前言
Preface
文 l 王晶晶幹細胞是當今生物醫學領域最熱門的領域之一，國內外也湧現越來越多的幹細胞研究企業，被譽為「人類醫療史上的第三次革命」的幹細胞技術越來越多的應用於臨床，成為解決眾多臨床未滿足需求的重要主力軍，為許多過去無計可施的疾病帶來治療的新希望。本文從幹細胞市場情況、種類、成藥性、國內政策環境、專利情況、臨床應用及幹細胞成藥目前面臨的挑戰等方面進行闡述。
第 55 期
作者 l 王晶晶
來源 l 維渡縱橫（WeDimension）
幹細胞是當今生物醫學領域最熱門的領域之一，其具有自我更新能力、多向分化潛能和高度增殖能力等多種生物學特性。因此，幹細胞可能顛覆常規治療手段，在治療多種重大疾病方面有著極大潛能，被稱為醫學界的「萬用細胞」。
幹細胞(stem cells，SC)是人或動物從受精卵到成體的發育過程中，在胚胎或成熟組織中存在的一類具有無限或者相對持久的自我更新能力和多向分化潛能的細胞。幹細胞用途廣泛，建立動物和人類疾病模型、用於藥物開發和篩選；再生醫學領域應用於細胞組織和器官的修復和移植治療、基因治療以及美容抗衰老。本文從幹細胞市場情況、種類、成藥性、國內政策環境、專利情況、臨床應用及幹細胞成藥目前面臨的挑戰等方面進行闡述。
一
幹細胞市場潛力
目前，從上遊的幹細胞存儲、中遊的幹細胞藥物開發到下遊的幹細胞治療，圍繞幹細胞的產業鏈體系已初具規模。
整個幹細胞市場規模巨大，根據Market Research和Transparency Market Research研究顯示，2020年全球市場預計超過1700億美元；從市場分布來看，北美是全球最大的幹細胞市場，西歐和亞太的市場佔比分別為38%和17%。
來源：動脈網
據前瞻產業研究院數據顯示，2020年我國幹細胞治療產業市場規模將超1400億元，年複合增長率超過30%。
來源：動脈網
幹細胞治療疾病的原理體現在兩個方面：
幹細胞分化療法，幹細胞通過體外提純、增殖、定向培養，然後注入到病變的組織內，在目標組織內的微環境的作用下，長出新的細胞與組織，彌補組織細胞的衰老、死亡、損傷，使得病變的組織與細胞恢復健康。
幹細胞分化療法
幹細胞旁分泌療法，幹細胞注入目標組織後，可以通過分泌出各種蛋白質、酶與因子，來促進現有組織祖細胞分化成組織細胞修復受損組織與生長新的組織。
旁分泌療法
二
幹細胞的種類
幹細胞製劑作為幹細胞臨床應用的產品，主要包括人成體幹細胞和多能幹細胞。
01
成體幹細胞
人成體幹細胞是指存在於一種已經分化組織中的未分化細胞，這種細胞能夠自我更新並且能夠特化形成組成該類型組織的細胞。成體幹細胞存在於機體的各種組織器官中。人成體幹細胞包括各種組織來源的造血幹細胞、間充質幹細胞、神經幹細胞和各種類型的祖細胞。臨床應用或研究較為廣泛的成體幹細胞包括造血幹細胞和間充質幹細胞等。
>>> 造血幹細胞
成體幹細胞的研究始於20世紀60年代人們對造血幹細胞(hematopoietic stem cells, HSCs)的研究。HSCs 是血液系統中的成體幹細胞，是一個異質性的群體，具有長期自我更新的能力和分化成各類成熟血細胞的潛能，是目前研究得最為清楚、應用最為成熟的成體幹細胞。臨床治療中，造血幹細胞移植廣泛應用於血液系統疾病以及自身免疫疾病。
>>> 間充質幹細胞
間充質幹細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）是一類來源於人體中胚層、存在於多種組織（骨髓、臍帶、胎盤、脂肪組織等）、具有多向分化和自我更新潛能的非造血類幹細胞。間充質幹細胞具有特殊的免疫調控特性，能夠多方面同時進行作用，對某些免疫性疾病如多發性硬化症進行調控治療。
02
多能幹細胞
多能幹細胞（pluripotent stem cell, PSC）包括胚胎幹細胞（embryonic stem cells, ESCs）和誘導多能幹細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）。
>>> 胚胎幹細胞
胚胎幹細胞（ESC）是從早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細胞，它具有體外培養無限增殖、自我更新和多向分化的特性。通過添加特定因子或小分子調控幹細胞內信號通路，將人胚胎幹細胞定向分化為各類型細胞，如神經元細胞、膠質細胞、肝細胞、胰島細胞、心肌細胞等其他類型的細胞。上述人胚胎幹細胞來源功能細胞可以直接用於患者體內移植，也可先與細胞外基質等生物材料混合，通過生物3D列印製備具有一定外形和生物學功能的器官或組織，再用於患者體內移植。
>>> 誘導多能幹細胞
2006年日本京都大學Shinya Yamanaka在世界著名學術雜誌《細胞》上率先報導了誘導多能幹細胞（iPSC）的研究。他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉錄因子基因克隆入病毒載體，然後引入小鼠成纖維細胞，發現可誘導其發生轉化，產生的iPS細胞在形態、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與胚胎幹細胞相似。
03
成藥性
幹細胞製劑要想應用於臨床治療，需要經過組織材料獲得、幹細胞製備、體外細胞質量檢測、體內動物試驗評價和臨床試驗等過程，進行嚴格的細胞質量、安全性和生物學效應等方面檢測。
成體幹細胞獲取相對容易，致瘤風險低，為目前研究比較多的幹細胞治療手段，但成體幹細胞的體外擴增能力和分化潛能有限，限制了成體幹細胞製劑的規模化生產和臨床適應症的選擇。
多能幹細胞具有體外無限擴增和分化為所有三胚層細胞的能力，因此，在臨床轉化中比成體幹細胞更具有應用價值。因多能幹細胞具有致瘤性，要將其誘導分化為功能細胞進行臨床應用。與人胚胎幹細胞相比，誘導多能幹細胞不同個體細胞的重編程能力和增殖分化能力差異較大，探索較優的生產工藝參數範圍面臨著較大挑戰。人胚胎幹細胞來源的功能細胞製備過程相對更易於實現標準化，有利於幹細胞製劑的規模化生產，並形成質量穩定的產品，因此，人胚胎幹細胞來源的功能細胞可能是目前最具有成藥潛能的細胞。
三
政策環境
從2015年至今，國家各部委相繼出臺一系列支持幹細胞技術研發與轉化的政策及技術指導文件，旨在推動幹細胞技術研發及臨床轉化。
2015-2020年幹細胞政策及指導文件
四
全球專利情況
01
全球專利發展趨勢
幹細胞技術相關專利截至 2019年4月7日，共檢索到 62491 件專利申請，分布於全球多個國家或地區。專利於 2002-2012年的十年間呈穩定增長趨勢，2012-2015年幹細胞技術發展快速，專利家族增長速度相比於 2002-2012 年的增長速度更快。專利家族增長速度的快慢和技術本身是否存在突破性進展通常與當下幹細胞研究水平或相關政策有關。
全球幹細胞相關專利家族在不同年份的申請量
02
全球專利區域分布
幹細胞技術相關專利在不同國家或地區的申請量和該技術的應用與市場前景，以及國家政府對幹細胞研究、開發及應用的政策有關。美、中、日、韓及歐洲是幹細胞技術相關專利的主要申請國家或地區，其中美國以 11978件幹細胞相關專利申請佔全球專利申請總量的19.16%。中國以 10727 件專利申請位居第二。
03
全球專利產業鏈分布
幹細胞技術所屬的再生醫學產業鏈分為上、中、下遊，各個環節又可以細分到一些技術領域，其中，幹細胞獲取屬於上遊產業，其主要業務模式為臍帶血幹細胞、臍帶間充質幹細胞、脂肪幹細胞等幹細胞物質的採集及貯存，專利數量佔比20%左右；幹細胞增殖、幹細胞誘導分化技術及產品研發屬於中遊產業，其主要業務模式為以幹細胞產品製造或通過向醫院提供幹細胞技術體系並收取技術服務及技術使用權轉讓費獲得收益，專利數量佔比41%；各類幹細胞移植、藥物篩選及治療美容業務屬於下遊產業，主要包括一些開展幹細胞治療的醫療機構和製藥企業，專利數量佔比39%。中下遊幹細胞製備和臨床使用的專利共佔比80%。
04
全球幹細胞相關技術分布
據統計，Incopat 資料庫檢索到的幹細胞技術有關的專利中，39.9%是幹細胞基因編輯技術、細胞重編程方法以及幹細胞的增殖、分化等幹細胞技術；27.3%是細胞製劑以及細胞製劑在化妝品或治療領域的應用技術。每年幹細胞的基礎技術專利公開的數量均在不同程度上高於幹細胞應用技術的專利公開量，自 2015 年起幹細胞應用技術的專利公開量開始大幅增長，其原因可能和幹細胞基礎技術的快速發展有關。
五
臨床應用
01
眼科疾病
2012 年，美國先進細胞公司( advanced cell technology， ACT，後改名為 Astellas 公司) 在國際上首次開展人胚胎幹細胞來源的視網膜色素上皮細胞移植治療老年性黃斑變性和青少年黃斑變性臨床試驗，初步證明了幹細胞治療視網膜疾病的臨床安全性。之後國內外開展了多個幹細胞治療視網膜疾病的臨床研究，細胞來源包括人胚胎幹細胞來源的視網膜色素上皮細胞、自體誘導多能幹細胞來源的視網膜色素上皮細胞、異體來源的視網膜祖細胞等，針對的疾病包括老年性黃斑變性（乾性或溼性）、青少年黃斑變性、視網膜色素變性等。由於成體視網膜祖細胞獲取受限，並且批次間的質量和生物學特徵一致性難以保證，所以人胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞誘導分化為視網膜祖細胞將有較好的臨床前景。但同時，對於細胞移植技術、長期療效的維持、移植細胞與宿主的有效整合問題還需重點關注。
02
神經系統疾病
帕金森病、阿爾茨海默症、亨廷頓病、多發性硬化症等都是老年人神經系統常見退行性疾病，人胚胎幹細胞、間充質幹細胞、誘導多能幹細胞、神經幹細胞都可以分化得到多巴胺能神經元，用於退行性疾病的治療，但如何選擇最適合用於移植治療的細胞、長期存活率、表型穩定性、純度、成瘤性等問題仍需通過不斷的研究去解決。2017年，中國科學院動物研究所和鄭州大學第一附屬醫院聯合開展人胚胎幹細胞分化細胞治療帕金森病的I/IIa期臨床研究，也為我國能儘早實現通過幹細胞治療帕金森病帶來了希望。
03
心血管疾病
心血管疾病是我國主要的死亡原因之一, 並且發病率呈逐年上升趨勢。幹細胞治療可應用於急性心肌梗死、缺血性心肌病、心臟移植後出現的缺血再灌注損傷以及其他心血管疾病的治療。間充質幹細胞通過旁分泌機制，促進新生血管形成增加灌注，趨化其他細胞參與心肌修復等，改善心臟功能。而人胚胎幹細胞、誘導多能幹細胞都可以分化為心肌細胞，有望替代受損的心肌細胞，從而實現心臟的再生。
04
肝臟疾病
幹細胞療法作為一種新的醫療技術，在多種肝臟損傷和疾病中發揮重要作用。成熟肝細胞用來治療代謝性和終末期肝臟疾病已經有很多臨床前和臨床研究。實驗證明人胚胎幹細胞可以分化為肝細胞，間充質幹細胞也能夠在特定的條件下通過分化生成肝樣細胞，並參與肝臟疾病中的免疫調節、細胞增殖和損傷修復等。但從科學研究到臨床應用的轉變，還需要更深入的了解幹細胞和肝臟生物學。
05
糖尿病
傳統治療方法通常沒辦法根治糖尿病，胰島β細胞功能衰竭和胰島素抵抗是糖尿病的主要機制，目前已有一些臨床研究證實幹細胞可通過改善胰島β細胞功能、改善外周組織胰島素抵抗達到改善血糖的目的，但幹細胞治療糖尿病還需要通過大樣本的隨機、雙盲、對照試驗來充分驗證其臨床有效性和安全性。同時，對幹細胞治療糖尿病分子調控機制的研究，以及幹細胞規模化生產、免疫源性等問題還需要完善解決。
06
口腔醫學
目前，牙髓、牙周膜、牙齦、牙囊等牙源性成體幹細胞用於牙齒和牙周組織再生、頜面骨修復、血管再生等口腔醫學的治療，動物實驗研究已逐漸成熟，開始探索幹細胞聯合新療法對牙本質和牙髓再生的促進作用。乳牙牙髓幹細胞作為理想的幹細胞來源，在口腔幹細胞移植治療中有良好的應用前景。
六
全球研究進展
幹細胞治療的產業化還處於起步階段。自2009年國際上首款幹細胞藥物獲批上市以來，至今全球共有十餘款幹細胞藥物上市，涉及的適應症包括急性心梗、退行性關節炎、移植物抗宿主病、克羅恩病、赫爾勒症候群、血栓閉塞性動脈炎等。歐洲、美國、加拿大、韓國、日本均已有幹細胞藥物上市，邁出了幹細胞產業化發展的第一步。細胞來源包括不同組織來源的自體間充質幹細胞、造血幹細胞等，異體來源細胞較少，其中大多數為條件性批准。我國目前幹細胞監管政策實行「雙軌制」：1、作為醫療技術，向國家衛健委申報醫療機構/項目備案，截止2019年9月，幹細胞臨床研究備案機構118家，幹細胞臨床研究備案項目一百餘項；2、作為藥品（治療用生物製品），報國家藥監局申請上市。目前，我國還未有幹細胞產品獲批上市。
雖然全球幹細胞作為藥品上市目前還很少，但全球範圍內有大量的幹細胞臨床試驗正在進行。截至2020年9月, 美國ClinicalTrials網站(https://ClinicalTrials.gov)註冊幹細胞相關臨床研究8100餘項, 其中美國4026例, 歐洲1923例, 中國657例，僅次於美國和歐洲各國。成體幹細胞佔大部分，人胚幹細胞來源和誘導多能幹細胞來源的細胞產品也分別有百餘項正在或已經完成的臨床研究。我國目前共有11個幹細胞產品通過新藥註冊申報獲批進入臨床研究，涉及的適應症包括炎症性腸炎、特發性肺纖維化、難治性急性移植物抗宿主病、類風溼關節炎、膝骨關節炎、缺血性腦卒中、糖尿病足潰瘍、新冠肺炎引起的急性呼吸窘迫症候群等。細胞來源大部分是不同組織來源的間充質幹細胞，以及人胚幹細胞來源的M細胞、自體成體肺幹細胞、脂肪間充質祖細胞。
全球代表性公司及幹細胞產品概覽
七
幹細胞成藥性的挑戰
目前正在開展臨床研究的幹細胞產品包括來源於人胚胎幹細胞（human embryonic stem cell，hESC）和人誘導多能幹細胞（human induced pluripotent stem cell，hiPSC）的細胞產品，也包括具有組織特異性分化能力的成體幹細胞產品（以間充質幹細胞居多）。其中 hESC和 hiPSC 均屬於人多能幹細胞（human pluripotent stem cell, hPSC）產品。下面分別介紹間充質幹細胞和人多能幹細胞成藥面臨的挑戰。
01
間充質幹細胞
間充質幹細胞作為藥品應用於臨床需要按照藥品的生產工藝和質量標準經藥品審評中心審評才能批准上市。關鍵點主要包括以下幾個方面：
>>>
生產用原材料
生產用原材料主要包括供者細胞/組織和細胞分離、培養所需的試劑等。MSC 的功能受供者細胞和組織的健康程度、分離培養、保存運輸方式影響很大。分離培養所需要的消化酶、培養基、生長因子、血清等原材料重點關注使用的必要性和合理性、儘量避免動物源性材料，高風險的原材料應進行殘留量控制。
>>>
生產工藝
生產條件要符合藥品生產質量管理規範 (Good Manufacturing Practices, GMP) 。MSC生產工藝通常包括供者組織獲取、細胞分離、細胞擴增培養和細胞凍存等步驟，重點關注以下幾方面：
因分化增殖能力有限，規模化生產的批間一致性問題是重點；工藝參數方面，細胞鋪板密度、培養時間、選擇合適的細胞群體倍增代次、過程控制措施等對產品質量的影響至關重要；MSC 製品多採用細胞凍存製劑，輔料、凍存降溫速率等關鍵技術參數的研究。
>>>
質量研究
MSC 質量研究包括分子標誌物和分化潛能、成瘤性、鑑別和效價、免疫調節活性、體內分布及歸巢能力、純度和雜質等幾個方面。
分子標誌物和分化潛能：根據細胞來源和培養方式, 儘量發掘和檢測細胞的特異性標誌物,綜合評估細胞的生物學功能和臨床應用潛力。成瘤性：成瘤性是細胞治療產品較大的風險之一，當前對於長時間存活於人體內的 MSC 的成瘤風險仍不明確。鑑別和效價：MSC 的鑑別和效價測定是 MSC作為藥物申報時質量研究的重點, 反映其有效性, 並可衡量批間差異。MSC 和宿主免疫細胞間的相互作用可能是預測MSC 體內效應的一個指標。MSC的分泌因子含量是反映其旁分泌作用的常用指標。免疫調節功能：MSC的細胞數量、與免疫細胞的距離、受體的激活和炎症細胞因子的分泌與MSC的免疫調節功能有關。MSC產品的免疫調控功能需根據免疫學研究進展和產品質量研究的需要具體分析。純度和雜質：雜質主要包括非目標細胞和原材料殘留等。採用有效方法對非目標細胞和高風險原材料的殘留量進行控制。
02
多能幹細胞
hPSC 來源細胞治療產品的原材料多樣、生產工藝複雜且質量變異性強，目前仍處於人體應用的安全性和有效性探索期。目前對幹細胞產品風險評估的認知有限，一些特殊的細胞產品可能會突破現有標準體系，相關藥學評價還需不斷探索。關鍵點主要包括以下幾個方面：
>>>
生產用原材料
多能幹細胞作為生產用原材料，需要建立多能幹細胞庫，開展傳代穩定性研究，明確傳代代次，並限定生產中使用的細胞代次。對於細胞因子、抗體、重組蛋白等其他原材料也應重點關注來源和質量。對於滋養層細胞和血清的使用，應儘量減少動物源的成分引入。
>>> 生產工藝
多能幹細胞來源的幹細胞產品生產工藝挑戰主要體現在：
從起始細胞到胚層階段、前體細胞、中間分化階段和終末分化階段細胞的精準調控；
終末分化細胞在擴增的同時如何控制其不再進一步分化或轉分化；
細胞的遺傳穩定性、外源因子或外源細胞可能的汙染問題對安全性至關重要，也應重點關注。
>>> 質量研究
多能幹細胞來源細胞產品質量研究重點關注微生物安全性、分子標誌物、分化潛能、成瘤性、純度和雜質、生物學活性等方面。
微生物安全性：安全性是所有藥品的首要關注點，細菌、真菌和支原體等微生物汙染是導致臨床試驗出現嚴重不良反應的高危因素。
分子標誌物和分化潛能：不能照搬文獻報導的特定種類細胞的分子標記物，要對申報工藝生產的臨床試驗樣品進行分子標誌物研究。
成瘤性：是限制多能幹細胞臨床應用的主要因素，細胞增殖傳代及分化過程的惡性轉化、成品中殘留的多能幹細胞、誘導多能幹細胞可能因基因編輯導致的基因突變和染色體變異等都可能導致成瘤，要通過控制細胞培養和定向誘導分化工藝，去除這些高成瘤因素。同時，建立有效的成瘤性檢測方法。
純度和雜質：與其他藥品一樣，純度和雜質對藥品的安全性和有效性至關重要，對於幹細胞藥物，應合理控制原材料殘留和非目標細胞等雜質含量。
生物學活性：除常規的幹細胞製品生物學活性檢測之外，還應結合擬用於臨床治療作用機制的生物活性質控方法。
八
總結和展望
幹細胞治療研究仍需要攻克無數的難關, 需要大量的臨床前和臨床研究對細胞治療的安全性和有效性進行全面評價。但是，伴隨著幹細胞科學的不斷深入、幹細胞技術的快速發展、幹細胞監管法規的日益完善，幹細胞技術在幹細胞移植、幹細胞新藥、幹細胞組織器官修復等眾多領域的應用將越來越廣泛，其所針對的適應證將逐年增加。國內外也湧現越來越多的幹細胞研究企業，如：Mesoblast（MESO）、Osiris（OSIR）、Pluristem（PSTI）、Athersys（ATHX）、Vericel（VCEL）、BrainStorm（BCLI）、FCB-pharmicell、medipost、anterogen、漢氏聯合、貝來生物、愛薩爾、西比曼、鉑生卓越、北科生物、博雅控股、澤輝生物等，以及一些綜合製藥企業也開始發力幹細胞治療領域，如輝瑞、安斯泰來、天士力、九芝堂、復星醫藥等，爭取將被譽為「人類醫療史上的第三次革命」的幹細胞技術早日推向臨床，成為解決眾多臨床未滿足需求的重要主力軍，為許多過去無計可施的疾病帶來治療的新希望。
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作者簡介
王晶晶，瀋陽藥科大學藥物化學碩士，執業藥師，成長基金高級投資經理，專注於大健康領域股權投資。曾任人福醫藥集團、海思科醫藥集團市場經理，遼寧格林生物藥業集團研發經理等職務。