眼睛是心灵的窗户，而眼部疾病则为这扇窗户蒙上一层阴影。在所有的眼部疾病中，角膜病应当是大家最为耳熟的词汇之一。角膜病被列为全球第4大致盲疾病，全球约有2000多万因角膜病致盲患者，其中我国约有400万患者，且发病数据在逐年增加。
在角膜的解剖结构中，角膜上皮干细胞（LESC）的存在保证了角膜上皮的快速稳定更新，而一旦这些细胞缺乏时，就会导致角膜缘干细胞缺乏症（LSCD）。LSCD的常见症状包括持续性的角膜上皮缺损、炎症和角膜疤痕，严重者可造成视力障碍甚至失明，极大影响了患者的生活质量。而传统的眼角膜移植疗法无法治疗LSCD，新开发的自体或异体角膜缘移植物替代疗法则具有较高的免疫排斥风险和诱发供体眼发生LSCD的风险。
为了解决上述问题，研究人员开发了体外扩增培养LSC后再进行移植的CLET疗法并取得了一定的长期疗效。但是由于其在生产过程中使用了鼠源的饲养层细胞和胎牛血清，容易产生额外的生物安全问题，因此在美国并不符合现行的cGMP，从而限制了其使用范围。
针对CLET疗法中存在的生物安全问题，来自美国哈佛大学医学院丹娜法伯癌症研究院的研究人员在国际著名期刊Science Advances发表了题为《Cultivated autologous limbal epithelial cell (CALEC) transplantation: Development of manufacturing process and clinical evaluation of feasibility and safety》的研究性论文。
图1 论文标题
在这项研究中，研究人员开发了新的方法在体外通过人羊膜来培养自体角膜上皮细胞（CALEC），避免了使用抗生素和小鼠饲养层细胞，并在5名患者上进行了一期临床试验，测试了其良好的治疗效果。
图2 角膜缘上皮细胞的体外培养和典型表征。
首先，研究人员采集了角膜缘样品用于制备单细胞悬液，将其铺于6孔板汇中后经过9.1±2.5天的培养形成P0单层细胞，随后收集细胞将至接种到去上皮化的AmnioGraft上，经过6.7±1.4天培养后转移至羊膜上进行培养形成P1细胞。培养过程中通过乳酸脱氢酶(LDH)检测和显微镜来确定P1细胞的数量和形态。
同时，在P0细胞的培养过程中， 研究人员还使用流式细胞术检测了P0细胞高表达（约95%）上皮标志物CD49F 和 CD340，低表达白细胞/内皮标志物CD45/CD31以及间充质干细胞标记物CD13，这些标志物表明P0细胞具有上皮细胞表型。进一步地，研究人员还使用集落形成效率(CFE) 评估了LSC的干性。并通过检测胞内iATP发现LSC的增殖存在剂量依赖性。最后，研究人员通过加入Edu染料和LIVE/DEAD法来检测了P1细胞的增殖能力和活力，结果表明P1细胞具较高的活力和增殖能力（分别为83.0±1.0%和25.0±2.0%）。
图3 CALEC 细胞中干细胞标志物的表达情况。
进一步地，研究人员又使用免疫荧光对p63、p63α、C/EBPδ和Krt12等标志物进行了检测，结果表明在P0至P1等不同阶段都可以检测到干性标志物的表达。定量分析显示出p63的亮阳性率为5.5±1.9%，p63α的亮阳性率为5.4±1.1%，C/EBPδ的亮阳性率为1.2±0.4，Krt12的亮阳性率为2.3±1.0。
图4 优化储存条件示意图
为了保证一期临床移植手术的顺利实施，研究人员进一步探究了从实验室到手术室的最佳储存运输条件。通过比较不同条件下的LDH水平和细胞死亡率，最终确定最佳储存运输条件为将细胞保存于HypoThermosol FRS介质中并放置于EVO 设备，温度设置为2° 至 8°C，运输过程中使用GPS 进行温度和倾斜监控。
图5 CALEC 一期临床移植方案
在完成了前期临床前开发过程后，研究人员在5名患者身上进行了 1 期临床试验，以检测 CALEC 移植物用于单侧 LSCD 的安全性和可行性和初步疗效（IND #16102；NCT02592330）。在1期临床测试中，供体眼睛均痊愈，没有并发症，视力在 4 周内恢复到基线水平，并未发生重大安全事件。
图6 患者接受 CALEC 移植物的特征和生物标志物分析。
在1期临床试验中，研究人员统计的CALEC 移植物总培养时间为 13.0 至 22.0 天。P0 培养物的平均存活率为 78.7 ± 4.2%。流式细胞术结果表明了P0期细胞培养结束时均表达上皮细胞表型。但是，在5名患者中，有2名患者治疗失败，其余3名患者的CALEC 移植物免疫荧光分析显示Krt12、p63、p63α和C/EBPδ的平均阳性率分别为2.9%、2.8%、4.3%和2.7%。
总的来说，使用自体和同种异体角膜缘上皮细胞来治疗 LSCD 的技术早在几十年前就已经有所报道，但是之前的技术都不符合美国的cGMP标准，因此本项研究就在原有基础上创新性地开发了无异生素、无血清和无抗生素的培养方法并体外制备了CALEC。同时， 1期临床试验5名患者中的4名在接种12个月后获得了稳定的眼表面功能，表明了该方法的有效性。未来，研究人员将在前述研究基础上进行更加严格和长时间的疗效和安全性评估，这项研究的成功也将极大推动干细胞疗法的发展。
参考文献：
1. Ula V. Jurkunas et al. ,Cultivated autologous limbal epithelial cell (CALEC) transplantation: Development of manufacturing process and clinical evaluation of feasibility and safety.Sci. Adv.9,eadg 6470(2023). DOI:10.1126/sciadv.adg6470
