疗手段却相对有限。干细胞是心脏、血管损伤修复的热门材料,但是单纯的干细胞治疗面临着很多挑战。采访中,程柯教授结合近几年课题组研究成果,详细梳理了该领域面临的主要技术问题以及相应的解决策略:


据悉,程柯团队即将在《Stem Cells Translational Medicine》期刊发表一篇综述,解析目前干细胞治疗心血管疾病领域面临的挑战以及解决方案。

挑战一:细胞注射后在心脏内的存留率/植入率低

“注射24小时后,患者体内干细胞的存留率低于5%。”为解决这一问题,程柯团队采用生物材料(水凝胶)包裹干细胞, 提升后者在心脏组织中的存留。通过近3年的努力,程柯教授与合作的国际团队开发了一种廉价型合成水凝胶封装心脏干细胞,为干细胞提供良好的生长环境,在不影响干细胞生长因子释放的前提下,大大提升了细胞的存留率。这一研究成果于2017年发表在《ACS Nano》期刊。

挑战二:经血管注射后,缺乏对病灶器官的靶向性

“利用血小板,解决的就是靶向性问题。”程柯解释道。除了血小板之外,他和团队还从物理(磁力介导)、生物(抗体标志)等多个途径入手,为干细胞“安装导航”,使其靶向心脏受损区域。这些研究成果发表在《Nature Communications》和《Biomaterials》等期刊。

挑战三:致瘤/宿主的免疫排斥反应

“干细胞属于活性药物,在机体内存在很多不确定性,有致瘤的可能。如果应用的是非自身干细胞,还面临免疫排斥的风险。”另外,干细胞在保存、运输方面远远复杂于普通的药物。针对这些问题,程柯教授希望找到干细胞修复组织的关键性因子,利用它们人工合成干细胞,克服天然干细胞的局限性。这些研究成果发表在《Nature Communications》和《Circulation Research》(封面)等期刊。


程柯课题组成员合照

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把握“源头”,跨越临床转化难关

干细胞在疾病治疗、再生修复领域的潜能有目共睹,但是因为“机理不清晰,质控难度大”,在临床应用、产业转化方面进度缓慢。程柯认为,干细胞临床转化面临多种困局,包括公众对干细胞认识匮乏、干细胞非法治疗乱象丛生等。不过,好在近两年一些利好政策的出台,将有助于干细胞治疗产业在中国有序、规范地发展。

截至目前,全球共批准8个干细胞药物,中国并未在其列。当谈及这一差距时,程柯认为,这背后意味着机遇和无限的可能。如何抓住契机、赶超前沿?答案在“源头”——科研工作者在提出临床申请前,必须在基础研究和临床前(动物)研究层面做足功课,对自己所研发的干细胞产品有一个全面而深入的了解。

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“干一行、爱一行”,扎根干细胞领域

干细胞近十年发展迅猛,以其为核心的再生医学有望成为继药物治疗、手术治疗之后的第三代医疗手段。回忆自己与干细胞结缘的历程,程柯教授笑言:“并没有特别的故事,只是很自然的‘干一行、爱一行’。

正是这一简单的初心,从博士毕业后,程柯教授就一直围绕干细胞转化和临床应用进行相关研究,也曾负责过干细胞临床实验中IND(新药临床试验申请)的撰写工作。

数十年的“摸爬滚打”让程柯教授体会到,无论是科研人员,还是政府官员,在这一领域大家都是 “摸着石头过河”。“FDA需要从专家学者那里得到最新的知识,同时又要反过来监管他们的临床申请。这之间其实是一种合作关系。”程柯教授觉得这一体会让他印象深刻。

此外,一篇新研究的发表意味着一种医疗手段的新选择,虽然距离真正的临床应用还很远,但是很多患者会主动与文章作者联系,询问临床试验进展。这种对疾病的无奈、对生命的渴望让程柯教授备受感触,“这是对科研工作者的一种鞭策!”他如此认为。

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展望2018,希望与期待并进

干细胞研究与人类健康关系密切,这一方向几乎牵扯所有生命科学和生物医学领域。程柯教授在平日的研究中,常常从癌症治疗、生物材料等周边领域获取“灵感”。他相信,多学科交叉是产生新点子的温床,并希望青年学者不要局限于自己的方向,要多开阔视野,从中获得启发。

采访最后,探索君让程柯教授展望下对“2018年新的规划和期待”,他的回答简单而精炼:“首先,希望团队开发出更多提升干细胞治疗效率的新工具,为领域提供新的思路。其次,期待能在干细胞、外泌体治疗心肺疾病的临床应用方面取得新的突破。我们有几个IND和pre-IND正处于准备提交的阶段,希望今年能得到FDA的批复。”