IQ探析 | 经验、机遇与挑战： 诱导型多功能干细胞（iPSC）相关疗法非临床研发考量

在迅速发展的基因与细胞疗法领域，诱导型多能干细胞（iPSCs）的衍生产品无疑为科研界和医疗界带来了前所未有、激动人心的机遇，同时也伴随着巨大的挑战。

这些由成人细胞经过重新编程而来的诱导多能干细胞，其拥有的类似胚胎的多能状态，为个性化医疗和再生医学领域注入了源源不断的活力与无限潜力。它们具备分化为几乎所有类型细胞的能力，这使其成为治疗包括神经退行性疾病、心脏病、糖尿病等多种复杂疾病的强大而有力的工具。目前正在进行临床实验的iPSC项目有近百个，较2021年增长了一倍^【1,2】，预计这个数字在今后几年内还将强劲增长。

诱导多能干细胞相关疗法

非临床研发的挑战

虽然iPSC技术无疑为医学界带来了一股清新的春风，为许多过去难以治疗的疾病提供了希望之光，但我们必须正视的是，将这一前沿技术转化为造福患者的治疗手段，存在着诸多挑战和障碍。正是因为它们具备分化为几乎所有类型细胞的能力, 在进入人体前，非临床研究必须为诱导多能干细胞的安全有效使用提供可靠数据，在诸多非临床研究需要考虑的因素中, 我们具体讨论以下几个方面：

动物模型的建立

开发各类疗法时，动物模型的使用往往伴随着一系列挑战，特别是考虑到动物在生理、免疫反应和病理过程等方面与人类存在的显著差异。

这种差异使得将实验室的初步发现转化为临床可用的治疗手段变得尤为复杂。特别在iPSC衍生产品的领域，这些挑战更加显著。这主要源于iPSC衍生产品生物学特性的独特性，它们进入体内后会经历持续的分化过程，逐步演变成为功能型细胞。因此，精确追踪这些产品及其分化产物的身份，并与建模动物的细胞进行明确区分，成为了一个至关重要的环节。

除了上述的追踪与区分挑战，如何在动物模型中准确评价iPSC衍生细胞的有效性也引起了药物监管机构的重点关注。

iPSC衍生产品在体内的作用机制复杂，不严格遵循传统的计量-效应关系，使得常规的药物有效性评价方法难以直接应用。这要求研究者们必须开发出新的评价策略和方法，以确保iPSC衍生产品的安全性和有效性。另一个值得注意的问题是模型动物的免疫系统对给药人源iPSC衍生细胞的免疫反应。这种免疫反应可能对产品的功能性和有效性产生深远影响。为了应对这一挑战，研究者们需要在采用免疫缺陷动物与给动物注射免疫抑制剂这两种策略之间做出权衡。然而，目前业界对于如何选择最佳策略尚无定论，这需要进一步的研究和探索。

肿瘤形成性的评估

在对iPSC衍生细胞疗法的肿瘤形成性进行评估时，我们面临的主要挑战源自多个方面的因素。

首先，残留的未分化iPSC是一个显著的风险点。如果在最终的细胞治疗产品中这些细胞未能被完全去除，它们将因拥有无限的增殖能力和向多种细胞类型分化的潜力，导致医源性畸胎瘤或肿瘤的形成，这无疑增加了治疗的安全隐患。

另外，iPSC在分化过程中可能产生部分分化的细胞。这些细胞若因定位错误而存在于最终产品中，同样存在引发畸胎瘤或肿瘤的风险。然而，准确量化这些可能引发肿瘤的细胞数量 （包括残留的未分化iPSC和部分分化的细胞）却是一个复杂的挑战，药品监管机构在此方面也尚未提供明确的指导原则。

另一个不可忽视的因素是未失活的重编程因子，如果重编程因子在iPSC衍生细胞中仍然没有失活，它们可能促进肿瘤形成。这是因为这些重编程因子可能导致随机的表观遗传事件，激活各种多能基因（如Oct-4和c-Myc），并导致基因组不稳定（如染色体异常、拷贝数变异（CNVs）和单核苷酸变异（SNVs））。这些事件主要在iPSCs中被识别出来，而不是胚胎干细胞（ESCs），这暗示了iPSCs和肿瘤形成性之间的潜在联系。

体外制造过程中的不稳定性同样对iPSC衍生细胞疗法的肿瘤形成性构成威胁。由于体外培养环境的复杂性，如何确保iPSC衍生的细胞治疗产品在制造过程中保持稳定，避免发生细胞变异和不稳定，成为了产品开发者面临的重要挑战。这需要产品研发团队在工艺流程控制、培养条件优化等方面做出更多的努力。

临床剂量推算

对于iPSC衍生细胞疗法产品，从非临床研究到临床研究的剂量推导过程无疑是一个错综复杂且充满未知的挑战。尽管这一领域已经取得了初步的突破与进展，然而在全球范围内，仍缺乏一套被广泛接纳并认可的指导原则，来规范这一剂量推导的关键流程。这主要是因为iPSC衍生细胞疗法产品在制造工艺、细胞来源选择以及细胞分化协议等多个环节上存在的差异性，可能会导致产品表现出显著的变异性，从而直接影响到剂量推导的精确度和可靠性。

动物模型与人类生理机制、免疫反应和细胞行为之间存在着显著的差异，这使得将动物实验的结果直接转化应用于人类体外数学计算模型，或反之，都充满了极大的挑战与不确定性。因此，需要不断探索和开发新的研究方法与技术，以期望能够更精确地将非临床研究的结果转化为临床研究中适用的剂量，从而确保治疗的安全性与有效性。

高剂量的iPSC衍生细胞疗法产品可能会显著提升诸如过度免疫反应和异常肿瘤形成等严重不良事件的风险。因此，确定一个既能够确保治疗效果，又能够充分考虑患者安全性的最佳剂量，显得尤为关键。为了实现这一目标，需要投入更多的研究资源，以深入理解和探索iPSC衍生细胞疗法产品的剂量-反应关系，并据此确定出最佳的剂量范围，从而为患者的治疗提供更加科学、安全的指导。

鉴于目前人们对iPSC衍生细胞疗法产品的长期治疗效果和潜在影响了解有限，这给剂量推导工作带来了极大的挑战与不确定性。为了更准确地预测长期治疗所需的适当剂量，需要进行更多深入且长期的研究，以全面评估iPSC衍生细胞疗法产品的长期安全性和有效性，从而为患者的长期治疗提供更加可靠和有效的支持。正因如此，美国FDA建议长期保留非临床和临床实验中收集的样本。对于临床实验收集的组织和血液样品, 一般要求是15到20年。对于非临床实验收集的样品, 目前FDA尚无具体规定, 但也建议关键性样品保存15年以上。

特定产品相关的挑战

iPSC衍生细胞疗法产品的种类繁多，由于适应症和给药途径的不同，每种产品都会面临其独特的挑战。举例来说，当给药途径需要依赖特定的医疗设备时，确保非临床动物实验中使用的设备与临床试验中的设备在细胞存活率、无效体积等关键指标上具备可比性，或者至少达到高度的相似性，就变得至关重要。此外，若细胞疗法产品涉及到冷冻保存的环节，对于冷冻保存液的成分和化学性质，若其未知或未经过特定给药途径的验证，那么为确保安全性，可能需要开展专门的针对冻存液的动物毒理学实验。

结语：

总的来说，诱导多能干细胞（iPSCs）技术在基因编辑和细胞治疗领域展露出了前所未有的潜能，其独特能力预示着它为许多曾经棘手甚至无解的复杂疾病带来了全新的治疗曙光。然而，在从实验室的初步研究到临床实践的跨越过程中，科学家们必须面对并克服包括精确动物模型构建、详尽的肿瘤形成性风险评估、以及严谨的临床剂量计算在内的重重挑战。

更进一步说，不同产品之间的特定需求与标准，也为这一领域的研究与开发增添了不小的难度。

然而，随着科技日新月异的进步以及研究方法的持续创新，这些看似难以逾越的障碍正在被逐一攻克。展望未来，我们有理由相信，iPSC衍生细胞疗法产品将在个性化医疗和再生医学的广阔天地中扮演更加重要的角色，为无数患者带来实质性的福音。

参考资料

1. ClinicalTrials.gov. (n.d.). ClinicalTrials.gov. https://clinicaltrials.gov/search?term=iPSC

2.  Ilic, D., & Ogilvie, C. (2022). Pluripotent stem cells in clinical setting – new developments and overview of current status. Stem Cells. https://doi.org/10.1093/stmcls/sxac040

作者 

吴同德

高级非临床顾问

拥有复旦大学生物化学与分子生物学硕士学位和亚利桑那大学的药理毒理学博士学位。在北卡罗莱纳大学教堂山分校完成博士后研究后，在北卡罗莱纳中央大学担任研究助理教授。从事毒理学研究超过15年，曾在《基因与发育》、《自然通讯》等杂志上发表多篇关于毒理学机制研究的论文。2021年加入德顺达（现为“ELIQUENT 埃立康”），主要从事基因和细胞疗法相关的非临床项目评估和咨询工作。是持有美国毒理学委员会资格证（Diploma of American Board of Toxicology，DABT）和监管事务资格证（Regulatory Affair Certificate，RAC）双重认证的监管毒理学专家。

业务咨询，敬请垂询：

info_china@eliquent.com

+86 21 6082-1970

关于ELIQUENT

ELIQUENT生命科学公司由六家全球监管咨询公司（ DataRevive、Validant、Greenleaf Health、Oriel Stat-a-Matrix、IDEC、RApport）合并而成，汇集了前所未有的团队阵容：法规监管领导者、行业精英和技术专家，为全球生命科学创新企业提供获得和维护产品法规监管批准所需的解决方案，支持制药公司、生物技术公司、医疗器械公司和组合产品公司等从容应对复杂的监管环境。

更多资讯，请访问 

www.eliquent.com