概述：過去十年，轉化干細胞研究領域取得了巨大進步。分化方案的開發和完善，使我們能夠以高效和符合良好生產規范的方式，從人類多能干細胞（hPSC）中生成一系列細胞類型，如胰腺β細胞和多巴胺能神經元。因此，利用hPSC衍生細胞替代丟失或功能障礙細胞的幾項臨床試驗已經啟動，證明了其安全性和有效性。在此，我們將重點介紹一些基于hPSC的成功試驗，這些試驗報告了早期療效跡象，并討論了細胞療法臨床轉化過程中常見的挑戰。
多能干細胞療法的臨床轉化：成功與挑戰
介紹
1998年首次衍生出人類胚胎干細胞 (hESC) ，隨后于2007年通過體細胞重編程突破性地產生了人類誘導多能細胞 (hiPSC) 。人們期望基于人類多能干細胞（hPSC）的新型再生療法可以徹底改變慢性病的治療。hPSC的特點是無限的自我更新能力和分化潛力，因此代表了細胞替代療法的理想來源，用于治療特定細胞類型功能失調或丟失的疾病。然而，hPSC技術經過大約二十年的技術發展才成熟到產品開始進入多種疾病和大量臨床試驗的階段。
現在，該領域已達到短期安全性臨床報告以及早期療效證據開始出現的階段（表1）。在即將進行的III期研究中對此類結果的前瞻性證實（參見詞匯表，專欄1）確實可能標志著再生醫學新時代的開始。在本次聚焦中，我們討論了與基于hPSC的細胞療法的臨床轉化相關的挑戰，并強調了臨床試驗中有希望的進展。
- 年齡相關性黃斑變性（AMD）：一種以中心視力喪失為特征的疾病。它是由視網膜中央部分（黃斑）細胞的進行性功能障礙和變性引起的。干性形式的特點是黃斑內有玻璃膜疣沉積，而濕性形式則涉及通過從下面的脈絡膜穿透滲漏血管來破壞RPE層（圖2）。
- 先進治療藥品（ATMP）：一種基于基因、細胞或組織療法的藥物。
- 臨床試驗：研究旨在評估研究藥物對人類受試者的影響。它們分為三個階段：I、II和III。I期臨床試驗是對藥品進行首次人體測試以評估安全性。對于細胞療法，這通常與I/IIa期試驗中的早期療效評估和劑量探索相結合。II期臨床試驗在大量人類受試者中評估安全性和有效性終點。III期臨床試驗證實了臨床療效。
- 地理萎縮：干性AMD的一種晚期形式，其特征是視網膜萎縮性病變。
- 良好實驗室規范 (GLP)：一套關于計劃、執行、監測、記錄、報告和存檔非臨床安全性研究的組織流程和條件的規則和標準。
- 良好生產規范 (GMP)：藥品制造商在其生產過程中必須滿足的最低標準。
- 內側顳葉癲癇（MTLE）：成人癲癇的一種常見形式，其特征是局灶性癲癇發作，通常由于興奮性和抑制性神經元活動不平衡而在海馬體中出現。
- 作用方式（MoA）：細胞治療產品發揮作用的過程。
- 帕金森病（PD）：一種神經退行性疾病，其特征是黑質中的多巴胺能神經元選擇性喪失，導致震顫和運動遲緩等運動癥狀。
- 概念證明（PoC）：證明細胞療法在某種疾病情況下是可行且有效的。臨床前PoC通常在動物模型中產生，而臨床PoC則通過I期和II期臨床試驗在人類受試者中建立。
- 斯塔加特黃斑營養不良癥：由ABCA4基因序列變異引起的遺傳性眼病。它是最常見的兒科黃斑變性。
- 血小板減少癥：一種以血液中血小板數量異常低為特征的疾病，會導致出血并發癥。
- 1型糖尿病 (T1D)：一種自身免疫性疾病，胰島β細胞丟失，導致胰島素缺乏和高血糖。
圖1：將細胞療法應用于臨床的步驟。
- (A) 從研究到上市的各階段示意圖。在發現階段進行臨床前概念驗證（PoC）之后，細胞產品要在動物模型中進行非臨床研究，以證明其安全性和有效性，從而為臨床試驗授權（CTA）申請提供支持。與此同時，還要進行質量和工藝開發，即化學、制造和控制（CMC），包括原材料鑒定、分析測試開發和規格制定。獲得監管部門批準后，細胞產品將在一小部分患者中進行測試，通常是在I/II期聯合試驗中進行，以評估安全性、劑量并提供早期療效評估（臨床PoC）。在申請市場準入許可（MAA）之前，臨床療效將在II期和III期試驗中得到進一步評估。
- (B）臨床前階段的主要步驟。這些步驟包括細胞產品和任何必要設備的開發和表征，以及移植到小型（也可能是大型）動物模型上。GMP，良好生產規范。
- (C) 非臨床研究中需要評估的關鍵參數。這些參數包括細胞產品的質量、安全性和有效性。
圖2：使用hPSC衍生細胞產品進行開創性臨床試驗時所涉及的細胞類型和注射部位的圖示。
- (A) 將合成膜上的一片視網膜色素上皮 (RPE) 植入視網膜下腔，用于治療濕性年齡相關性黃斑變性 (AMD)。插圖顯示視網膜細胞層，包括光感受器、RPE、布魯赫膜和脈絡膜。已經啟動了多項臨床試驗來評估AMD的細胞治療產品，但本文并未涵蓋所有試驗。使用RPE貼片方法的I/II期臨床試驗的例子有NCT01691261（英國）和NCT02590692（美國）。其他試驗涉及懸浮液中的RPE樣細胞的遞送，例如NCT01344993（美國）。
- (B) 用于治療1型糖尿病的胰腺β細胞通過直接輸注至肝門靜脈或皮下植入封裝裝置內來施用。評估這些治療策略的I/II期試驗包括NCT02239354、NCT04678557、NCT03163511、NCT04786262和NCT05791201（美國/加拿大）。
- (C) 將多巴胺能神經元祖細胞注射到殼核中以治療帕金森病。多個團隊正在進行I/II期試驗的臨床評估：UMIN000033564（日本）、NCT04802733（美國/加拿大）、NCT05635409（瑞典/英國）和NCT05887466（韓國）。
- (D) 將抑制性GABA能中間神經元移植到海馬區，用于治療內側顳葉癲癇。I/II期試驗NCT05135091（美國）正在進行臨床評估。
臨床試驗有望取得進展
針對年齡相關性黃斑變性患者的臨床試驗首次顯示出臨床療效
Geron試驗之后，基于hPSC的療法首先針對的疾病之一是年齡相關性黃斑變性（AMD）——一種導致失明的主要原因。AMD的特征是由于底層視網膜色素上皮(RPE)損傷而導致視網膜中感光細胞進行性退化(圖2A)。將從患者周邊視網膜分離的自體RPE斑塊移植到退化黃斑區域的努力提供了RPE替代的概念證明。
隨后，研究小組開始尋求基于hPSC的RPE替代，目前正在進行多項臨床試驗。
Advanced Cell Technology（后來稱為安斯泰來再生醫學研究所）進行的兩項平行臨床試驗（NCT01344993和NCT01345006）顯示了hESC衍生的RPE移植的初步安全性。細胞產物是通過胚體自發分化產生的，然后手動分離RPE細胞，隨后將其作為細胞懸浮液注射到視網膜下腔中。這些相對簡單的制造和交付程序允許早期進入臨床。
該臨床研究于2011年啟動，涉及伴有地理萎縮的終末期干性AMD個體和患有斯塔加特黃斑營養不良癥的個體，后者是兒童黃斑變性的最常見原因。移植的細胞耐受性良好，沒有與移植物相關的嚴重副作用，并且在大多數患者中觀察到治療區域的視網膜下色素沉著增加，表明RPE細胞存活。在移植后的第一年，少數接受治療的眼睛的視力略有改善；然而，缺乏實質性的功能改進。
倫敦治愈失明項目于2013年將一種更先進的基于hPSC的RPE細胞療法引入臨床測試。由Pete Coffey領導的團隊開發了一種貼片，該貼片由生物相容性合成膜上的hESC衍生的RPE單層組成（圖2A）。與懸浮的RPE細胞不同，該貼片可以輸送完全分化和極化的上皮層，增加功能整合到視網膜的機會。
此外，該團隊還開發了一種專用手術設備，可以提供覆蓋幾乎整個黃斑的完整補片。在小鼠和豬中完成非臨床研究后，該產品在一組被診斷患有濕性AMD的人群中進行了測試 (NCT01691261)。前兩名受試者的早期臨床數據顯示，移植后1年，整個斑塊上存在存活的RPE細胞。引人注目的是，兩名受試者的視力在早期治療糖尿病視網膜病變研究 (ETDRS) 字母表中顯著提高了29個和21個字母，閱讀速度分別從1.7字/分鐘提高到82.8字和從0字/分鐘提高到47.8字/分鐘。因此，這是第一個證明基于hPSC的療法在人類中具有令人信服功效的試驗。
Rogenic Patch Technologies ( NCT02590692 )進行的I/II期試驗中使用了類似的貼片方法，涉及將hESC衍生的RPE移植到合成膜上，這次針對患有晚期干性AMD的個體伴有地理萎縮。前五名受試者的早期結果顯示，四名受試者成功植入貼片，證明了可行性和短期安全性。在接受治療的個體中，其中一名受試者的視力提高了17個ETDRS字母，而其余受試者則沒有顯著改善。移植物存活和安全性在2年隨訪中得到證實。
這些研究共同證明hPSC衍生的RPE細胞療法確實可行且安全。此外，早期但令人信服的證據表明，RPE貼片移植對濕性AMD患者有效，強調了這種治療恢復視力的獨特潛力。因此，這些開創性的研究闡明了未來試驗中有關細胞產品、支架和遞送方法的設計以及合適的目標患者群體的選擇的重要考慮因素。
接受β細胞移植的1型糖尿病患者的早期療效報告
基于hPSC的細胞療法開發的另一個有前景的領域是治療1型糖尿病（T1D），這是一種慢性自身免疫性疾病，其中分泌胰島素和調節血糖的胰腺β細胞被破壞。尸體供體胰島組織的移植已經進行了數十年，證明同種異體胰島移植是有效的。多個研究團隊致力于開發指導胰腺祖細胞與hPSC分化的方案。該領域的一個挑戰是在體外產生成熟且有功能的β細胞。
2014年，Viacyte啟動了一項首次人體臨床試驗（NCT02239354），其中將hESC衍生的胰腺祖細胞裝入細胞不可滲透的免疫保護裝置中，并皮下輸送給T1D患者，無需免疫抑制。據報道，該治療安全且耐受性良好，沒有同種免疫或自身免疫反應的跡象；然而，由于移植和細胞存活率較差，可能是由于血液供應不足，該試驗被暫停。
更有希望的是Vertex Pharmaceuticals于2021年啟動的一項完全分化胰島細胞產品 ( NCT04786262 )正在進行的試驗的報告結果。
在該試驗中，細胞通過直接輸注至門靜脈進行肝內遞送，因此需要長期施用免疫抑制劑。新聞稿中報道了前六名接受治療的受試者的積極結果；所有受試者均表現出內源性胰島素產生，C肽水平在正常范圍內，前兩名受試者已完全獨立于胰島素藥物治療。盡管臨床數據尚未公布，但報告的療效非常令人鼓舞。
此外，Vertex Pharmaceuticals于2022年收購Viacyte后，該公司宣布啟動臨床試驗 ( NCT05791201 )，測試在新型免疫保護封裝裝置內輸送完全分化的胰島細胞的可行性。
多巴胺能神經元替代為帕金森病患者帶來希望
帕金森病是細胞替代療法的理想靶點，因為單個細胞類型（A9多巴胺能神經元）的選擇性缺失會導致運動功能受損。事實上，使用胎兒間腦組織進行細胞替代已經嘗試了三十多年，這些開創性的努力提供了證據，證明多巴胺能神經元可以成功移植并在大腦中長期存活，同時為某些個體提供顯著的癥狀恢復。然而，胎兒組織的異質性和供應不足限制了這種方法的臨床實用性。
為此，幾個研究小組同時開發了從hPSCs定向分化可移植多巴胺能祖細胞的方案。嚙齒類動物的移植研究表明，hPSC衍生的多巴胺能祖細胞在功能上等同于從胎兒間腦組織獲得的多巴胺能祖細胞，光遺傳學/化學遺傳學移植沉默實驗證實，行為恢復是由神經元活動依賴性多巴胺釋放誘導的。
在過去十年中，這些分化方案得到了進一步改進，以提高純度和符合GMP要求，臨床前研究證實了嚙齒動物、非人靈長類動物和豬的療效和移植成熟度，為這些產品的臨床評估鋪平了道路。此外，移植細胞具有通過多巴胺轉運體緩沖外源性多巴胺的能力，這表明多巴胺神經元功能已經成熟。然而，移植的祖細胞也會產生其他神經元和非神經元細胞類型。同樣，提高移植細胞存活率和增加多巴胺能神經元數量的改進措施將減少所需的移植體積，甚至可能加快功能恢復。
迄今為止，三項I/II期臨床試驗已經開始，全部基于多巴胺能祖細胞的殼內移植（圖2C）。
由Jun Takahashi領導的第一項試驗于2018年在日本啟動（UMIN000033564）。雖然支持該試驗的臨床前數據已經發布，但該臨床試驗的主要2年終點預計在2023年底之前完成。
第二項試驗由BlueRock Therapeutics贊助，評估了Lorenz Studer和Viviane Tabar在晚期PD個體中開發的hESC衍生細胞產品( NCT04802733 )。第一個受試者于2021年接受給藥，12名受試者的1年安全性結果在2023年8月的運動障礙協會年會上發布，報告稱該療法耐受性良好，并且通過18F-DOPA觀察到移植物存活的跡象PET成像。
第三項正在進行的試驗STEM-PD ( NCT05635409 ) 由隆德大學和劍橋大學的團隊發起，于2023年初開始給藥，以評估中度PD個體的多巴胺能祖細胞移植情況。該試驗的主要目標是證明細胞產品在12個月時的安全性、可行性和耐受性，次要目標包括評估24個月和36個月時的臨床療效。除了這些正在進行的試驗之外，韓國的一個團隊最近獲準在PD患者中啟動細胞療法的臨床測試 (NCT05887466)，該療法的臨床前數據剛剛發布。
中間神經元細胞療法可減輕癲癇患者的癲癇發作
2023年另一個令人興奮的進展是Neurona Therapeutics開發的一種新型抑制性中間神經元療法用于治療內側顳葉癲癇的1年臨床結果的公布。這是一種局灶性癲癇，其中癲癇發作是由大腦受限區域的異常神經元過度活躍引起的，從而構成了抑制性中間神經元傳遞以抑制癲癇發作活動的潛在合適目標。通過移植嚙齒動物內側神經節隆起（MGE）組織，初步證明癲癇實驗模型中癲癇發作活動減少。
后來，開發了從hPSC生成這些MGE細胞的分化方案，并且通過證明宿主大腦中移植的中間神經元的突觸整合和嚙齒類動物的移植研究建立了PoC和MoA。抑制性神經遞質GABA的活動依賴性釋放。
臨床前PoC支持一項首次人體臨床試驗 ( NCT05135091 )，該試驗涉及將hESC衍生的抑制性中間神經元單次注射到耐藥MTLE個體的海馬區（圖2D）。在一份新聞稿中，該公司宣布了第一批受試者的顯著結果。據報道，所有5名受試者的治療耐受性良好，此外，接受治療的前兩名受試者的癲癇發作活動減少了95%以上。值得注意的是，一名在移植前每月癲癇發作超過30次的受試者在治療7個月后報告癲癇發作消失。
多能干細胞療法臨床轉化的挑戰
將基于hPSC的細胞療法推向臨床面臨著三個主要挑戰。
- 首先，將分化方案推進到可以從高純度hPSC中產生真實且有功能的細胞類型而不產生危險的脫靶細胞的階段，需要進行多年的研究和測試涉及組織特異性細胞類型規范的因素。
- 其次，在許多情況下，細胞的體內測試需要開發新穎且具有挑戰性的動物模型，將有效的免疫抑制與遺傳或病變誘發的疾病表型相結合，以及細胞移植的專門方法以獲得長期異種移植，在某些情況下需要開發專用設備來提供細胞產品。
- 第三，使所有原材料和生產程序適應良好生產規范以及在良好實驗室規范下對動物進行長期安全性研究的要求（圖1）進入臨床較晚。這種新型療法的不確定監管途徑使情況變得更加復雜。值得注意的是，在歐盟內部，生產設施花了數年時間才實施2007年立法，該立法提高了對先進治療藥品的監管要求。由于細胞療法復雜的制造程序、嚴格的監管審批流程和高昂的成本，許多學術團隊已與制藥或生物技術公司合作進行臨床試驗。
在接下來的文本中，我們討論這些努力并考慮它們對基于多能干細胞的療法的未來的影響。
結論和觀點
在過去的十年中，人們在從高純度hPSC中生產特殊細胞類型并在相關動物模型中建立PoC方面付出了巨大的努力，最終使該領域達到了可以在人類受試者中評估這些細胞用于治療各種疾病的階段。
I/II期臨床試驗已證明基于hPSC的細胞療法的安全性和可行性，并且在AMD、T1D和MTLE個體中報告了令人鼓舞的療效證據。這些開創性的研究提供了重要的經驗教訓，可以指導未來的試驗，以增加成功的機會。
長期免疫抑制治療的要求是同種異體細胞療法臨床轉化的常見障礙，低免疫細胞系的基因工程為此提供了一條有希望的道路。下一代細胞療法的其他挑戰和策略圍繞著進一步完善分化方案以提高成熟度和純度，以及改善移植物存活和功能整合；后者可以通過細胞和基因聯合治療或多種細胞類型的共同遞送來實現，以實現復雜組織的重建或增強血管化。
基因編輯技術的不斷進步也有望推動功能增強的細胞治療產品的進一步開發。這些早期的成功和正在進行的臨床開發為再生醫學的未來帶來了希望，并為未來幾年更多細胞療法進入臨床奠定了基礎。
參考資料：Josefine R?g?rd Christiansen, Agnete Kirkeby; Clinical translation of pluripotent stem cell-based therapies: successes and challenges. Development 1 April 2024; 151 (7): dev202067. doi: https://doi.org/10.1242/dev.202067
免責說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業觀點，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發布的信息不能替代醫生或藥劑師的專業建議。如有版權等疑問，請隨時聯系我。
浙公網安備 33010202002429號
掃碼添加官方微信
