Matične stanice i njihovi egzosomi: revolucionarni pristupi liječenju bolesti povezanih sa starenjem

Znanstvenici iz organizacije Tohoku Medical Megabank na Sveučilištu Tohoku (Japan) pripremili su do sada najopsežniji pregled upotrebe mezenhimalnih matičnih stanica (MSC) i njihovih egzosoma (MSC-Exos) za ispravljanje fizioloških poremećaja povezanih sa starenjem i liječenje bolesti povezanih sa starenjem. Rad je objavljen u časopisu Stem Cell Research & Therapy i obuhvaća podatke iz više od 150 publikacija tijekom proteklih pet godina.

Zašto MSC-ovi i njihovi egzosomi

Mezenhimalne matične stanice dobivene iz masnog tkiva, koštane srži, krvi pupkovine ili posteljice sposobne su:

• Diferenciraju se u različita tkiva (kost, masno tkivo, hrskavica).
• Luče širok raspon trofičkih faktora (VEGF, HGF, IGF-1) koji reguliraju proliferaciju, angiogenezu i imunološki odgovor.
• Migriraju u oštećena područja putem kemotaksije SDF-1/CXCR4.

Njihovi egzosomi (30–150 nm) nose proteine, lipide i mikroRNA, replicirajući ključne učinke MSC-a bez rizika od tumorogeneze, tromboze ili imunoloških komplikacija.

Glavna područja primjene

1. Prijevremeno zatajenje jajnika (POF)

• Predklinički modeli: miševi i štakori s POF-om induciranim kemoterapijom ili zračenjem.
• MSC mehanizmi:
  • Stimulacija proliferacije granulosa stanica putem PI3K/AKT i Wnt/β-katenin puta.
  • Smanjenje apoptoze oocita supresijom PTEN/FOXO3a.
• Rezultati: obnova razine estrogena, smanjenje folikularne atrofije i normalizacija menstrualnog ciklusa u modelima.
• Egzosomi: dostavljaju miR-21, miR-146a i miR-29, koji potiskuju proupalne signale (TGF-β1/Smad3) i štite folikularnu stanicu.

2. Alzheimerova bolest (AB)

• Modeli: transgenični miševi APPSwe/PS1dE9 i injekcije β-amiloida.

• MSC akcija:

  • Izlučivanje neurotrofina (BDNF, GDNF) i aktivacija PI3K/AKT puta, koji štite neurone od apoptoze.

  • Povećana aktivnost mikroglije M2-fenotipa, ubrzavajući fagocitozu β-amiloida.

• Egzosomi:

  • Dostavlja prekursore mitohondrija i let-7, povećavajući neuronski energetski metabolizam.

  • Smanjite τ-fosforilaciju putem SIRT1/AMPK modulacije.

• Učinak: poboljšano pamćenje i učenje u labirintu te smanjenje naslaga β-amiloida za 40–60%.

3. Ateroskleroza

• Preklinički: ApoE–/– i LDLR–/– miševi na prehrani s visokim udjelom masti.
• MSC i egzosomi:
  • Smanjuje ekspresiju VCAM-1, ICAM-1 i MCP-1 putem supresije NF-κB.
  • Stimuliraju angiogenezu u ishemijskom udu zbog VEGF-a i Ang-1.
• Rezultat: smanjenje volumena aterosklerotskih plakova za 30%, poboljšanje protoka krvi i smanjenje sistemske upale.

4. Osteoporoza

• Modeli: štakori s ovarijektomijom i stariji miševi.
• MSC: aktiviraju Runx2, OPG/RANKL i Wnt signalizaciju kako bi se poboljšalo stvaranje koštane matrice.
• Egzosomi: obogaćeni miR-196a, miR-21, miR-29b, povećavaju proliferaciju osteoblasta i smanjuju aktivnost osteoklasta.
• Rezultati: povećanje koštane mase i čvrstoće za 25–35% u usporedbi s kontrolnom skupinom.

Prednosti i izazovi

Prednosti egzosoma

• Nema rizika od teratoma i imunološkog odbacivanja.
• Jednostavna standardizacija uzgoja i skladištenja.
• Sposobnost prelaska krvno-moždane barijere.

Ključni zadaci

1. Ciljanje: modifikacija površine egzosoma ligandnim peptidima (RGD motiv) ili antitijelima za dostavu u specifična tkiva.
2. Farmakokinetika: proučavanje vremena cirkulacije i distribucije po organima korištenjem in vivo metoda (MRI, fluorescencija).
3. Skaliranje: Razvoj GMP protokola za proizvodnju egzosoma s dosljednom kvalitetom i potentnošću.
4. Sigurnost: Dugoročne toksikološke studije na velikim životinjama za procjenu akumulacije i učinaka akumuliranog materijala.

Izgledi za klinički prijevod

Autori predviđaju da će klinička ispitivanja MSC-Exosa za poremećaje povezane sa starenjem započeti u sljedećih 3-5 godina:

• POF: rana ispitivanja faze I/II za procjenu obnove plodnosti kod žena s POF-om induciranim kemoterapijom.
• AD: Studija faze II o kognitivnoj funkciji u bolesnika u ranoj fazi.
• Osteoporoza i ishemija udova: procjena čvrstoće kostiju i zacjeljivanja ulkusa.

U raspravi, autori ističu nekoliko ključnih točaka:

• Prednosti egzosoma u odnosu na stanice:
  „Egzosomi MSC-a kombiniraju terapijski potencijal samih MSC-a s poboljšanom sigurnošću i standardizacijom“, napominje dr. Katsuki Yamanaka. „Oni se ne dijele niti stvaraju tumore, što ih čini predvidljivijima u kliničkoj primjeni.“

• Potreba za ciljanjem i predkondicioniranjem:
  „Kako bismo maksimizirali učinkovitost i smanjili nuspojave, moramo prilagoditi površine egzosoma specifičnim tkivima i prethodno zagrijati MSC-ove pod blagim stresnim uvjetima kako bi egzosomi nosili pojačane zaštitne signale“, kaže koautor prof. Hiroto Nakamura.

• Potencijal u kombiniranim pristupima:
  „Kombiniranje MSC egzosoma s lijekovima malih molekula ili protokolima penetrirajuće tjelovježbe može pružiti sinergijski učinak kod bolesti povezanih sa starenjem“, dodaje dr. Ayako Sato.

• Perspektiva kliničke translacije:
  „Na pragu smo pokretanja prvih ispitivanja faze I egzosoma kod preranog zatajenja jajnika i osteoporoze“, najavljuje glavni autor dr. Takeshi Iwakura.

Ovi komentari ističu da unatoč ohrabrujućim predkliničkim rezultatima, uspjeh kliničke primjene MSC-egzosoma ovisi o rješavanju izazova ciljane isporuke, standardizaciji proizvodnje i potvrđivanju sigurnosti u velikim ispitivanjima.

Prema autorima, multidisciplinarna suradnja između staničnih biologa, bioinženjera i kliničara omogućit će brzo i sigurno uvođenje MSC egzosoma u terapijske protokole za borbu protiv učinaka starenja.