日本于2026年3月日本厚生劳动省批准了用于治疗缺血性心肌病引起的重度心力衰竭的“ReHeart”iPCS细胞治疗药品,Amchepry用于治疗帕金森病的iPSC细胞治疗药品,作为同一时期获批的两款iPSC产品具有里程碑意义,代表iPSC技术公国漫长的近20年的发展,终于从实验室开始走向商业化应用的起点。(一)iPSC细胞的市场应用前景和研发优势
作为干细胞家族中的重要一员,iPSC细胞治疗产品在严重难治性疾病治疗领域展现巨大潜力,继日本率先采用“有条件、限时”批准之后,美国的快速通道、RMAT等资格认定,也在加速有潜力的iPSC疗法开发,中国监管26年发布的828号令包括“突破性治疗药物认定”,“附条件批准程序”,“优先审评审批程序”等注册可加速政策也在推动具有临床价值的iPSC细胞治疗产品。全球范围内,iPSC领域的研发进展喜人,多家公司的核心管线已进入临床阶段:
1)BlueRock Therapeutics公司的OpCT-001疗法获得美国FDA获得孤儿药认证,用于治疗视网膜色素变性等遗传性眼病;Kenai Therapeutics公司的“RNDP-001”用于治疗帕金森病,通过FDA快速通道资格,目前处于Ⅰ期临床阶段。
2)中国的霍德生物获得FDA快速通道认证,可将其hNPC01疗法直接进入2/3期确证性临床,用于治疗闹脑卒中后遗症。
3)跃赛生物推出中国首个、全球第二款获批临床的自体iPSC治疗药物,目前已经完成中国I期临床试验多例受试者移植,随访数据良好
4)日本Heartseed公司用于治疗严重心力衰竭的“HS-001”iPSC产品正在进行I/II期临床试验患者招募。
5)艾尔普再生医学自主研发的人iPSC来源心肌细胞注射液HiCM - 188中美双报IND通过。iPSC之所以能在干细胞研究和应用领域中脱颖而出,得益于其显著的研发优势:
1)可以由患者自身的体细胞(如皮肤成纤维细胞或血细胞)重编程而来。这使得iPSC的获取远比胚胎干细胞(ESC)容易且无创,避免了涉及胚胎破坏的伦理争议,无需面对复杂的伦理审批程序;
2)具有无限增殖和分化潜能:能够分化形成机体所有细胞类型,包括内、中、外三个胚层的细胞,用于生成特定类型的细胞,如心肌细胞、神经元、造血干祖细胞等。
3)来与与患者自身的体细胞,其遗传背景与患者完全一致,可以避免移植后可能发生的免疫排斥反应,从而大大提高治疗的成功率和安全性。
4)从遗传病患者身上获取的体细胞,经过重编程成为携带患者特异性基因的iPSC,从而在体外构建出与患者疾病高度相关的细胞模型,为疾病机制的研究提供前所唯有的平台。(二)长期限制iPSC细胞产业化的主要障碍
从2006年iPSC技术诞生以来,国际市场化之路走了整整二十年,如此具有创新的成药模式其产业化之路为何如此之慢,致瘤风险和批间差异一直悬在行业头顶的达摩克利斯之剑;iPSC的制备流程繁琐、生产周期长,从实验室手动工艺放大到工业级自动化生产困难重重,工艺复杂、质控严格,成本高昂远超过传统药物成为iPSC,死死卡住iPSC的产业化之路;在监管准入方面,各国对效价测定、致瘤性检测等关键质量属性的要求尚不明确或存在差异,缺乏全球工人的检测方法和验收标准,开发者往往需要“摸着石头过河”;原材料(培养基、生长因子等)供应链不稳定,极小的原材料波动都会造成极大的批间差异性,直接导致整批药品报废,而核心原材料与终产品质量之间的关系需要极长的探索时间。(三)核心原材料的稳定:iPSC产业化破局之道
跨越上述障碍,稳定的iPSC培养工艺是iPSC产业化破局必经之路,而提供标准化、安全、质量均一核心原材料(iPSC细胞培养基和细胞因子)将是加速这一进程的关键。干细胞培养基通常包含多种生长因子、细胞因子、小分子化合物和基础营养物质,以模拟体内微环境,调控干细胞行为。其演进目标就是在追求“更安全、更稳定”的。
培养基从复杂到成分明确培养基:最初干细胞的培养依赖于饲养层细胞和胎牛血清(FBS)的复杂培养基,FBS来源于动物,成分复杂不明,批次间差异较大,存在异源污染和免疫原性风险,科学界因此逐步将眼光转向更安全、更可控的无血清培养基,进而又开发了无异源成分培养基(XFM),并成功利用XFM培养基从神经嵴细胞来源的iPSC培育出间充质干细胞。然而对于质量可控的要求而言,化学成分及浓度明确的化学成分限定培养基(CDM)才是最佳选择。使用碳源、氮源、维生素和矿物质等基础营养物质的精确配比的化学成分限定培养基(CDM),它使用碳源、氮源、维生素和矿物质等基础营养物质的精确配比,提供最精确的实验控制。借助代谢组学分析,CDM能揭示细胞代谢机制,对优化分化方案和确保产品一致性至关重要。已有研究表明,在化学成分限定无蛋白的体系中,可以高效诱导iPSC分化为造血干细胞。
细胞因子与小分子协同培养基实现iPSC培养精准调控:诱导多能干细胞(iPSC)的培养,除了基础的培养基之外还需要多种细胞因子和小分子化合物来维持其多能性,促进增殖和引导分化。
碱性成纤维细胞生长因子:是维持iPSC和胚胎干细胞(ESC)多能性的主要因子之一。它通过激活MAPK/ERK信号通路来促进细胞的自我更新,抑制细胞自我分化2。许多化学成分限定培养基都包含bFGF,以确保iPSC在体外保持未分化状态2。
转化生长因子-β(TGF-β)家族成员:例如Activin/Nodal信号通路通过激活SMAD2/3通路,在维持hESCs和iPSCs多能性中发挥关键作用2。TGF-β家族的其他成员也可能参与调控iPSC的命运。Wnt激活剂和TGF-β抑制剂:在将人多能干细胞(hPSCs)高效诱导分化为造血干祖细胞(HSPCs)的过程中,Wnt激活剂和TGF-β抑制剂的应用是关键步骤。Wnt信号通路的激活对于造血分化至关重要,而TGF-β信号的抑制则有助于解除对造血发生的负面调控。例如,一项研究在化学成分限定、无白蛋白的体系中,通过应用Wnt激活剂和TGF-β抑制剂,成功将hPSCs诱导分化为SOX17+造血内皮细胞,进而分化为CD34+CD45+ HSPCs。
CEPT混合物,2i/LIF组合:除了以上细胞因子一些小分子化合物在iPSC的自我更新的分化中占据着重要作用。
CEPT混合物:由C5a受体拮抗剂、Pifithrin-α和Tranylcypromine组成。该组合已被证明能够显著提高人多能干细胞的单细胞克隆效率和安全性。这对于基因编辑后iPSC克隆的建立以及后续筛选具有重要意义,因为iPSC在单细胞解离后通常对压力敏感,存活率较低。
2i/LIF组合:对于小鼠胚胎干细胞(mESCs),由小分子抑制剂CHIR99021(GSK3β抑制剂)和PD0325901(MEK抑制剂)与白血病抑制因子(LIF)联用,可维持其“幼稚态”多能性。虽然主要用于小鼠ESCs,但其作用机制为理解iPSC的调控提供了参考。
随着技术发展,人工智能(AI)正被应用于分析细胞培养大数据,预测最佳细胞因子组合和培养条件,将加速 iPSC培养基的开发过程。结合转录组学、分泌组学和代谢组学分析,通过数据驱动的方法逆向设计培养基成分,加深细胞培养基成分与细胞生长和质量关系的研究,提供成分明确,批次间质量均一的培养基原材料,在维持iPSC多能性的同时,又引导其向特定谱系分化,保障细胞产品安全性、一致性和有效性将加速各国iPSC产业化破局之路,让这一革命性的疗法真正惠及广大患者。
参考文献
(1)Development of substrates for the culture of human pluripotent stem cells
(2)Expansion and characterization of human limbus-derived stromal/mesenchymal stem cells in xeno-free medium for therapeutic applications
(3)Media matters: culture medium-dependent hypervariable phenotype of mesenchymal stromal cells
(4)Induction of functional xeno-free MSCs from human iPSCs via a neural crest cell lineage
(5)Comparison of culture media supplements identifies serum components in self-reported serum-free preparations
(6)Media on‐demand: Continuous reconstitution of a chemically defined media directly from solids
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关于宥艺生物
上海宥艺生物科技有限公司(2022年成立)是聚焦无血清培养基研发、生产和销售的高科技生物技术企业,依托自主构建的高通量筛选平台,集成AI与大数据分析技术,实现高效开发高性能培养基配方,突破传统研发周期长、适配性低的行业痛点。宥艺商业化培养基可覆盖生物医药全产业链,涵盖生物药CHO/HEK293稳定表达培养基、瞬转培养基和转染试剂,CGT领域HEK293病毒包装、T细胞,NK细胞培养基,疫苗生产如BHK21、MDCK、LMH、Vero、昆虫等培养基,医美间充质干细胞培养基等,实现细胞高密度增殖与高表达需求。公司自成立以来先后完成天使轮和pre-A轮两轮融资,引入国际资本,并先后获得“崇本领军人才企业”、“吴江区领军人才企业”、“苏州市姑苏领军人才企业”、国家级科技创新企业、国家高新技术企业等称号。已建立1000㎡研发实验室与2000㎡ GMP车间,年产能1000吨液体及干粉生产线,工厂先后完成ISO9001, CNAS, IS013485质量体系认证。公司以“赋能细胞,加速创新”为使命,致力于解决未满足的高性能培养基需求,制定和推动《细胞培养基质量标准》的建立和实施,为全球生物企业提供高性能解决方案。
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