PR ROOM

TSBIO Life Sciences will do it's best.

참고문헌 2022.03.14
[지방 줄기세포, AD-MSC 임상 논문] 슬관절염 (무릎 관절염) Stem Cell Research & Therapy, 2019

 

Treatment of knee osteoarthritis with intraarticular injection of autologous adiposederived mesenchymal progenitor cells: a prospective, randomized, double-blind, active-controlled, phase IIb clinical trial

Stem Cell Research & Therapy, 2019, https://doi.org/10.1186/s13287-019-1248-3

Liangjing Lu1† , Chengxiang Dai2† , Zhongwen Zhang3† , Hui Du1 , Suke Li2 , Ping Ye1 , Qiong Fu1 , Li Zhang2 , Xiaojing Wu2 , Yuru Dong4 , Yang Song1 , Dongbao Zhao5 , Yafei Pang5 and Chunde Bao1

 

Abstract

Around 9.6% of men and 18% of women aged over 60 years old have symptomatic osteoarthritis (OA) across the world [1]. The pathogenesis of OA is complex and not fully elucidated. Current treatments in early-stage OA include non-pharmacologic as well as pharmacologic therapy. Intra-articular injection of hyaluronic acid (HA) or platelet-rich plasma is also frequently used. However, disease-modifying therapies are still limited [2]. Disease progression to late-stage OA would eventually require joint replacement [3–5]

Mesenchymal progenitor cells (MPCs), or mesenchymal stem cells (MSCs), usually derived from umbilical cord blood, adipose tissue, or bone marrow, have been considered as potential therapeutic options for OA. By secreting a wide range of cytokines, MPCs have immunomodulatory functions that may skew the micro-environment of OA joints towards anti-inflammatory properties. Unlike direct cell engraftment and differentiation, MSCs could promote new cartilage-like cells in vitro [6], as well as boost repair and regeneration of cartilage and stimulate type II collagen production [7]. The efficacy of intra-articular injection of MSCs has been tested in several small randomized controlled studies [8], showing promising effects. Up to this point, more high-quality studies are needed to provide further evidence for autologous and allogeneic MPCs/ MSCs in the treatment of OA.

Here we conducted a randomized double-blind phase IIb clinical trial, evaluating clinical efficacy, cartilage imaging, and safety profile of intra-articular injection of AD-MSC with comparison of HA in patients with symptomatic knee OA.

 

Method

The study included patients who were between 18 and 70 years old, had a definite diagnosis of knee OA according to the American College of Rheumatology Clinical classification criteria for knee osteoarthritis and accompanied by pain in knee joint [14]

In the HA (Hyaluronic Acid) group, intra-articular injection of HA was administrated once a week, four consecutive weeks (week 0, 1, 2, and 3). The Adipose-derived MSC group was injected with 5 × 107 MSCs (around 2.5 ml) at weeks 0 and 3. Sham injection was performed at weeks 1 and 2. Patients were advised to rest for 24 h following each injection.

 

Result

A significant reduction of the WOMAC score was observed in both AD-MSC and HA groups in months 6 and 12 as compared to baselines, while the WOMAC change was similar between the two groups (P = 0.4753). Mean WOMAC score reduced from 30.83 ± 19.14 to 21.70 ± 17.87 (P = 0.0002) in the AD-MSC group and from 34.17 ± 17.16 to 27.58 ± 16.93 (P = 0.0001) in the HA group in month 6 after injection, showing an improvement rate of 31.65% and 20.23%, respectively. There was a trend of more reduction of WOMAC score in the AD-MSC group, but this difference did not reach statistical significance (P = 0.2197). In month 12, WOMAC score further reduced significantly to 21.35 ± 18.19 (28.52%, P = 0.0003) in the MSC treated group and to 27.25 ± 16.33 (20.74%, P < 0.0001) in the HA group. A slightly higher improvement rate was observed in the AD-MSC group compared to the HA group, (Fig. 2a, b).

When the participants of both groups were broken into subgroups according to the improvement rate of WOMAC score, more patients in the AD-MSC group reached 20%, 50%, and 70% of the improvement rate compared to those in the HA group 6 months after injection (15 vs. 11 in 20% subgroup, 6 vs. 2 in 50% subgroup, 3 vs. 0 in 70% subgroup), though the difference was not statistically significant. In month 12, similar numbers of patients could be seen in the 20% improvement rate subgroups for AD-MSC and HA (14 vs. 13, P = 0.6458). A significant larger number of participants could be seen in the 50% subgroup (9 vs. 1, P = 0.0038), but not in the 70% subgroup (5 vs. 1, P = 0.0742) in the AD-MSC group compared with the HA group (Fig. 2c, d). These data suggested that AD-MSC may have better long-term effects for OA patients. Both AD-MSC and HA were associated with reduction of VAS score during the follow-up. Significant reduction of VAS score could be observed in AD-MSC for both knees compared with HA in 6 months (2.85 ± 2.65 vs. 4.17 ± 2.55 with P = 0.0486 for the left knee and 3.00 ± 2.62 vs. 4.50 ± 2.71 with P = 0.0348 for right knee) and 12 months (2.83 ± 2.68 vs. 4.29 ± 2.35 with P = 0.0190 for the left knee, 2.78 ± 2.58 vs. 4.40 ± 2.43 with P = 0.0178 for right knee) (Fig. 3a, b). For SF-36 score, a significant reduction could be observed in month 6 (from 81.35 ± 17.16 to 73.04 ± 14.16, P = 0.0113) and month 12 (from 81.35 ± 17.16 to 71.96 ± 12.79, P = 0.0031) in the AD-MSC group compared with the baseline. In the HA group, significance was observed in month 12 (from 87.04 ± 16.66 to 83.13 ± 15.59, P = 0.0481) but not in month 6 (from 87.04 ± 16.66 to 83.67 ± 16.46, P = 0.0874). When comparing the AD-MSC group with the HA group, significant reduction could be seen in the AD-MSC group both at month 6 (73.04 ± 14.16 vs. 83.67 ± 16.46, P = 0.0161) and month 12 (71.96 ± 12.79 vs. 83.13 ± 15.59, P = 0.0097) (Fig. 3c). These results showed that AD-MSC could effectively improve quality of life for OA patients.

 

  Radiological outcomes

An increase in articular cartilage volume of both knees could be observed after AD-MSC therapy by MRI. Representative MRI images are shown in Fig. 4a and b. In month 6 after injection, the total volume of articular cartilage increased by 17.25 ± 394.23 mm3 (P = 0.8431) compared with the baseline for the left knee and 77.81 ± 155.37 mm3 (P = 0.0327) for the right knee. In month 12, a significant increase was found for the left knee [193.36 ± 282.80 mm3 (P = 0.0042)] and for the right knee [108.70 ± 220.13 mm3 (P = 0.0307)]. For the HA group, no significant increase but a decrease tendency was observed in the volume of cartilage during a 12-month follow-up, with a change of cartilage volume by -54.00 ± 227.21 mm3 (P = 0.2666) for the left knee and -10.15 ± 201.59 mm3 (P = 0.8115) for the right knee in month 6, and by - 101.88 ± 224.30 mm3 (P = 0.0362) for the left knee and - 23.47 ± 291.37 mm3 (P = 0.6967) for the right knee in month 12 (Fig. 4c, d).


>>국문 번역<<


국문 제목

Treatment of knee osteoarthritis with intraarticular injection of autologous adiposederived mesenchymal progenitor cells: a prospective, randomized, double-blind, active-controlled, phase IIb clinical trial

자가 지방 유래 중간엽 줄기세포의 무릎 관절강내 투여에 따른 슬관절염 치료; 무작위 이중 맹검 임상 2b상 실험

 

초록

전 세계 60세 이상의 남성의 9.6%, 여성의 18%가 슬관절염으로 고통 받고 있다. 슬관절염의 발병 원인은 아주 복잡해 이에 대한 추가 연구가 진행 중이다. 발병 초기의 슬관절염 치료를 위해 다양한 약리학적, 비 약리학적 치료법이 이용되며, 히알루론산 또는 PRP 투여가 이루어지기도 한다. 하지만, 이를 통한 병의 근본 원인 해결은 불가능하며, 병의 진행이 심해진 이후에는 인공 관절 이식이 유일한 치료 방법으로 알려져 있다.

한편, 제대혈, 지방, 골수 등에서 채취가 가능한 중간엽 줄기세포는 슬관절염 치료에 새로운 치료방법으로 주목 받고 있다. 줄기세포가 분비하는 많은 종류의 Cytokine 은 염증반응 조절 능력을 가져 슬관절염 환자의 괄절 내 미세 환경 (Microenvironment) 을 정상화시킵니다. , 중간엽 줄기세포는 관절 내 새로운 연골 세포의 합성을 촉진해 손상 연골을 대체하고, 2 Collagen (Type II Collagen) 의 합성을 자극하는 것으로 알려져 있다. 현재까지, 중간엽 줄기세포의 관절강 내 주사의 임상적 효용성에 대한 연구 결과가 여럿 발표되었고, 이를 바탕으로 한 본격적인 자가 중간엽 줄기세포의 슬관절염 치료 효과에 대한 연구가 진행될 전망이다.

본 연구진은 통증을 동반하는 슬관절염 환자를 대상으로 한 자가 지방 유래 중간엽 줄기세포의 관절강 내 투여에 대한 치료 효과를 검증하기 위한 임상 2b상 시험을 진행하였다.

 

실험 방법

본 연구는 슬관절염 진단을 받은 18 70세 환자를 대상으로 진행하였다..

48명의 참여 환자 중, 25명을 대조군 ( 4주 동안 주 1회 히알루론산(HA) 투여), 23명을 줄기세포 투여군 (5 × 107 개의 지방 유래 중간엽 줄기세포를 관찰 첫 주, 마지막 주에 각각 투여)으로 구분하였다.

 

결과

히알루론산과 지방 줄기세포를 투여한 뒤, 6개월 단위로 슬관절염 기능 종합 평가 지수, WOMAC 를 측정하였다. 투여 6개월 뒤, 두 경우 모두 투여 전 보다 평균 WOMAC 수치의 감소를 보였지만, 지방 줄기세포에서 더 빠른 감소세를 보였다. (지방 줄기세포 투여군 30.83 ± 19.14 à 21.70 ± 17.87, 감소율 31.65%  / 히알루론산 투여군 34.17 ± 17.16 à 27.58 ± 16.93) 두 집단간 감소세의 차이는 투여 1년 뒤 더욱 분명하게 나타났다. (지방 줄기세포 투여군 34.17 ± 17.16 à 21.35 ± 18.19, / 히알루론산 투여군 34.17 ± 17.16 à 27.25 ± 16.33)

각각의 환자 별로 WOMAC 점수 개선 정도를 구분했을 때, 투여 6개월 뒤, WOMAC 점수가 20%,  개선된 환자의 수는 줄기세포 투여군과 히알루론산 투여군에서 각각 15 / 11, 50% 개선된 환자의 수는 6 / 2, 70% 개선된 환자의 수는 3 / 0명 이었다. 이어서, 투여 12개월 뒤, 동일한 방법으로 각각의 환자를 구분했을 때, 20% 개선 환자의 수는 14 / 13, 50% 개선 환자의 수는 9 / 1, 70% 개선 환자의 수는 5 / 1명 이었다. 이를 통해 줄기세포 투여 환자에게서 치료 효과가 더욱 오래 유지됨을 알 수 있었다.

한편, 0 (전혀 통증 없음) 10 (극심한 통증) 단계로 통증의 정도를 구분하는 지표인 VAS 는 지방줄기세포 투여군에서 더 낮은 것으로 나타났다. 투여 6개월 뒤 좌측 무릎의 VAS 평균은 줄기세포 투여군 - 2.85 ± 2.65 / 히알루론산 투여군 - 4.17 ± 2.55 였고, 우측 무릎의 VAS 평균은 각각 3.00 ± 2.62 / 4.50 ± 2.71 였다. 투여 12개월 뒤 좌측 무릎의 VAS 평균은 줄기세포 투여군 2.83 ± 2.68  / 히알루론산 투여군 4.29 ± 2.35 였고, 우측 무릎의 경우 줄기세포 투여군 2.78 ± 2.58 / 히알루론산 투여군 4.40 ± 2.43 였다.

, 환자의 종합적 건강 상테를 100점 만점으로 묻는 설문인 SF-36 의 경우, 지방 줄기세포 투여군에서 투여 6개월 뒤부터 수치의 유의미한 개선이 확인되었다. (81.35 ± 17.16 à 6개월 뒤, 73.04 ± 14.16, à 12개월 뒤, 71.96 ± 12.79) 반면, 히알루론산 투여군의 경우, 투여 12개월이 지난 이후부터 유의미한 개선을 보였다. (87.04 ± 16.66 à 투여 6개월 뒤, 83.67 ± 16.46 à 투여 12개월 뒤, 83.13 ± 15.59)

 

  방사선 검사

MRI 검사 결과, 줄기세포 투여 6개월 뒤, 죄측 무릎의 연골 두께는 투여 전과 비교해 17.25 ± 394.23 mm3 만큼 증가하였고, 우측 무릎의 경우 77.81 ± 155.37 mm3 만큼 증가하였다. 12개월 뒤, 죄측 무릎은 77.81 ± 155.37 mm3, 우측 무릎은 193.36 ± 282.80 mm3 만큼 증가하였다. 한편, 히알루론산 투여 6개월 뒤, 좌측 무릎의 연골 두께는 투여 전과 비교해 54.00 ± 227.21 mm3 만큼 감소하였고, 10.15 ± 201.59 mm3 만큼 감소하였다. 12개월 뒤, 죄측 무릎은 101.88 ± 224.30 mm3 만큼 감소하였고, 우측 무릎은 23.47 ± 291.37 mm3 만큼 감소하였다.