越來越多的細胞與基因治療（CGT）產品問世，以治療各種疾病及恢復受損組織功能。CGT產品在美國屬于FDA生物制品評估和研究中心（CBER）監管。臨床研究前，企業需向FDA提交并獲批準新藥申請（IND），在CGT產品上市前，需提交并獲FDA批準生物制劑許可證申請（BLA）。
本文借美國FDA生物制劑評估和研究中心（CBER）Brian J Kwee和 Kyung E Sung 的一篇綜述文獻，對細胞與基因治療產品的現狀、挑戰和應對策略進行科普。
細胞制備流程通常包括：從患者（自體細胞治療）或健康人（異體細胞治療）中獲得種子細胞、細胞純化或基因改造（基因治療）、規模化擴增、最后臨床應用或冷凍保存。臨床上，成人每劑細胞量約106~109。因此，提高細胞制備效率，同時保證細胞的關鍵質量屬性（CQA），是細胞臨床治療成功的關鍵。
細胞療法的一個挑戰是價格昂貴，如諾華的CAR-T細胞療法Kymriah，目前市場售價為47.5萬美元；吉利德CAR-T細胞療法Yescarta，目前市場售價為37.3萬美元。
細胞療法另一個挑戰是細胞治療異質性和關鍵質量屬性的變化。細胞療法異質性包括供體不同引起的細胞異質性、工藝不同引起的產品異質性和患者疾病微環境不同引起的治療異質性。在細胞制造工藝中，引入異質性的方面主要包括細胞分離、體外培養擴增件、基因修飾和冷凍保存。
臨床試驗中五種最常見的細胞類型，僅指單細胞懸液形式藥劑，包括T細胞、DC、NK細胞、造血干細胞和間充質干細胞。
過去10年，T細胞臨床試驗突飛猛進，這歸功于CAR-T細胞療法的巨大成功。目前，T細胞是所有細胞治療臨床試驗中研究最多的細胞類型，占總臨床試驗的45%。T細胞臨床試驗包括基因修飾或非基因修飾T細胞。
最主要的兩種是 CAR-T細胞?和 TCR- T細胞?。二者主要區別在于，CAR-T細胞靶向表面抗原，不受MHC類別限制；而TCR-T細胞，通過MHC依賴的方式靶向表面和胞內靶點。
與T細胞一樣，NK細胞也可用于臨床試驗，但NK細胞產生的副作用相對T細胞更小。NK細胞治療效果因細胞來源不同而不同（即外周血單個核細胞、多能干細胞、臍帶血或NK細胞系），或與其他療法聯用的組合不同而不同（即化療、細胞因子、免疫調節藥物、抗體、CAR和細胞因子基因工程）。?
DC細胞療法效果因其促細胞成熟和裝載抗原的方法（即mRNA轉染、腫瘤裂解物、病毒載體）不同而不同，因其給藥途徑（即真皮內、皮下、淋巴結內）不同而不同。
造血干細胞（HSC）是一類可產生并分化為所有免疫細胞和血液細胞的干細胞，可用于重建血液系統。一般來說，造血干細胞移植前，先接受清髓治療（放療或化療），通過重建患者免疫系統和血液系統，治療相關血液或免疫疾病。因此，HSC移植通常用于治療各種血液疾病、自身免疫病、移植相關病和白血病。
間充質干細胞（MSCs）是一類來源于各種組織的成體干細胞（包括骨髓、脂肪、胎盤和臍帶等）。2006年，國際細胞治療協會（ISCT）給出了MSCs定義的最基本定義，即MSCs最低鑒定標準：
·MSCs表達CD105、CD73和CD90，不表達CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面標記
·MSCs在體外誘導可以分化為成骨細胞、脂肪細胞和成軟骨細胞
間充質干細胞具有分化為各種間充質組織、分泌再生旁分泌因子和調節免疫系統的能力，因此被用于治療多種疾病，包括血液病、神經系統疾病、心血管疾病和移植物抗宿主病。
T淋巴細胞需要三種信號刺激擴增，包括：T細胞受體、共刺激信號、促生存細胞因子。
關于T淋巴細胞擴增，有兩種方法，一是用DC細胞刺激，二是用抗CD3/CD28免疫磁珠刺激。DC細胞刺激法比較常見，但成本太貴。抗CD3/CD28免疫磁珠刺激法則不能提供生理相關刺激因素。因此，采用先進的細胞制造策略，則可能提供有效的方法來擴增T淋巴細胞。比如通過下面幾種方法：
·抗CD3/CD28涂層聚二甲基硅氧烷珠，比傳統免疫磁珠更誘導T淋巴細胞的擴增，可提供不同機械因素
·抗CD3/CD28修飾的透明質酸水凝膠，促進T淋巴細胞擴增，較軟的水凝膠比較硬更可有效擴增小鼠CD8+T淋巴細胞
·抗CD3/CD28修飾的聚己內酯支架，提供了獨特的微結構，有效誘導原代人類T淋巴細胞不同種群擴張的環境
·涂有IL-2的介孔二氧化硅微棒和抗CD3/CD28修飾的流體脂質雙分子層，增強了原代T淋巴細胞的擴增能力，比傳統的IL-2的免疫磁珠大2~10倍
·抗原肽修飾支架，比單核細胞衍生的DC細胞更大程度地誘導稀有T淋巴細胞的抗原特異性擴增。減少支架上抗CD3/CD28數量，既增加了T淋巴細胞的增殖，也降低了其耗竭標記物。
在人體血液中，天然的NK細胞和DC細胞含量比較少，需進行體外擴增才能滿足臨床治療用量。NK細胞，尚可進行體外培養擴增；DC細胞，則還不能進行體外培養擴增，目前只能依賴從外周血直接分離。
在IL-4和GM-CSF存在的條件下，血液中的單核細胞可分化為未成熟DC細胞，隨后經抗原和細胞因子（如TNF-a、PGE2和/或LPS）刺激，最終成為功能成熟的DC細胞。
生物反應器（生物反應器可進行動態培養和自動擴增，與靜態培養相比，通過攪拌式生物反應器培養攪拌速度越快，細胞擴增效率越高）可用于DC細胞的擴增。生物反應器與細胞培養袋聯合使用，可通過單核細胞制備出功能成熟的DC細胞。使用細胞培養袋，可降低污染風險，易于DC細胞擴增。一般來說，制備成熟DC細胞和天然DC細胞沒有顯著差異。
生物反應器，可用于提高NK細胞擴增效果。有證據表明，在組織培養瓶、氟聚合物細胞培養袋和波浪式生物反應器三種體系中，經生物反應器培養的NK細胞，細胞純度和功能性細胞毒性更高。
與2D培養相比，3D培養的NK細胞可產生更多細胞因子、增殖效果更強，抗腫瘤功效更好。在多孔膠原海綿中，NK細胞的體外擴增也有類似的效果。
臍血來源的造血干細胞（HSC），引起移植物抗宿主病的風險較低，但其數量較少，不便大規模使用。如果規模化臨床，就需要進行規模化擴增臍血來源的造血干細胞。
一般，2D培養工藝的HSC擴增，通常會造成干細胞的丟失、擴增有限和歸巢能力降低，這可能是缺乏體內HSC生態位（HSC niche）的模擬微環境所致。
生物反應器，可增強造血干細胞的擴增，在生物支架中擴增HSC，可提供具有不同粘附和機械相關的3D微環境，可保持細胞“干性”，并促進細胞增殖。與2D培養相比，3D培養更有利于維持HSC群體的原始功能。在纖維蛋白多孔支架上，HSC增殖程度最大。
在免疫調控和組織修復的臨床試驗中，需要大量的MSCs。因為從組織里獲取的MSCs數量較小，但臨床所需量大。國際共識認為MSCs的靜脈輸注劑量，人類通常為1~2 X106個細胞/kg。不同劑量可以影響治療效果，因為MSCs分泌的旁分泌因子取決于細胞數量。
目前，MSCs制備技術分為兩大類，包括平板制造工藝和生物反應器制造工藝。利用自體來源的MSCs進行個體化治療，屬于小規模生產，各自企業的標準和工藝也不盡相同。同種異體來源的MSCs規模化制造工藝是利用生物反應器，模擬其在體內的生長發育環境，進行高效率增殖。同時，可以滿足自動化、量產，并保證細胞的高活率和高質量要求，這也是今后各種干細胞規模化生產的發展趨勢。
生物反應器，已經被用于MSCs的擴增。微載體（有SoloHill?、CultiSpher?-S、Cytodex?-1、國內自主研發品牌華龕生物3D TableTrix?），可使MSCs在攪拌過程中獲得更大生長。簡單地說，如果說生物反應器是一個海洋，那微載體就是一個個島嶼，而干細胞就是居住在這些島嶼上的居民。干細胞可在微載體上有效擴增和分化，依賴其調節細胞形狀和形成組織的能力。由于微載體具有多樣性，利用特定微載體的合理設計，可能為規模化細胞制備提供均一穩定的制劑來源。
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