干細胞制劑質量控制及臨床前研究指導原則

干細胞制劑質量控制及臨床前研究指導原則

干細胞是一類具有不同分化潛能,并在非分化狀態下自我更新的細胞。干細胞治療是指應用人自體或異體來源的干細胞經體外操作后輸入(或植入)人體,用于疾病治療的過程。這種體外操作包括干細胞的分離、純化、擴增、修飾、干細胞(系)的建立、誘導分化、凍存和凍存后的復蘇等過程。用于細胞治療的干細胞主要包括成體干細胞、胚胎干細胞及誘導的多能性干細胞(iPSC)。成體干細胞包括自體或異體、胎兒或成人不同分化組織,以及發育相伴隨的組織(如臍帶、羊膜、胎盤等)來源的造血干細胞、間充質干細胞、各種類型的祖細胞或前體細胞等。

目前國內外已開展了多項干細胞(指非造血干細胞)臨床應用研究,涉及多種干細胞類型及多種疾病類型。主要疾病類型包括骨關節疾病、肝硬化、移植物宿主排斥反應(GVHD)、脊髓損傷及退行性神經系統疾病和糖尿病等。其中許多干細胞類型,是從骨髓、脂肪組織、臍帶血、臍帶或胎盤組織來源的間充質干細胞,它們具有一定的多向分化潛能及抗炎和免疫調控能力等。

用于干細胞治療的細胞制備技術和治療方案,具有多樣性、復雜性和特殊性。但作為一種新型的生物治療產品,所有干細胞制劑都可遵循一個共同的研發過程,即從干細胞制劑的制備、體外試驗、體內動物試驗,到植入人體的臨床研究及臨床治療的過程。整個過程的每一階段,都須對所使用的干細胞制劑在細胞質量、安全性和生物學效應方面進行相關的研究和質量控制。

指導原則提出了適用于各類可能應用到臨床的干細胞(除已有規定的造血干細胞移植外)在制備和臨床前研究階段的基本原則。每個具體干細胞制劑的制備和使用過程,必須有嚴格的標準操作程序并按其執行,以確保干細胞制劑的質量可控性以及治療的安全性和有效性。每一研究項目所涉及的具體干細胞制劑,應根據本指導原則對不同階段的基本要求,結合各自干細胞制劑及適應證的特殊性,準備并實施相關的干細胞臨床前研究。

干細胞制劑的質量控制

2.1干細胞的采集、分離及干細胞(系)的建立

2.1.1對干細胞供者的要求

每一干細胞制劑都須具有包括供者信息在內的、明確的細胞制備及生物學性狀信息。作為細胞制備信息中的重要內容之一,需提供干細胞的獲取方式和途徑以及相關的臨床資料,包括供者的一般信息、既往病史、家族史等。既往史和家族史要對遺傳病(單基因和多基因疾病,包括心血管疾病和腫瘤等)相關信息進行詳細采集。對用于異體干細胞臨床研究的供者,必須經過檢驗篩選證明無人源特定病毒(包括HIV、HBV、HCV、HTLV、EBV、CMV等)的感染,無梅毒螺旋體感染。必要時需要收集供者的ABO血型、HLA-I類和II類分型資料,以備追溯性查詢。如使用體外授精術產生的多余胚胎作為建立人類胚胎干細胞系的主要來源,須能追溯配子的供體,并接受篩選和檢測。不得使用既往史中患有嚴重的傳染性疾病和家族史中有明確遺傳性疾病的供者作為異體干細胞來源。

自體來源的干細胞供者,根據干細胞制劑的特性、來源的組織或器官,以及臨床適應證,可對供體的質量要求和篩查標準及項目進行調整。

2.1.2干細胞采集、分離及干細胞(系)建立階段質量控制的基本要求

應制定干細胞采集、分離和干細胞(系)建立的標準操作及管理程序,并在符合《藥品生產質量管理規范》(GMP)要求基礎上嚴格執行。標準操作程序應包括操作人員培訓;材料、儀器、設備的使用和管理;干細胞的采集、分離、純化、擴增和細胞(系)的建立;細胞保存、運輸及相關保障措施,以及清潔環境的標準及常規維護和檢測等。

為盡量減少不同批次細胞在研究過程中的變異性,研究者在干細胞制劑的制備階段應對來源豐富的同一批特定代次的細胞建立多級的細胞庫,如主細胞庫(Master Cell Bank)和工作細胞庫(Working Cell Bank)。細胞庫中細胞基本的質量要求,是需有明確的細胞鑒別特征,無外源微生物污染。

在干細胞的采集、分離及干細胞(系)建立階段,應當對自體來源的、未經體外復雜操作的干細胞,進行細胞鑒別、成活率及生長活性、外源致病微生物,以及基本的干細胞特性檢測。而對異體來源的干細胞,或經過復雜的體外培養和操作后的自體來源的干細胞,以及直接用于臨床前及臨床研究的細胞庫(如工作庫)中的細胞,除進行上述檢測外,還應當進行全面的內外源致病微生物、詳細的干細胞特性檢測,以及細胞純度分析。干細胞特性包括特定細胞表面標志物群、表達產物和分化潛能等。

2.2干細胞制劑的制備

2.2.1培養基

干細胞制劑制備所用的培養基成分應有足夠的純度并符合無菌、無致病微生物及內毒素的質量標準,殘留的培養基對受者應無不良影響;在滿足干細胞正常生長的情況下,不影響干細胞的生物學活性,即干細胞的“干性”及分化能力。在干細胞制劑制備過程中,應盡量避免使用抗生素。

若使用商業來源培養基,應當選擇有資質的生產商并由其提供培養基的組成成分及相關質量合格證明。必要時,應對每批培養基進行質量檢驗。

除特殊情況外,應盡可能避免在干細胞培養過程中使用人源或動物源性血清,不得使用同種異體人血清或血漿。如必須使用動物血清,應確保其無特定動物源性病毒污染。嚴禁使用海綿體狀腦病流行區來源的牛血清。

若培養基中含有人的血液成份,如白蛋白、轉鐵蛋白和各種細胞因子等,應明確其來源、批號、質量檢定合格報告,并盡量采用國家已批準的可臨床應用的產品。

2.2.2滋養層細胞

用于體外培養和建立胚胎干細胞及iPS細胞的人源或動物源的滋養層細胞,需根據外源性細胞在人體中使用所存在的相關風險因素,對細胞來源的供體、細胞建立過程引入外源致病微生物的風險等進行相關的檢驗和質量控制。建議建立滋養層細胞的細胞庫,并按細胞庫檢驗要求進行全面檢驗,特別是對人源或動物源特異病毒的檢驗。

2.2.3干細胞制劑的制備工藝

應制定干細胞制劑制備工藝的標準操作流程及每一過程的標準操作程序(SOP)并定期審核和修訂;干細胞制劑的制備工藝包括干細胞的采集、分離、純化、擴增和傳代,干細胞(系)的建立、向功能性細胞定向分化,培養基、輔料和包材的選擇標準及使用,細胞凍存、復蘇、分裝和標記,以及殘余物去除等。從整個制劑的制備過程到輸入(或植入)到受試者體內全過程,需要追蹤觀察并詳細記錄。對不合格并需要丟棄的干細胞制劑,需對丟棄過程進行規范管理和記錄。對于剩余的干細胞制劑必須進行合法和符合倫理要求的處理,包括制定相關的SOP并嚴格執行。干細胞制劑的相關資料需建檔并長期保存。

應對制劑制備的全過程,包括細胞收獲、傳代、操作、分裝等,進行全面的工藝研究和驗證,制定合適的工藝參數和質量標準,確保對每一過程的有效控制。

2.3干細胞制劑的檢驗

2.3.1干細胞制劑質量檢驗的基本要求

為確保干細胞治療的安全性和有效性,每批干細胞制劑均須符合現有干細胞知識和技術條件下全面的質量要求。制劑的檢驗內容,須在本指導原則的基礎上,參考國內外有關細胞基質和干細胞制劑的質量控制指導原則,進行全面的細胞質量、安全性和有效性的檢驗。同時,根據細胞來源及特點、體外處理程度和臨床適應證等不同情況,對所需的檢驗內容做必要調整。另外,隨著對干細胞知識和技術認識的不斷增加,細胞檢驗內容也應隨之不斷更新。

針對不同類型的干細胞制劑,根據對輸入或植入人體前誘導分化的需求,須對未分化細胞和終末分化細胞分別進行必要的檢驗。對胚胎干細胞和iPS細胞制劑制備過程中所使用的滋養細胞,根據其細胞來源,也需進行針對相關風險因素的質量控制和檢驗。

為確保制劑的質量及其可控性,干細胞制劑的檢驗可分為質量檢驗和放行檢驗。質量檢驗是為保證干細胞經特定體外處理后的安全性、有效性和質量可控性而進行的較全面質量檢驗。放行檢驗是在完成質量檢驗的基礎上,對每一類型的每一批次干細胞制劑,在臨床應用前所應進行的相對快速和簡化的細胞檢驗。

為確保制劑工藝和質量的穩定性,須對多批次干細胞制劑進行質量檢驗;在制備工藝、場地或規模等發生變化時,需重新對多批次干細胞制劑進行質量檢驗。制劑的批次是指由同一供體、同一組織來源、同一時間、使用同一工藝采集和分離或建立的干細胞。對胚胎干細胞或iPS細胞制劑,應當視一次誘導分化所獲得的可供移植的細胞為同一批次制劑。對需要由多個供體混合使用的干細胞制劑,混合前應視每一獨立供體或組織來源在相同時間采集的細胞為同一批次細胞。

對于由不同供體或組織來源的、需要混合使用的干細胞制劑,需對所有獨立來源的細胞質量進行檢驗,以盡可能避免混合細胞制劑可能具有的危險因素。

2.3.2細胞檢驗

質量檢驗

細胞鑒別

應當通過細胞形態、遺傳學、代謝酶亞型譜分析、表面標志物及特定基因表達產物等檢測,對不同供體及不同類型的干細胞進行綜合的細胞鑒別。

存活率及生長活性

采用不同的細胞生物學活性檢測方法,如活細胞計數、細胞倍增時間、細胞周期、克隆形成率、端粒酶活性等,判斷細胞活性及生長狀況。

純度和均一性

通過檢測細胞表面標志物、遺傳多態性及特定生物學活性等,對制劑進行細胞純度或均一性的檢測。對胚胎干細胞及iPS細胞植入人體前的終末誘導分化產物,必須進行細胞純度和/或分化均一性的檢測。

對于需要混合使用的干細胞制劑,需對各獨立細胞來源之間細胞表面標志物、細胞活性、純度和生物學活性均一性進行檢驗和控制。

無菌試驗和支原體檢測

應依據現行版《中華人民共和國藥典》中的生物制品無菌試驗和支原體檢測規程,對細菌、真菌及支原體污染進行檢測。

細胞內外源致病因子的檢測

應結合體內和體外方法,根據每一細胞制劑的特性進行人源及動物源性特定致病因子的檢測。如使用過牛血清,須進行牛源特定病毒的檢測;如使用胰酶等豬源材料,應至少檢測豬源細小病毒;如胚胎干細胞和iPS細胞在制備過程中使用動物源性滋養細胞,需進行細胞來源相關特定動物源性病毒的全面檢測。另外還應檢測逆轉錄病毒。

內毒素檢測

應依據現行版《中華人民共和國藥典》中的內毒素檢測規程,對內毒素進行檢測。

異常免疫學反應

檢測異體來源干細胞制劑對人總淋巴細胞增殖和對不同淋巴細胞亞群增殖能力的影響,或對相關細胞因子分泌的影響,以檢測干細胞制劑可能引起的異常免疫反應。

致瘤性

對于異體來源的干細胞制劑或經體外復雜操作的自體干細胞制劑,須通過免疫缺陷動物體內致瘤試驗,檢驗細胞的致瘤性。

生物學效力試驗

可通過檢測干細胞分化潛能、誘導分化細胞的結構和生理功能、對免疫細胞的調節能力、分泌特定細胞因子、表達特定基因和蛋白等功能,判斷干細胞制劑與治療相關的生物學有效性。

對間充質干細胞,無論何種來源,應進行體外多種類型細胞(如成脂肪細胞、成軟骨細胞、成骨細胞等)分化能力的檢測,以判斷其細胞分化的多能性(Multipotency)。對未分化的胚胎干細胞和iPS細胞,須通過體外擬胚胎體形成能力,或在SCID鼠體內形成畸胎瘤的能力,檢測其細胞分化的多能性(Pluripotency)。除此以外,作為特定生物學效應試驗,應進行與其治療適應證相關的生物學效應檢驗。

培養基及其他添加成分殘余量的檢測

應對制劑制備過程中殘余的、影響干細胞制劑質量和安全性的成分,如牛血清蛋白、抗生素、細胞因子等進行檢測。

放行檢驗

項目申請者應根據上述質量檢驗各項目中所明確的檢驗內容及標準,針對每一類型干細胞制劑的特性,制定放行檢驗項目及標準。放行檢驗項目應能在相對短的時間內,反映細胞制劑的質量及安全信息。

干細胞制劑的質量復核

由專業細胞檢驗機構/實驗室進行干細胞制劑的質量復核檢驗,并出具檢驗報告。

2.4干細胞制劑的質量研究

在滿足上述干細胞制劑質量檢驗要求的基礎上,建議在臨床前和臨床研究各階段,利用不同的體外實驗方法對干細胞制劑進行全面的安全性、有效性及穩定性研究。

2.4.1干細胞制劑的質量及特性研究

生長活性和狀態

生長因子依賴性的檢測:在培養生長因子依賴性的干細胞時,需對細胞生長行為進行連續檢測,以判斷不同代次的細胞對生長因子的依賴性。若細胞在傳代過程中,特別是在接近高代次時,失去對生長因子的依賴,則不能再繼續將其視為合格的干細胞而繼續培養和使用。

致瘤性和促瘤性

由于大多數間充質干細胞制劑具有相對的弱致瘤性,建議在動物致瘤性試驗中,針對不同類型的干細胞,選擇必要數量的細胞和必要長的觀察期。

在動物致瘤性試驗不能有效判斷致瘤性時,建議檢測與致瘤性相關的生物學性狀的改變,如細胞對生長因子依賴性的改變、基因組穩定性的改變、與致瘤性密切相關的蛋白(如癌變信號通路中的關鍵調控蛋白)表達水平或活性的改變、對凋亡誘導敏感性的改變等,以此來間接判斷干細胞惡性轉化的可能性。

目前,普遍認為間充質干細胞“不致瘤”或具有“弱致瘤性”,但不排除其對已存在腫瘤的“促瘤性”作用。因此,建議根據各自間充質干細胞制劑的組織來源和臨床適應證的不同,設計相應的試驗方法,以判斷其制劑的“促瘤性”。

生物學效應

隨著研究的進展,建議針對臨床治療的適應證,不斷研究更新生物學效應檢測方法。如研究介導臨床治療效應的關鍵基因或蛋白的表達,并以此為基礎提出與預期的生物學效應相關的替代性生物標志物(Surrogate Biomarker)。

2.4.2干細胞制劑穩定性研究及有效期的確定

應進行干細胞制劑在儲存(液氮凍存和細胞植入前的臨時存放)和運輸過程中的穩定性研究。檢測項目應包括細胞活性、密度、純度、無菌性等。

根據干細胞制劑穩定性試驗結果,確定其制劑的保存液成份與配方、保存及運輸條件、有效期,同時確定與有效期相適應的運輸容器和工具,以及合格的細胞凍存設施和條件。

2.4.3快速檢驗方法的研發

應根據新的干細胞基礎及實驗技術研究成果,針對各自干細胞制劑的特性、特定的臨床適應證,研發新的快速檢驗方法,用于干細胞制備過程各階段的質量控制和制劑的放行檢驗。

干細胞制劑的臨床前研究

應進行干細胞制劑的臨床前研究,為治療方案的安全性和有效性提供支持和依據。

在臨床前研究方案中,應設計和提出與適應證相關的疾病動物模型,用于預測干細胞在人體內可能的治療效果、作用機制、不良反應、適宜的輸入或植入途徑和劑量等臨床研究所需的信息。

應在合適的動物模型基礎上,研究和建立干細胞有效標記技術和動物體內干細胞示蹤技術,以便于研究上述內容,特別是干細胞的體內存活、分布、歸巢、分化和組織整合等功能的研究。在綜合動物模型研究基礎上,應對干細胞制劑的安全性和生物學效應進行合理評價。

鑒于干細胞治療的特殊性,其臨床前的安全有效性評價具有較大難度和局限性,以下只提出一些基本的原則,具體的研究方案可根據這些原則制定。如進行的相關研究工作與下述原則不符,應提供相應的依據和支持性資料。

3.1安全性評價

3.1.1毒性試驗

可通過合適的動物試驗模型觀察干細胞制劑各種可能的毒性反應,如細胞植入時和植入后的局部和整體的毒性反應。

如難以采用相關動物評價人干細胞的毒性,可考慮盡可能模擬臨床應用方式,采用動物來源相應的干細胞制劑,以高于臨床應用劑量回輸動物體內,觀察其毒性反應。

3.1.2異常免疫反應

對干細胞制劑特別是異體來源、經體外傳代培養和特殊處理的自體或異體來源的制劑,應當通過體外及動物試驗評價其異常免疫反應,包括對不同免疫細胞亞型及相關細胞因子的影響。對胚胎干細胞及iPS細胞,在體外誘導分化后重新表達供體的HLA抗原分子,植入體內后可能形成的免疫排斥反應,需進行有效評價。

3.1.3致瘤性

對高代次的或經過體外復雜處理和修飾的自體來源以及各種異體來源的干細胞制劑,應當進行臨床前研究階段動物致瘤性評估。建議選擇合適的動物模型,使用合適數量的干細胞、合理的植入途徑和足夠長的觀察期,以有效評價制劑的致瘤性。

3.1.4非預期分化

非預期分化包括非靶細胞分化或非靶部位分化。建議利用特定的檢測技術,在體內動物試驗中研究、評估和監控干細胞非預期分化的可能性。

3.2 有效性評價

3.2.1細胞模型

見前述-干細胞制劑的質量研究。

3.2.2動物模型

用于觀察植入的干細胞或其分化產物改變模型中疾病的病理進程;研究干細胞的歸巢能力和免疫調節功能;通過分析干細胞植入后,特定細胞因子和/或特定基因表達情況,提出替代性生物學效應標志物。

若所申請的研究方案,因目前國際上干細胞生物學知識和技術方面的局限性,無法提出有效的體內動物模型研究內容,則應在臨床前研究報告中進行全面細致的說明。


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