干细胞外泌体源头供货

贾文文博士:干细胞成药的思考与探索

贾文文博士:干细胞成药的思考与探索药物开发的不同复杂程度

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细胞治疗,代表着未来医学发展的趋势。随着支持政策的持续推出和技术的不断迭代,人们看到了细胞治疗产业的无限希望。
贾文文博士在细胞治疗系列公开课中做了主题为《干细胞成药的思考与探索》的报告。报告内容整理后分享给大家。

贾文文博士:干细胞成药的思考与探索

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干细胞临床和新药研发进展及瓶颈
干细胞(Stem Cells)是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。干细胞可以进行自我复制,同时在一定条件下也可以分化成为各种不同的组织细胞,形成人体各种组织和器官。按分化潜能分:全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。按所处的发育阶段来分:胚胎干细胞和成体干细胞。其中,用于新药研发(Investigational New Drug,IND)临床研究申报的多为成体干细胞中的间充质干细胞。

干细胞治疗原理分为两类,一类是通过旁分泌作用分泌细胞外囊泡或细胞因子,进行免疫调节,组织微环境的改善或者激活内源性修复等等,如间充质干细胞。另一类是替代疗法,即多能干细胞(包括ESC和iPSC)分化成组织的功能细胞,替代受损组织细胞,达到治疗的效果。

从ClinicalTrials.gov网站进行检索,可以得出目前全球范围内干细胞临床研究的现状(图1)。结果显示,中国干细胞治疗临床试验开展相对较少,不过很多国内干细胞领域的公司已经开展相关的研究。截止2022年6月14日,国内29家企业的38款干细胞制剂提交IND申请,其中22家企业的30款干细胞制剂的IND获得默示许可,主要以间充质类干细胞为主

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图1 全球范围内干细胞临床研究现状

干细胞制剂的生产因严格遵循GMP规范,总结为人、机、料、法、环、测(见图3)。这些规范中有很多要求和小分子药物生产有很大的差异,例如设备,耗材,试剂和检测,所以整体难度很大。

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图3 干细胞制剂生产遵循GMP规范

干细胞药物研发和生产规模化是一个迫在眉睫的问题,这与干细胞来源、不同人员处理、时间等条件都密不可分。只有实现规模化的生产才有可能满足患者的需求,只有保证细胞批次间产量和质量的稳定性才有可能提高制剂生产效率,获得可重复的临床疗效,同时避免污染等问题。干细胞生产的问题没有解决,在后续临床二期或者三期当中的研究将会大大受阻。当前干细胞药物研发和生产依然是需要继续攻克的重点问题(图4)

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图4 干细胞药物研发面临的瓶颈问题

 

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东方探索-3D低氧干细胞规模化生产

“东方”干细胞3D低氧培养设备的建设致力于突破单批次干细胞产量低的瓶颈,加速成药的进程。从生产工艺上来讲主要有一下几个创新点(图5)
  • 采用3D低氧的培养条件有效降低活性氧物质(ROS)的积累,减少DNA损伤,提高细胞活力和细胞干性;
  • 可进行大规模的细胞培养,细胞一批次可以获得上千亿级别的数量,成本比传统的培养方式降低至少10倍以上;
  • B+A生产环境并采用隔离器装置,降低中间过程污染的风险;
  • 采用世界上最先进的细胞成像获取和数据分析软件,实时监控细胞生长的状态
目前生产干细胞的产量已经可以达到百亿级别,距离千亿级别依然需要更多的探索和尝试。整个培养过程均是在密封的反应器中进行,不会引入污染源。
 
项目获得了国家点研发计划“干细胞及转化研究”重点专项的支持,拟攻克干细胞成药过程中的瓶颈,比如提高干细胞产量。同时一批次的量可以服务至少100名患者。在整个流程中采用智能检测和质量研究的标准,降低批次之间的差异性提高成药性。当然,目前对于这么大级别数量的细胞如何分装,如何冻存依然需要进行探索。

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图5 干细胞3D低氧规模化生产设备

目前,3D规模化生产干细胞符合中检院对间充质干细胞的要求,其药学研究已经运用到具体的试剂案例当中(图6)。通过对小动物和大动物进行安全性和药效学的研究评价,获得数据后进行临床研究验证并交付给企业做后续的转化研究。最后希望干细胞在治疗心衰和其他疾病中能有较好的疗效,实现临床转化。
 
通过3D规模化设备生产出来的干细胞,具有经典的间充质干细胞特异性标志物、保持着分化能力,并且无成瘤性,具有正常的核型,基因组具有较好的稳定性。在3D培养的条件下,相比于2D培养,可以降低间充质干细胞的异质性,细胞亚群更均一,具有更好更高的激活状态。免疫调节信号通路和细胞外基质合成基因均在3D培养下激活,具有更好的生物学效力。

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图6 3D低氧规模化生产干细胞的研究案例
干细胞药学研究和转化模式还需要大量的研究及不断的优化(图7)。每个环节节节相扣,需要多方面人才的合作和不断尝试。努力构建出良好的干细胞药学研究和应用的生态链。

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图7 干细胞药学研究与转化模式
 
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东方探索-iPSC建库和商业转化实践
诱导多能干细胞:通过向体细胞内导入外源转录因子,激活多能性基因的表达,重编程而成的多能干细胞,具有和胚胎干细胞类似的无限自我更新和发育的多潜能性。可针对个人或某种疾病取材,为再生医学的细胞修复疗法提供了新的种子细胞来源,同时也为药物早期毒性评价体外替代方法提供了一个新的可选细胞类型(图8)。

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图8 诱导多能干细胞(iPSC)
iPSC技术可以分化成各类功能细胞,这项技术在多种疾病治疗中均有很大的潜力。从2014年开始,日本已经开始在视网膜黄斑变性中进行了临床研究,现在大多数iPSC衍生细胞药物临床研究较多的国家有日本、澳大利亚、美国、德国等。iPSC的临床研究目前是在神经系统和免疫系统疾病(图9)

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图9 iPSC的临床应用潜力
当然,iPSC临床应用也面临着诸多挑战(图10)
  • 成瘤性:对于残存的未分化的多能干细胞可能会引入成瘤性/致瘤性,这需要加强改进功能细胞的纯化技术,发展多能干细胞残留检测技术,并通过高通量测序的技术检测基因突变情况;
  • 免疫排斥:由于同种异体细胞移植的问题和HLA配型的问题,会引起机体对干细胞的免疫排斥作用。建立HLA高频纯合hiPSC库,当然,获得HLA位点敲除的低免疫原性细胞系是解决免疫排斥的重要举措之一;
  • 标准规范:建立建全iPSC质量评价体系以及衍生细胞质量的评价体系,标准化研究和临床应用;
  • 政策监管:需要有合理可行的政策监管整个生产制造。

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图10 iPSC临床应用面临的问题和挑战
目前东方医院iPSC技术已经建立了覆盖60%中国人群HLA配型的hiPSC库。这是迄今为止,规模最大、HLA覆盖最广的hiPSC库,处于国际领先的位置。目前,东方iPSC已发展成为国内iPSC临床研究和转化的策源地。申请相关专利有18项,转化4项,同时,为中科院、清华和浙大等多家事业单位提供了优质稳定的细胞资源,有助于基础研究的发展和商业转化(图11)
东方iPSC在超低免疫原性iPSC种子细胞、iPSC衍生心肌细胞、iPSC衍生间充质干细胞和iPSC衍生骨骼干细胞均开展了成药性探索的研究。同时,东方医院也热烈欢迎与从事干细胞新药研发的研究人员交流和合作,共同推动iPSC走向临床。

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图11 东方iPSC转化模式
 
 

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东方医院干细胞转化医学产业基地

上海市东方医院张江国家自主创新示范区干细胞转化医学产业基地于2012年成立,支撑了东方医院干细胞的研究。基地分为再生医学研究所、GMP实验室、大动物实验中心、干细胞临床研究机构和生物样本库和干细胞资源库。其中干细胞资源库也是国家推动干细胞治疗提供资源的重要部分。
目前整个团队拥有干细胞人才逾200位(图12)

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图12 东方医院干细胞基地组织架构
 

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文末小结
中国的干细胞治疗临床研究正向前迈进,为推动干细胞的成药性,在干细胞生产规范和监管上还有许多制度和标准需要制定。东方3D低氧培养干细胞设备拟解决干细胞数量级的瓶颈问题,为后续成药性、基础研究和转化研究提供良好的平台和示范点,努力推动干细胞成药性的进程。
 
 

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互动交流

问题一:王艳雪 清科资本投资经理

现在CAR-T有很多上市的,包括TCR-T预计今年年底也会上市,您认为iPSC现在弯道超车的机会有多大,突破的技术难点在哪里?

贾文文博士:一,从细胞层面进行细胞改造情况看,iPSC的基因编辑效率高,而对于T细胞来说,基因编辑的难度大。二,T细胞扩增数量是有限的,虽然iPSC也是有限的,但是可传50代或者更多,只要不影响功能发挥和不造成成瘤的风险,相对来说是可以进行大量的扩增。应用空间比较大,成本也可以大大降低。分化的技术已经不是问题,效率可以达到95%以上。编辑后的NK细胞由于具有靶向性,目前看来临床效果相较于未编辑的NK细胞效果更好,但NK细胞来源及扩增一直比较困难,而采用iPSC诱导NK细胞能够很好地解决这一问题,未来应用前景也更为广阔。

问题二:姚云龙 谱新生物BD

干细胞药物有很多进入了临床,但是比如说像再生医学这个方向上还没有看到什么样的进展,用干细胞进行器官移植或者股骨头坏死这些问题还需要解决什么技术难题,需要多长时间?

贾文文博士:这两年的器官和类器官研究非常热,个人认为在体外进行器官的组建来进行治疗的话,这个难度非常大,除了要有器官的形状之外,更多的是需要有器官的功能。类器官有两个问题,一个是血管化的问题,另外就是神经网络的问题。这两个问题解决不了,很难移植到体内发挥作用。现在很多的临床中也有器官移植的实验,研究发现,如果器官移植加上干细胞干预,病人的治疗效果会好很多。但是在报药上很少去提这样的事情,因为QA作用机制极为复杂,但是希望在这样好的疗效下,评价指标从政策上有所改变。

问题三:吴晓亮 洁特生物投资经理

国外干细胞领域的企业很多在临床三期就暂停或者失败,请问干细胞治疗临床三期的风险在哪里?

贾文文博士:其实到了三期考虑的主要是疗效的问题了,三期临床试验少则上百人,多则千人,药企在整个过程中所承担的费用是很大的,如果产品质量和疗效不能达到预期的结果,疗效时间和疗效作用不够,那么再次给药,它的安全性怎么样,这些都是需要考虑的问题,需要做充分的准备。另外,做间充质干细胞成药的壁垒比较小,如果别人知道你的培养体系,细胞来源之类的,就很容易做出仿制来,你在花了大量的时间财力做到三期临床,假如你的有效,那么别的企业可能立马就有上千家一样的东西,怎么做专利保护是一个问题。

问题四:互动观众

对干细胞改造您怎么看,为什么目前临床更多还是使用未编辑的干细胞,您怎么看干细胞基因编辑的效率和检测问题?

贾文文博士:公司早期的工作是用iPSC或者ES不用基因修饰的分化成NK、T等细胞。直接做药品的申报,这种方式目前壁垒相对较低,但同时也能打造公司的自有平台,并给投资人、外界树立一定的信心,之后再开发新的产品能走得更顺利。如果直接做基因编辑的干细胞的话,需要回答CDE很多问题,比如脱靶的问题,时间周期长。但是比如说,iPSC诱导的NK细胞可能不如PBMC来源的好,但是诱导的NK的均一性会好,可以进行大量的扩增,稳定性有保障,不需要去抽血。如果这一步走的顺利,后面基因编辑的风险会小一些,在和CDE沟通的时候时间可控。还有一个是靶向性的问题,近几年来在临床真正有效的还是那几个靶点。安全性没有问题后,主要解决好分化之后的功能问题就行。解决好安全性和有效性就可以去进行药品的申报工作了。

问题五:互动观众

对于干细胞来源的细胞制品是不是都需要建立三库?是否可以接受GMP-like的这种操作,iPSC如果要建库的话,需要从哪些方面去考量?

贾文文博士:关于建立三库的问题,可能根据不同企业的要求,不一定都需要建立三库,有些建立两级库也是可以的。药典上要求建立三库的一般是针对工具细胞,比如做抗体药物。iPSC细胞传代的比例可以很高,一次不需要扩增到很多的数量。建议是做一个模拟推演,推算数量,以适应后期研发需求。

 

干细胞的GMP要求目前还没有说的很清楚,但是对于iPSC细胞来说,它的质量源于设计,并不是源于检测,整个生产如果没有问题,在申报药物的时候更多的是关注于建库的细胞的操作流程和是否符合GMP的要求。

 

病毒的费用和耗用时间非常高,在最早开始做iPSC,我们采用的是仙台,虽然也很贵,但是当时可以省下很多事情,这样的话,在诱导体系的GMP上就不需要再纠结什么了

问题六:互动观众

CAR-T的成本是考量的重要指标之一,对于干细胞治疗如何实现规模化和成本降低的问题?

贾文文博士:规模化主要是生产工艺的问题,做CAR-T主要是自体的治疗,自体的问题在于量的问题,成本非常高。所以很多企业会转向异体,异体的问题主要是规模化扩增的问题,如果规模化扩增没有问题,成本会比现在低5到10倍左右。检测成本也会随着下降。

问题七:互动观众

间充质干细胞治疗和间充质干细胞外泌体治疗的优劣势您怎么看?

贾文文博士:干细胞和干细胞的外泌体相比,干细胞外泌体发挥作用的时效快,干细胞要晚。在安全性评价上,干细胞的话更多关注成瘤和致瘤的问题,外泌体更多的考虑促进肿瘤的问题,在检测项上可能会少一些。但是,外泌体的有效成分需要列出来,每次获得的外泌体的有效成分都需要列出来,干细胞的均一性生产本身就有挑战,外泌体的均一性更是一个大的瓶颈问题。

问题八:互动观众

iPSC的整个研发过程需要多长时间?

贾文文博士:从拿到合格的iPSC来算的话,需要1年时间,质量评价要半年,IND材料准备至少2年时间。总体来看,需要10年左右的时间。
 

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贾文文  博士  

贾文文博士,上海干细胞临床转化研究院研究员,国家干细胞转化资源库副主任,同济大学附属东方医院干细胞基地GMP实验室主任。

 

贾博士担任中国整形美容协会干细胞研究与应用分会干细胞资源库专业委员会秘书长,Genes杂志Guest Editor。先后发表SCI论文40余篇,授权实用新型专利8项,发明专利3项,主持国家自然科学基金3项,国家重点研发计划课题组长项目1项,国家973项目子课题1项,上海市自然科学基金1项。主要参与2018年张江国家自主创新示范区重大发展专项《干细胞战略库与干细胞技术临床转化平台》项目,负责三大功能模块中的HLA高匹配临床级iPSC库的建立;2019年上海市卫计委协同创新集群计划项目“重大疾病的干细胞治疗研发与临床转化体系建立”5大方向之一的干细胞临床研究监管体系构建及标准研发方向执行负责人;2020年国家重点研发计划“干细胞治疗产品的规范化与规模化生产及质量评价研究”,课题二负责人;2021年上海高校IV类高峰学科“干细胞与转化”,干细胞保障体系细胞制剂保障体系骨干。

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