华工团队提出利用多价抗体改造细胞，有望用于治疗炎症性肠病和急性肾损伤
间充质干细胞，是一类来源广泛的多能基质细胞群。由于拥有免疫调节、抗炎、促血管生成等特性，间充质干细胞已经成为再生医学领域广泛使用的一种治疗性细胞。
移植的间充质干细胞通过旁分泌途径改善受损组织的微环境发挥其治疗功能，在缺血性心肌损伤、肾损伤、炎症性肠病等重大疾病的治疗上显示出极高的应用价值。
静脉输注细胞因其微创、可多次给药等特点，是临床研究中常用的细胞给药方式。然而，静脉输注的间充质干细胞能归巢到受损组织的比例极低，这严重制约了它的疗效。
因此，如何提高静脉输注的间充质干细胞对于受损组织的归巢效率，成为临床研究亟需攻克的一个研究难点。
为解决这一问题，华南理工大学教授石鹏和团队提出一种利用多价抗体工程化改造细胞的方法。
图 | 石鹏（来源：石鹏）
据介绍，损伤组织部位通常伴随着炎症微环境，多价抗体修饰的间充质干细胞可以在血流条件下，高效黏附于炎症部位的血管内皮细胞层，从而大大增加归巢到受损组织的细胞比例，进而对受损组织产生更好的治疗效果。
利用多价抗体的多价相互作用增强间充质干细胞的靶向黏附能力，从而提高间充质干细胞归巢到受损组织的比例，则是课题组在此次工作中提出的新思路。
（来源：石鹏）
目前，间充质干细胞的临床研究依然火热，美国国立卫生院的临床试验网站（clinicaltrials.gov）收录的间充质干细胞临床试验数已达 1400 项，在多种重大疾病中有涉及。
对于某些适合静脉注射但是注射后细胞归巢效率比较低的疾病比如炎症性肠病、急性肾损伤等，多价抗体修饰的间充质干细胞应该都会具备一定的临床应用潜力。
（来源：Nature Communications）
另据悉，石鹏在博后期间主要从事细胞表面工程化改造的研究，曾尝试在免疫细胞表面构建多价分子，从而增强免疫细胞对靶细胞的识别。
偶然的机会他阅读到有关间充质干细胞临床瓶颈的综述论文，通过一系列的文献调研，他意识到可以通过类似的技术策略解决间充质干细胞靶向递送的问题。
而对于本次研究的实验设计来说，主要分为四部分：其一，选取针对病理靶点的抗体；其二，在间充质干细胞表面构建多价抗体；其三，工程化间充质干细胞的性能测试；其四，在动物疾病模型上评价工程化间充质干细胞的靶向黏附能力和治疗效果。
在华南理工大学任职初期，石鹏开展了本次研究。由于实验室还没搭建好，相应的仪器设备也还欠缺，他只好在搭建实验室的同时带领学生进行一些抗体筛选和优化抗体组装的实验。
在完成多价抗体的构建之后，学生开始进行细胞层面的相关实验，他们将多价抗体工程化的间充质干细胞与炎症血管内皮细胞共孵育，发现工程化细胞对靶细胞的黏附显著增加，借此初步验证了思路的可行性。
但是，间充质干细胞输注到体内后会面临复杂的血流环境，为了研究工程化干细胞在血流动力学条件之下的靶向黏附能力，他们利用微流控芯片设计了一系列的流动黏附实验。
经过几个月的摸索之后，课题组得到了令人振奋的结果，在不同的流体剪切力条件下，工程化干细胞对炎症血管内皮的靶向黏附均显著增加。这个实验结果暗示着：工程化间充质干细胞在体内的靶向粘附效应，很有可能得到相似的结果。
随后他们开始着手在动物疾病模型上进行验证，依据文献分别构建了急性耳朵炎症小鼠模型和炎症性肠病小鼠模型。
在急性耳朵炎症小鼠模型中，当把工程化间充质干细胞静脉注射到小鼠体内之后，他们发现在不同的时间点，工程化干细胞归巢到小鼠炎症耳朵的细胞数量均有所增加，进一步的定量分析显示归巢效率提高了近 7 倍。
小鼠血管的成像结果显示：通过增强对血管内皮层的粘附，多价抗体工程化干细胞增加了对于受损组织的归巢，这与他们预期的结果一致。
接着，他们在炎症性肠病小鼠模型中进行了实验，目的是观察构建多价抗体是否能提升间充质干细胞的治疗效果。实验结果也显示工程化间充质干细胞的确可以显著增强对小鼠受损结肠的归巢，对结肠炎有更好的治疗效果。
在这篇论文的同行审议中，有两位审稿人进行了评价。审稿人 1 认为所使用的工程化改造细胞方法很巧妙，并在动物实验上提供了一些很有价值的建议，比如说加入单独使用抗体进行治疗的对照组。在课题组补充这些实验之后，这位审稿人评价称手稿水平得到了很大提升。
审稿人 2 认为本次研究不仅展示出一种独特的细胞工程化改造技术，更重要的是针对利用该技术得到的工程化细胞的性能，课题组从体外到体内进行了系统性的全面化评估，这将为后续的类似研究提供很好的借鉴。
同时石鹏表示：“投稿中与审稿人交流时，既要尊重审稿人的意见也要捍卫自己的观点。而在此期间的思考与讨论，也让我们对于此次工作的优势与不足都得到了更深刻的认识。”
最终，相关论文以《多价抗体对间充质干细胞表面工程化改造可提高靶向效率》（Nongenetic surface engineering of mesenchymal stromal cells with polyvalent antibodies to enhance targeting efficiency）为题发在 Nature Communications[1],YeTenghui 是第一作者，石鹏担任通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
另据悉，间充质干细胞移植到体内之后，会面临许多困境导致治疗效果不佳。血管内皮细胞上的粘附能力不足，导致归巢效率低只是其中一方面。
此外，疾病微环境导致的移植细胞凋亡是间充质干细胞面临的另一个困境。间充质干细胞到达受损组织之后，受损组织的炎症微环境中会产生大量炎性细胞因子，这些细胞因子导致间充质干细胞尚未发挥治疗效果就已经凋亡。
因此，如何提高移植间充质干细胞在病理微环境下的存活，是他们下一步要关注的重点。
针对移植间充质干细胞归巢效率低和存活率低这两个问题，课题组将采取化学手段在细胞表面构建抗体和生物材料，构建一个双功能的工程化间充质干细胞，增强间充质干细胞在受损组织的归巢能力和存活率。
目前，相关研究正在进行中，并已经在心肌梗死大鼠模型上取得一系列乐观成果。
参考资料：
1.Ye, T., Liu, X., Zhong, X. et al. Nongenetic surface engineering of mesenchymal stromal cells with polyvalent antibodies to enhance targeting efficiency. Nat Commun 14, 5806 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41609-8