免疫细胞治疗行业的整体逻辑与干细胞治疗行业区别较大,在此不做详细阐述。
干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下可以分化成多种功能细胞,具有再生各种组织器官的潜在功能。干细胞可分为:全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。
全能干细胞是指指受精卵到卵裂期32细胞前的所有细胞,具有无限分化潜能,能分化成所有组织和器官的干细胞,具有完整个体的潜能。
多能干细胞是指分化出多种细胞组织的潜能,但失去了发育成完整个体的能力的干细胞。(典型代表:iPS细胞)
专能干细胞是指由多能干细胞进一步分化而成的干细胞。(典型代表:造血干细胞)
临床使用的第一代干细胞治疗产品,主要是成体干细胞,诸如造血干细胞和间充质干细胞。第一代干细胞的治疗产品的特点是直接向患者体内补充干细胞。临床使用的第二代干细胞治疗产品为多能干细胞(PluripotentStemCells,PSC),以胚胎干细胞(EmbryonicStemCells,ESC)和诱导性多能干细胞(inducedPluripotentStemCells,iPSC)为代表。通过在体外加入不同的细胞因子组合,将多能干细胞可控地诱导分化为功能性成体细胞,将得到的成体细胞移植到患者体内以替代失去正常功能的细胞是第二代干细胞治疗产品的特点。
第一代干细胞治疗之造血干细胞治疗:
最早在60多年前,骨髓移植(造血干细胞移植的前身)就已经应用于治疗恶性血液疾病。造血干细胞(HematopoieticStemCells,HSCs)是我们了解最多的成体干细胞,也是真正意义上的干细胞,可复制,亦可分化。临床上主要用于放疗/化疗之后补充造血干细胞,进而重塑整个造血系统和免疫系统。骨髓移植发展至今已经完成了3代的技术迭代。第一代造血干细胞移植技术成熟于年代。其技术特点是利用脊髓穿孔直接抽取供体的造血干细胞。这项技术的优点是无需存储造血干细胞,缺点是配型成功率低(只有十万分之几)。目前,第一代造血干细胞移植已被替代。第二代造血干细胞移植技术成熟于年代。其技术特点是向供体输入G-CSF因子动员造血干细离巢,从外周血中分离造血干细胞后,再向受体外周血中回输。这项技术的缺点是病人需要终身服用抗排异药物。第三代造血干细胞移植技术成熟于年代。其技术特点是收集存储新生儿的脐带血满足自体或直系亲属的治疗需求。这项技术的局限是细胞数量有限,仅限于25Kg以下儿童使用。
造血干细胞移植可以治疗许多血液病,包括:血液系统恶性肿瘤,如急性白血病、慢性粒细胞白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤、骨髓增生异常综合征等,某些血液系统非恶性肿瘤,如重型再生障碍性贫血、地中海贫血。
第一代干细胞治疗之间充质细胞治疗:
间充质细胞(MSCs)来源于发育早期的中胚层,在体内或体外特定的诱导条件下,可分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、肌腱、韧带等多种组织细胞,连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能。年,《NatureReviewImmunology》提出MSCs的作用方式为“TouchandGo”(接触后离开),即MSCs通过其快速迁移到受损的器官,并释放应激诱导的治疗分子后被机体清除,发挥细胞替代作用。目前,大量研究证明MSCs分泌的细胞因子可以起到免疫调节,抗凋亡,促进血管生成,激活患者自身干细胞等功能。
截至年,14款间充质细胞治疗产品已经获批上市,详细情况汇列如下表:
年,以上产品全球的市场销售额为1.7亿美元,预计至年底将达到2.2亿美元。目前,我国多家企业间充质细胞产品已经完成临床备案,还没有产品获批上市。
第二代干细胞治疗之胚胎干细胞
胚胎干细胞(ESCs,简称ES、EK或ESC细胞)是早期胚胎(原肠胚期之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞,它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境,ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。
年,詹姆斯·汤姆逊(JamesThomson)首次从人胚胎组织中分离出了胚胎干细胞并实现体外培养。“人类胚胎干细胞”研究成果就在《科学》杂志中摘得了年世界十大科技进展的榜首,随后,年的《TIME》周刊又将其评选为“20世纪末世界十大科技成就”之首,第二代干细胞治疗产品开始进入临床研究阶段。年以后,干细胞治疗产品开始广泛用于糖尿病、神经损伤、红斑狼疮、肝病的临床研究。年,MartinEvans因为在胚胎干细胞领域开创性的工作,获得诺贝尔生理学或医学奖。年,美国FDA批准胚胎干细胞临床试验,治疗脊髓损伤(生成少突胶质前体细胞)。年,美国FDA又批准胚胎干细胞临床试验,治疗黄斑变性(生成视网膜色素上皮RPE)。年,美国FDA批准胚胎干细胞临床试验,治疗I型糖尿病。
目前,全球范围内共有4条基于胚胎干细胞分化技术开发的细胞治疗产品进入临床,详细情况汇列于下表:胚胎干细胞研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦理之争。主要围绕两个问题而展开:一是如何看待胚胎。ES细胞主要有三个来源:⑴(自然和人工)流产的胚胎;⑵辅助生殖剩余的胚胎;⑶通过体细胞核转移术得到的胚胎。不管哪一个来源,提取ES必定会损毁胚胎。于是,胚胎是不是生命,是不是人,研究ES细胞是不是“毁灭生命”、“杀人”,全面商业化应用后会不会刺激非法堕胎,很自然地成为争论的焦点。
总之,胚胎干细胞来源的合规性限制了技术的大规模商业化应用。
第二代干细胞治疗之iPS细胞
iPS细胞的英文全称为Inducedpluripotentstemcells,中文全称是诱导性多能干细胞,是由体细胞经重编程而成的干细胞,具有和胚胎干细胞类似的发育潜能。典型的制备工艺为向上皮组织等细胞中导入特定基因或是特定细胞因子或特定的小分子化合物,使该体细胞重新获得与同胚胎干细胞类似的多功能分化能力,并且可以持续增生分裂。
年,山中伸弥研究团队经逆转录病毒转染小鼠成纤维细胞,首次合成诱导多能干细胞,第一代“山中四因子”法,重编程iPS成功率的比例为0.01%-0.1%;年,威斯康星-麦迪逊大学JamesThomson(CDI创始人)和山中伸弥课题组分别用不同的细胞因子实现了人员成纤维细胞的重编程;年,Melton(Semma创始人)研究了组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂丙戊酸代替c-Myc,降低了iPS细胞的成瘤风险,提高重编程效率倍;年,Blelloch证实了胚胎干细胞特异microRNA分子(如miR-、miR-和miR-)的表达,可以提高多能细胞诱导效率。
年,山中伸弥因发现完整的特定成熟细胞如何在老鼠体内重组成为非成熟干细胞,并发现通过引入特定基因,将特定成熟细胞重新编程为诱导多功能干细胞的方法,获得诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔奖评选委员会认为,这些突破性的研究完全改变了人类对自身发展和细胞分化的认识,通过对人体细胞的重新编程,科学家为疾病治疗找到了新突破口。此次获奖标志着iPS细胞做为胚胎干细胞的完美替代品的地位得到了学术界的一致认可。
年,来自日本理化研究所(RIKEN)的高桥雅代(MasayoTakahashi)研究团队使用患者自体细胞衍生的iPSC成功治疗了一名AMD患者。该患者进行了双眼白内障手术,但病变没有得到好的控制,疾病持续发展。高桥雅代团队使用患者自己的皮肤细胞重编程得到了iPSCs,分化为RPE细胞,进而将该细胞制备成一个1.3mm×3.0mm的薄片。年9月,研究人员将细胞片移植给了患者右眼。术后3个月,研究人员在患者的右眼中发现了大量存在的功能性RPE细胞,成功阻止了疾病的进展。试验结果发表在《新英格兰医学杂志》上,也是世界上第一例iPSCs治疗的临床试验,证明了iPSCs在人体内使用是安全的。
于年3月,住友公司耗资3.4亿美元的Sumitomo再生医学和细胞治疗制造厂在日本大阪开业,提供商业化的符合临床试验要求的iPSC。
随着iPS细胞的制备和扩增技术的成熟和监管政策的明确,目前的研究热点已经变成iPS细胞的分化和临床应用。目前,在世界范围内,已经有14种基于iPS细胞分化技术的细胞治疗产品进入临床试验阶段。详细情况汇列于下表:总之,iPS细胞来源的合规性好,分化能力强,是胚胎干细胞的完美替代者,未来是再生医学发展的方向。
供稿:李萌
图文编辑:胡志洁
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