賈文文博士：干細胞成藥的思考與探索

藥物開發的不同復雜程度

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細胞治療，代表著未來醫學發展的趨勢。隨著支持政策的持續推出和技術的不斷迭代，人們看到了細胞治療產業的無限希望。

賈文文博士在細胞治療系列公開課中做了主題為《干細胞成藥的思考與探索》的報告。報告內容整理后分享給大家。

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干細胞臨床和新藥研發進展及瓶頸

干細胞（Stem Cells）是一類具有自我更新和多向分化潛能的細胞群體。干細胞可以進行自我復制，同時在一定條件下也可以分化成為各種不同的組織細胞，形成人體各種組織和器官。按分化潛能分：全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞。按所處的發育階段來分：胚胎干細胞和成體干細胞。其中，用于新藥研發（Investigational New Drug，IND）臨床研究申報的多為成體干細胞中的間充質干細胞。

干細胞治療原理分為兩類，一類是通過旁分泌作用分泌細胞外囊泡或細胞因子，進行免疫調節，組織微環境的改善或者激活內源性修復等等，如間充質干細胞。另一類是替代療法，即多能干細胞（包括ESC和iPSC）分化成組織的功能細胞，替代受損組織細胞，達到治療的效果。

從ClinicalTrials.gov網站進行檢索，可以得出目前全球范圍內干細胞臨床研究的現狀（圖1）。結果顯示，中國干細胞治療臨床試驗開展相對較少，不過很多國內干細胞領域的公司已經開展相關的研究。截止2022年6月14日，國內29家企業的38款干細胞制劑提交IND申請，其中22家企業的30款干細胞制劑的IND獲得默示許可，主要以間充質類干細胞為主。

圖1?全球范圍內干細胞臨床研究現狀

干細胞制劑的生產因嚴格遵循GMP規范，總結為人、機、料、法、環、測（見圖3）。這些規范中有很多要求和小分子藥物生產有很大的差異，例如設備，耗材，試劑和檢測，所以整體難度很大。

圖3?干細胞制劑生產遵循GMP規范

干細胞藥物研發和生產規模化是一個迫在眉睫的問題，這與干細胞來源、不同人員處理、時間等條件都密不可分。只有實現規模化的生產才有可能滿足患者的需求，只有保證細胞批次間產量和質量的穩定性才有可能提高制劑生產效率，獲得可重復的臨床療效，同時避免污染等問題。干細胞生產的問題沒有解決，在后續臨床二期或者三期當中的研究將會大大受阻。當前干細胞藥物研發和生產依然是需要繼續攻克的重點問題（圖4）。

圖4?干細胞藥物研發面臨的瓶頸問題

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東方探索-3D低氧干細胞規模化生產

“東方”干細胞3D低氧培養設備的建設致力于突破單批次干細胞產量低的瓶頸，加速成藥的進程。從生產工藝上來講主要有一下幾個創新點（圖5）：

• 采用3D低氧的培養條件，有效降低活性氧物質（ROS）的積累，減少DNA損傷，提高細胞活力和細胞干性；
• 可進行大規模的細胞培養，細胞一批次可以獲得上千億級別的數量，成本比傳統的培養方式降低至少10倍以上；
• B+A生產環境并采用隔離器裝置，降低中間過程污染的風險；
• 采用世界上最先進的細胞成像獲取和數據分析軟件，實時監控細胞生長的狀態。

目前生產干細胞的產量已經可以達到百億級別，距離千億級別依然需要更多的探索和嘗試。整個培養過程均是在密封的反應器中進行，不會引入污染源。

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項目獲得了國家重點研發計劃“干細胞及轉化研究”重點專項的支持，擬攻克干細胞成藥過程中的瓶頸，比如提高干細胞產量。同時一批次的量可以服務至少100名患者。在整個流程中采用智能檢測和質量研究的標準，降低批次之間的差異性提高成藥性。當然，目前對于這么大級別數量的細胞如何分裝，如何凍存依然需要進行探索。

圖5?干細胞3D低氧規模化生產設備

目前，3D規模化生產干細胞符合中檢院對間充質干細胞的要求，其藥學研究已經運用到具體的試劑案例當中（圖6）。通過對小動物和大動物進行安全性和藥效學的研究評價，獲得數據后進行臨床研究驗證并交付給企業做后續的轉化研究。最后希望干細胞在治療心衰和其他疾病中能有較好的療效，實現臨床轉化。

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通過3D規模化設備生產出來的干細胞，具有經典的間充質干細胞特異性標志物、保持著分化能力，并且無成瘤性，具有正常的核型，基因組具有較好的穩定性。在3D培養的條件下，相比于2D培養，可以降低間充質干細胞的異質性，細胞亞群更均一，具有更好更高的激活狀態。免疫調節信號通路和細胞外基質合成基因均在3D培養下激活，具有更好的生物學效力。

圖6 3D低氧規模化生產干細胞的研究案例

干細胞藥學研究和轉化模式還需要大量的研究及不斷的優化（圖7）。每個環節節節相扣，需要多方面人才的合作和不斷嘗試。努力構建出良好的干細胞藥學研究和應用的生態鏈。

圖7 干細胞藥學研究與轉化模式

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東方探索-iPSC建庫和商業轉化實踐

誘導多能干細胞：通過向體細胞內導入外源轉錄因子，激活多能性基因的表達，重編程而成的多能干細胞，具有和胚胎干細胞類似的無限自我更新和發育的多潛能性。可針對個人或某種疾病取材，為再生醫學的細胞修復療法提供了新的種子細胞來源，同時也為藥物早期毒性評價體外替代方法提供了一個新的可選細胞類型（圖8）。

圖8?誘導多能干細胞（iPSC）

iPSC技術可以分化成各類功能細胞，這項技術在多種疾病治療中均有很大的潛力。從2014年開始，日本已經開始在視網膜黃斑變性中進行了臨床研究，現在大多數iPSC衍生細胞藥物臨床研究較多的國家有日本、澳大利亞、美國、德國等。iPSC的臨床研究目前是在神經系統和免疫系統疾病（圖9）。

圖9 iPSC的臨床應用潛力

當然，iPSC臨床應用也面臨著諸多挑戰（圖10）：

• 成瘤性：對于殘存的未分化的多能干細胞可能會引入成瘤性/致瘤性，這需要加強改進功能細胞的純化技術，發展多能干細胞殘留檢測技術，并通過高通量測序的技術檢測基因突變情況；
• 免疫排斥：由于同種異體細胞移植的問題和HLA配型的問題，會引起機體對干細胞的免疫排斥作用。建立HLA高頻純合hiPSC庫，當然，獲得HLA位點敲除的低免疫原性細胞系是解決免疫排斥的重要舉措之一；
• 標準規范：建立建全iPSC質量評價體系以及衍生細胞質量的評價體系，標準化研究和臨床應用；
• 政策監管：需要有合理可行的政策監管整個生產制造。

圖10 iPSC臨床應用面臨的問題和挑戰

目前東方醫院iPSC技術已經建立了覆蓋60%中國人群HLA配型的hiPSC庫。這是迄今為止，規模最大、HLA覆蓋最廣的hiPSC庫，處于國際領先的位置。目前，東方iPSC已發展成為國內iPSC臨床研究和轉化的策源地。申請相關專利有18項，轉化4項，同時，為中科院、清華和浙大等多家事業單位提供了優質穩定的細胞資源，有助于基礎研究的發展和商業轉化（圖11）。

東方iPSC在超低免疫原性iPSC種子細胞、iPSC衍生心肌細胞、iPSC衍生間充質干細胞和iPSC衍生骨骼干細胞均開展了成藥性探索的研究。同時，東方醫院也熱烈歡迎與從事干細胞新藥研發的研究人員交流和合作，共同推動iPSC走向臨床。

圖11 東方iPSC轉化模式

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東方醫院干細胞轉化醫學產業基地

上海市東方醫院張江國家自主創新示范區干細胞轉化醫學產業基地于2012年成立，支撐了東方醫院干細胞的研究。基地分為再生醫學研究所、GMP實驗室、大動物實驗中心、干細胞臨床研究機構和生物樣本庫和干細胞資源庫。其中干細胞資源庫也是國家推動干細胞治療提供資源的重要部分。

目前整個團隊擁有干細胞人才逾200位（圖12）。

圖12 東方醫院干細胞基地組織架構

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文末小結

中國的干細胞治療臨床研究正向前邁進，為推動干細胞的成藥性，在干細胞生產規范和監管上還有許多制度和標準需要制定。東方3D低氧培養干細胞設備擬解決干細胞數量級的瓶頸問題，為后續成藥性、基礎研究和轉化研究提供良好的平臺和示范點，努力推動干細胞成藥性的進程。

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互動交流

問題一：王艷雪 清科資本投資經理

現在CAR-T有很多上市的，包括TCR-T預計今年年底也會上市，您認為iPSC現在彎道超車的機會有多大，突破的技術難點在哪里？

賈文文博士：一，從細胞層面進行細胞改造情況看，iPSC的基因編輯效率高，而對于T細胞來說，基因編輯的難度大。二，T細胞擴增數量是有限的，雖然iPSC也是有限的，但是可傳50代或者更多，只要不影響功能發揮和不造成成瘤的風險，相對來說是可以進行大量的擴增。應用空間比較大，成本也可以大大降低。分化的技術已經不是問題，效率可以達到95%以上。編輯后的NK細胞由于具有靶向性，目前看來臨床效果相較于未編輯的NK細胞效果更好，但NK細胞來源及擴增一直比較困難，而采用iPSC誘導NK細胞能夠很好地解決這一問題，未來應用前景也更為廣闊。

問題二：姚云龍 譜新生物BD

干細胞藥物有很多進入了臨床，但是比如說像再生醫學這個方向上還沒有看到什么樣的進展，用干細胞進行器官移植或者股骨頭壞死這些問題還需要解決什么技術難題，需要多長時間？

賈文文博士：這兩年的器官和類器官研究非常熱，個人認為在體外進行器官的組建來進行治療的話，這個難度非常大，除了要有器官的形狀之外，更多的是需要有器官的功能。類器官有兩個問題，一個是血管化的問題，另外就是神經網絡的問題。這兩個問題解決不了，很難移植到體內發揮作用。現在很多的臨床中也有器官移植的實驗，研究發現，如果器官移植加上干細胞干預，病人的治療效果會好很多。但是在報藥上很少去提這樣的事情，因為QA作用機制極為復雜，但是希望在這樣好的療效下，評價指標從政策上有所改變。

問題三：吳曉亮 潔特生物投資經理

國外干細胞領域的企業很多在臨床三期就暫停或者失敗，請問干細胞治療臨床三期的風險在哪里？

賈文文博士：其實到了三期考慮的主要是療效的問題了，三期臨床試驗少則上百人，多則千人，藥企在整個過程中所承擔的費用是很大的，如果產品質量和療效不能達到預期的結果，療效時間和療效作用不夠，那么再次給藥，它的安全性怎么樣，這些都是需要考慮的問題，需要做充分的準備。另外，做間充質干細胞成藥的壁壘比較小，如果別人知道你的培養體系，細胞來源之類的，就很容易做出仿制來，你在花了大量的時間財力做到三期臨床，假如你的有效，那么別的企業可能立馬就有上千家一樣的東西，怎么做專利保護是一個問題。

問題四：互動觀眾

對干細胞改造您怎么看，為什么目前臨床更多還是使用未編輯的干細胞，您怎么看干細胞基因編輯的效率和檢測問題？

賈文文博士：公司早期的工作是用iPSC或者ES不用基因修飾的分化成NK、T等細胞。直接做藥品的申報，這種方式目前壁壘相對較低，但同時也能打造公司的自有平臺，并給投資人、外界樹立一定的信心，之后再開發新的產品能走得更順利。如果直接做基因編輯的干細胞的話，需要回答CDE很多問題，比如脫靶的問題，時間周期長。但是比如說，iPSC誘導的NK細胞可能不如PBMC來源的好，但是誘導的NK的均一性會好，可以進行大量的擴增，穩定性有保障，不需要去抽血。如果這一步走的順利，后面基因編輯的風險會小一些，在和CDE溝通的時候時間可控。還有一個是靶向性的問題，近幾年來在臨床真正有效的還是那幾個靶點。安全性沒有問題后，主要解決好分化之后的功能問題就行。解決好安全性和有效性就可以去進行藥品的申報工作了。

問題五：互動觀眾

對于干細胞來源的細胞制品是不是都需要建立三庫？是否可以接受GMP-like的這種操作，iPSC如果要建庫的話，需要從哪些方面去考量？

賈文文博士：關于建立三庫的問題，可能根據不同企業的要求，不一定都需要建立三庫，有些建立兩級庫也是可以的。藥典上要求建立三庫的一般是針對工具細胞，比如做抗體藥物。iPSC細胞傳代的比例可以很高，一次不需要擴增到很多的數量。建議是做一個模擬推演，推算數量，以適應后期研發需求。

 

干細胞的GMP要求目前還沒有說的很清楚，但是對于iPSC細胞來說，它的質量源于設計，并不是源于檢測，整個生產如果沒有問題，在申報藥物的時候更多的是關注于建庫的細胞的操作流程和是否符合GMP的要求。

 

病毒的費用和耗用時間非常高，在最早開始做iPSC，我們采用的是仙臺，雖然也很貴，但是當時可以省下很多事情，這樣的話，在誘導體系的GMP上就不需要再糾結什么了。

問題六：互動觀眾

CAR-T的成本是考量的重要指標之一，對于干細胞治療如何實現規模化和成本降低的問題？

賈文文博士：規模化主要是生產工藝的問題，做CAR-T主要是自體的治療，自體的問題在于量的問題，成本非常高。所以很多企業會轉向異體，異體的問題主要是規模化擴增的問題，如果規模化擴增沒有問題，成本會比現在低5到10倍左右。檢測成本也會隨著下降。

問題七：互動觀眾

間充質干細胞治療和間充質干細胞外泌體治療的優劣勢您怎么看？

賈文文博士：干細胞和干細胞的外泌體相比，干細胞外泌體發揮作用的時效快，干細胞要晚。在安全性評價上，干細胞的話更多關注成瘤和致瘤的問題，外泌體更多的考慮促進腫瘤的問題，在檢測項上可能會少一些。但是，外泌體的有效成分需要列出來，每次獲得的外泌體的有效成分都需要列出來，干細胞的均一性生產本身就有挑戰，外泌體的均一性更是一個大的瓶頸問題。

問題八：互動觀眾

iPSC的整個研發過程需要多長時間？

賈文文博士：從拿到合格的iPSC來算的話，需要1年時間，質量評價要半年，IND材料準備至少2年時間。總體來看，需要10年左右的時間。

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賈文文? 博士??

賈文文博士，上海干細胞臨床轉化研究院研究員，國家干細胞轉化資源庫副主任，同濟大學附屬東方醫院干細胞基地GMP實驗室主任。

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賈博士擔任中國整形美容協會干細胞研究與應用分會干細胞資源庫專業委員會秘書長，Genes雜志Guest Editor。先后發表SCI論文40余篇，授權實用新型專利8項，發明專利3項，主持國家自然科學基金3項，國家重點研發計劃課題組長項目1項，國家973項目子課題1項，上海市自然科學基金1項。主要參與2018年張江國家自主創新示范區重大發展專項《干細胞戰略庫與干細胞技術臨床轉化平臺》項目，負責三大功能模塊中的HLA高匹配臨床級iPSC庫的建立；2019年上海市衛計委協同創新集群計劃項目“重大疾病的干細胞治療研發與臨床轉化體系建立”5大方向之一的干細胞臨床研究監管體系構建及標準研發方向執行負責人；2020年國家重點研發計劃“干細胞治療產品的規范化與規模化生產及質量評價研究”，課題二負責人；2021年上海高校IV類高峰學科“干細胞與轉化”，干細胞保障體系細胞制劑保障體系骨干。