細胞治療於退化性關節炎的臨床運用

        對於許多銀髮族來說，老化退化的關節，大大影響他們的日常活動與生活品質，上一篇文章談及目前健保醫療體系涵蓋及台灣較常見的退化性關節炎治療方法，也請讀者自行判定哪些是因應退化性關節所導致的「痛症」與「發炎症」所提出的對症下藥方案以避免病情惡化，哪些是針對病症原因軟骨磨損提出的治癒方案，今天，要談的是促使組織再生再造的再生醫學。近來，再生醫學提倡受損組織再造再生的觀念，衝擊原本的治症醫學，當然也同時面臨到安全與因應而生的法規問題。再生醫學在國內外的應用情況大不同：台灣的醫師優秀，技術先進，成為各國相繼取經的學習墊堂；但台灣的醫療觀念普遍保守，民眾對於新的醫療接受度偏低、認識一知半解。這篇文章希望能清楚地為讀者初步介紹再生醫學中細胞治療應用於退化性關節炎這塊領域的發展現況，以及安全考量。寫這篇文章的目的，是想讓讀者了解有許多先導的臨床研究與醫療在各國及台灣進行，致力於讓受傷組織能恢復到原有功能的方法，並為患者帶來更多甚至是更好的選擇。
     
        再生醫學，主要以組織工程和細胞治療為主；細胞治療是一種使用自體或異體的細胞注射到人體中，以期能達到組織修復甚至是再生的概念。
        細胞來源可以是患者本身即所謂的自體來源（autologous，例如衍生自血液、骨髓、肝臟、脂肪組織等之幹細胞），或來自其他捐贈者（allogenic，即同種異體來源，目前臍帶血儲存之臨床應用幾乎都是用於異體治療，鮮少是自體），甚至是其他物種（即異種來源xenogenic）。而以細胞種類來區分，則包含免疫細胞療法（血液單核細胞活化成的自然殺手細胞 natural killer cells）、由關節軟骨分離及增殖用以修復關節的軟骨細胞（chondrocytes）、或是為了減少異體排斥性而以某些高分子包覆之蘭氏小島細胞（encapsulated islets）等。
     

為什麼台灣很少聽到細胞治療

了解細胞治療的風險

        在談到細胞治療之前，一定要先了解其風險性與原因。任何治療方法，包含關節鏡手術、甚至是吃藥都有其風險性或副作用存在；而細胞治療之所以在台灣受到嚴格的法規限制也是因為其風險性高，然而細胞治療具有哪些風險呢？

         綜觀目前的細胞臨床應用考量，總結一下細胞治療可能產生的風險或副作用可大致歸於以下幾項：

(1)免疫排斥反應：排斥反應發生主要來自於異體細胞（細胞或組織的來源非自己的），最常發生的狀況是注入的異體細胞容易被自身的免疫系統視為外來物，進而消滅，輕則降低療效，重則發生嚴重排斥反應，甚至死亡。不久前，才有一位40歲台灣女性病患因罹患造血疾病，接受配對成功的親妹妹之骨髓幹細胞移植，而後卻引發了嚴重排斥反應，受到免疫細胞的攻擊，再加上可能延誤就醫，導致行動不便，外貌則看起來像是70歲，身體內臟組織受損。

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    2010/11 不明原因昏倒就醫，轉到醫院檢查
    2011/02 醫院診斷出再生不良性貧血
    2011/11 住院治療骨髓配對與妹妹符合
    2012/07 進行異體造血幹細胞輸注手術
    2012/10 醫師告知未成功要再做一次，因身體不適未做，持續看門診藥物控制
    2013/08 排斥嚴重，身體狀況惡化，皮膚老化剝落、指甲龜裂、走路顫抖

資料來源：陳姓美容師、治療醫院提供

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        要解決排斥免疫反應，可使用自體的細胞。但以這位患者而言，因其罹患的是造血的疾病，不大可能再使用自體的骨髓造血幹細胞去治療。就排斥反應而言，造血幹細胞的異體移植其可能產生之排斥性會大於間質幹細胞的移植，因此國外也有許多臨床研究會使用具有降低發炎與免疫反應之間質幹細胞合併骨髓造血幹細胞移植或器官移植。

(2)病源菌傳染：異體細胞治療的捐贈者若原本就是B/C肝病毒、梅毒、AIDS病毒的帶原者就有可能將其病源菌傳染給受贈者，因此在使用異體細胞治療使用之前，捐贈者一定要經過嚴格健康檢查，以防病源菌的傳染。

(3)細胞汙染：細胞從人體取出後，就有可能受到外面的細菌汙染。然而，汙染之大量發生常常在細胞培養擴增或誘導分化的階段，因細胞培養所需的溫度及培養液，恰好也是細菌孳生的溫床。細胞治療需要足夠的細胞數量才可能達到療效，但一般來說細胞來源若為自體本身就很難達到足夠的注射劑量，因此大部分的細胞治療都會進行擴增培養，目前也只有極少數的臨床實驗無進行細胞培養擴增。細胞汙染可能會引發的敗血症等症狀，嚴重同樣會有可能死亡。

(4)細胞癌化風險：細胞進行培養擴增或分化誘導時，細胞每複製從一個變兩個或是分化都有可能導致的細胞轉變成癌細胞。

         面對這些風險，法規審查自然必須依照細胞的來源、種類及特性不同，而有不同程度的考量。細胞治療的細胞處理過程越是繁複，對於細胞品質管控的法規要求也相對增加。例如，異體來源之細胞產品，比起自體細胞產品，就需要多考慮捐贈者與受贈者的合適性；自體細胞，若於分離純化後直接使用，病人個體及病程的差異，就有可能導致細胞治療效果不容易有一致性；自體細胞若需經過體外培養或分化，製造程序及管控就比較複雜，也比較容易被污染與導致細胞癌化；細胞若被冷凍保存，就必須注意冷凍前和解凍後的細胞活性。

細胞治療應用於退化性關節炎

        細胞治療應用於退化性關節炎，主要的細胞種類為：

1. 自體軟骨細胞應用於關節治療
2. 間質幹細胞應用於關節治療

軟骨細胞治療退化性關節炎 

自體軟骨細胞植入(autologous chondrocytes implantation;ACI)

        軟骨細胞存在於關節軟骨中，主要負責合成新生軟骨；隨著年齡和關節使用次數增加，軟骨細胞和我們的身體一樣會老化而慢慢地在不知不覺中散失其功能；軟骨細胞應用於退化性關節炎的主要目的就是彌補這些失去功能的軟骨細胞。作法是將自身(或異體)別處的軟骨細胞填補於缺陷受損的軟骨處。一般來說，此治療方式涵蓋關節手術與細胞培養兩項醫療技術，主要的程序為從無負重的軟骨處取出一小片軟骨碎片，經由酵素分離出軟骨細胞並培養擴增，最後在局部注射或經由手術跟基質一起植回軟骨受損處。

        美國 FDA 曾於 1997 年核准第一個細胞產品：自體軟骨細胞（autologous cultured chondrocytes，以下簡稱ACI）。第一代ACI是使用自體軟骨細胞與骨膜一同植入關節受損處。動物實驗研究顯示，患有軟骨缺陷的兔子其受損的區域有82%的軟骨新生。文獻參考：Mobasheri A. Role of chrondrocyte death and hypercellularity in ageing human articular cartilage and the pathogenesis of Osteoarthritis. Med Hypothesis 2002；58(3)；193-7

        因當時動物實驗具有成效，而後陸續發展第二代的ACI（使用自體軟骨細胞與膠原蛋白一同植入關節受損處）、第三代的ACI（使用自體軟骨細胞與人體可吸收的基質一同殖入關節受損處）與第四代的ACI（使用可誘導分化的生長因子誘導分化自體軟骨細胞一同植入關節受損處）。目前歐美地區則有數千件細胞治療人體試驗正在進行。

        

         國內細胞研究發展主要因受到法規的限制主要是以教學醫院為主，台大骨科團隊與工研院合作研發出「關節軟骨再生修補技術」，藉由特殊兩相式軟硬骨再生基材，只需一次手術，就能利用患者自體軟骨組織，來修復關節軟骨損傷。一般來說，ACI的缺失為在第一次手術取出軟骨時因軟骨細胞來原本身就很少，通常需要經過培養到一定的數目，在歷經第二次手術回殖細胞，因此只需要一次手術的這項專利技術，具有很大的優勢，目前已被美國公司買下並在台灣進行臨床試驗

        這項技術先擷取病人與病灶所在同一關節內的少量健康軟骨，先以特製組織切碎機進行絞碎，再以酵素分解這些軟骨微碎片，這些軟骨細胞會被置入兩相式軟硬骨再生基材內，細胞會形成再生軟骨填補基材內的孔洞。

        修補時，用微創手術將關節軟骨損傷處，鑽成與這基材相同形狀與大小的坑洞，再將承載健康軟骨細胞的基材製放在坑洞處，臨床試驗發現，1年後該坑洞處會被新生成的軟骨組織修補平整。這位台大骨科醫師發表的治療方法，目前編輯尚未找到MRI醫學影像的文獻。

幹細胞應用於退化性關節炎

   
        另一種細胞治療應用於退化性關節炎則為幹細胞治療，幹細胞（stem cells）是指同時具有自我分裂複製與分化成多種特定功能體細胞的細胞。幹細胞研究與爭議同時存在並行，除了胚胎幹細胞所產生的道德爭議外，阻礙其臨床發展的就是幹細胞難以預測和控制。舉事實上，難以預測和控制的風險主要來自培養擴增可能造成的細胞汙染與誘導分化造成的細胞癌化，若能排除這些風險，幹細胞治療將會成為退化性關節炎患者的一大福音。下方將回列舉幹細胞應用於退化性關節炎治療臨床案例，因考量到無法避免的異體細胞移植可能產生的排斥問題，因此蒐集的資料均以自體成人幹細胞治療為主。

        成人自身的身上，含有的幹細胞來源非常豐富，舉凡牙齒、周邊血、肌肉、骨髓、脂肪、肝臟等，皆可根據幹細胞的種類(間質或造血)所存在的組織和特性提取成為幹細胞來源。

依成人幹細胞種肺又分為間質幹細胞和造血幹細胞，因其所幹細胞所分化的方向不同，應用面完全不同，造血幹細胞可分化為血球細胞，因此用於血液疾病的治療；而間質幹細胞可分化為神經細胞、肌肉細胞、軟骨細胞、骨細胞等，應用面為關節炎、心臟疾病等。

根據研究文獻，人體組織所含的間質幹細胞數量會因組織來源不同而不同，以可分化成軟骨細胞的間質幹細胞而言，其存在於脂肪的數量為骨髓的100倍。於臨床應用時可降低培養所造成的細胞汙染風險。

幹細胞應用於退化性關節炎治療臨床案例

   

下方列舉整理3篇文獻幹細胞治療退化性關關節炎文獻，皆是使用自體幹細胞為來源：

• 自體脂肪再生(幹)細胞治療髖骨缺血性壞死病患與退化性膝關節炎病患：http://www.jmedicalcasereports.com/content/pdf/1752-1947-5-296.pdf

大綱：自體脂肪再生(幹)細胞治療髖骨缺血性壞死病患與退化性膝關節炎病患
測量：MRI醫學影像及關節功能問卷測量
結論：4位患者在幹細胞治療前經骨科醫師診斷均需置換人工關節。自體脂肪再生(幹)細胞與PRP（可觀看PRP治療退化性關節炎的療效）、類固醇多次注射至髖骨缺血性壞死病患與退化性膝關節炎病患的受損部位，使用關節功能問卷評量膝髖節的改進功能(預看詳情請點選上方文獻連結)檢測顯示，所有患者再注射自體脂肪再生(幹)細胞後，關節的活動功能提升；根據醫學影像MRI影像，2位髖關節壞死的病患硬骨再生，2位退化性關節炎病患的軟骨層顯著增厚再生
備註：
(1)使用自體細胞，避免排斥與病源菌傳染
(2)細胞無經過培養可降低汙染風險
(3)並沒有特別註明每位患者的幹細胞注射劑量
(4)追蹤期過短僅3個月，無法確定長期治療效果
(5)局部注射類固醇，對患者可能會造成副作用並影響自體再生(幹)細胞對疼痛抑制的準確性

病患1 自體脂肪再生(幹)細胞治療髖關節壞死患者MRI前後對照圖

 病患2 自體脂肪再生(幹)細胞治療髖關節壞死患者MRI前後對照圖

 病患3 自體脂肪再生(幹)細胞治療退化性關節炎患者MRI前後對照圖

病患3 自體脂肪再生(幹)細胞治療退化性關節炎患者MRI前後對照圖

病患4 自體脂肪再生(幹)細胞治療退化性關節炎患者MRI前後對照圖

病患4 自體脂肪再生(幹)細胞治療退化性關節炎患者MRI前後對照圖

• 骨髓幹細胞治療膝關節炎病患：http://www.hope4harper.com/wp-content/uploads/2013/04/Centeno-et-al.-2008-Increased-knee-cartilage-volume-in-degenerative-joint-disease-using-percutaneously-implanted-autologous-mesenchymal-stem-cells.pdf

大綱：骨髓幹細胞治療髖關節炎病患
測量：MRI醫學影像和關節疼痛問卷
結論：將骨髓幹細胞取出並放大培養後，與PRP和類固醇一起注射至皮下治療受損的關節軟骨。MRI影像顯示，患者的原本的軟骨與半月板增厚再生，疼痛問卷數據顯示病患的關節靈活度上升且疼痛減緩。
備註：
(1)使用自體細胞，避免排斥與病源菌傳染
(2)細胞經過培養使汙染風險倍增，細胞數目明確顯示
(3)局部注射類固醇，對患者可能會造成副作用並影響骨髓幹細胞對疼痛抑制的準確性

• 自體脂肪再生細胞治療膝關節炎病患：http://www.stemedical.de/fileadmin/images/Publications/Autologous__Adult_Stem_Cell_Treatment_in_Degenerative_Joint_Disease-_case_report.pdf

大綱：自體脂肪再生(幹)細胞治療膝關節炎病患
測量：MRI醫學影像
結論：

原本需經關節人工置的退化性關節炎患者換表示注射脂肪再生(幹)細胞後5週，疼痛大幅減少， 並開始停止服用止痛藥如嗎啡，關節功能改善，並恢復正常生活，甚至開始跑步。MRI的影像更顯示再經過8個月的治療 ，軟骨的損壞區塊大幅降低，下水腫癒合。
備註：

(1)非學術期刊刊登研究報告
(2)使用自體細胞，避免排斥與病源菌傳染
(3)細胞數目及處理過程不明確

結語

        細胞治療應用於退化性關節炎是根據著再生醫學的理論觀念與臨床應用的實證幫助軟骨重新再生與再造，軟骨組織的修復和再生需要各種細胞(包含最重要的修復性的間質幹細胞)、細胞間質(可供細胞生長和移動的物質)、生物訊號(包含血小板會釋放的生長因子PRP)等3種要素，針對退化的關節，軟骨細胞老化與修復(幹)細胞的減少，給予再生的修復性(幹)細胞和健康的軟骨細胞才能真正做到逆轉退化的關節，遠離置換人工關節，擁有自己想追求的生活品質。
        台灣細胞治療因安全性、法令等問題受到相當嚴格地控管，雖然醫研產業界對於細胞治療一直持有高度的發展興趣，但真正從事細胞治療相關產品的研發單位及生技產業僅占少數，而這之中，要能符合使用自體細胞降低排斥與病源感染，符合標準流程處理細胞的實驗室，及不經細胞培養就能達到一定治療劑量或經培養但有通過細胞毒性及癌化測試的細胞治療，才是真正兼具安全與療效的細胞治療，也才能真正幫助退化性關節炎患者。