诱导多能干细胞（iPSC）的市场图景与增长潜力

诱导多能⼲细胞（iPSC）的市场图景与增⻓潜 ⼒|易凯⾏研 经过多年的发展，创新药⾏业已从技术为王⾛向产品为王，⼈⼯诱导多能⼲细胞（iPSC）作为细胞疗法的新兴技术，近期受到市场⼴泛关注，并且在神经系统领域如帕⾦森、渐冻症等适应症上取得了阶段性研发进展，有望出现划时代意义的产品。 本篇易凯⾏研我们就从iPSC的技术发展路径出发，探讨iPSC药物治疗若⼲重⼤疾病的潜⼒，期待新型技术能够填补临床空⽩，满⾜未被满⾜的临床需求，推动产业的⾼速发展。 诱导性多能⼲细胞（iPSC），⼜称⼈⼯诱导多能⼲细胞，是⼀种由哺乳动物成体细胞经转⼊转录因⼦等⼿段脱分化形成的多能⼲细胞。iPSC与胚胎⼲细胞拥有相似的再⽣能⼒，理论上可以分化为成体的所有器官、组织。⽽相⽐胚胎⼲细胞，iPSC⾯临的伦理道德争议较⼩，且应⽤该技术可以产⽣基因型与移植受体完全相同的⼲细胞，规避了排异反应的⻛险。iPSC具有多向分化和强⼤⾃我复制潜能，在 ⼀定条件下可以分化成多种功能细胞，如⼼肌细胞、神经细胞、胰岛细胞、免疫细胞等，在多个领域和⼴泛的适应症上具有相当的应⽤前景。 iPSC体外进⾏的细胞疗法具有细胞容易制备、可微创⼤量获取、规避伦理⻛险等优点，⽬前已经有⼤量探索iPSC在神经系统疾病、视⻩斑病变、⼼⼒衰竭、肿瘤免疫疗法等⽅⾯应⽤前景的研究。 iPSC作为细胞移植治疗的重要细分赛道市场⼴阔，根据GrandViewResearch⽬前全球细胞移植治疗市场规模在2022年达到429亿美元，年复合增⻓率（CAGR）为15.7%，预计2030年达到1409亿美元。全球iPSC治疗市场规模2022年15亿美元，CAGR为10.61%，2030年预计达到31亿美元，⼲细胞中国的市场年复合增⻓率预计为19.1%。 NO.1体细胞重编程 体细胞重编程迫使体细胞表达与多能性相关的转录因⼦，如Oct4、Klf4、Sox2、cMyc、Nanog、Lin28等，这些转录因⼦对未分化细胞的⾃我更新和⼲性维持⾄关重要，⼭中伸弥最初使⽤的是Oct4、Klf4、Sox2、cMyc这四种转录因⼦，可以诱导产⽣iPSC。⽬前已通过多种转录因⼦组合的⽅法，成功诱导重编程iPSC细胞的产⽣，通常认为Oct4是在诱导iPSC时必不可失的⼀种转录因⼦。 常⽤体细胞重编程⽅法有化学⼩分⼦诱导⽅法、慢病毒和逆转录病毒感染、重组蛋⽩、mRNA递送等多种⽅法。 NO.2培养、维持 iPSC需要严格的培养基和传代⽅法，才可以保持健康和未分化状态。常⽤两种PSC培养系统分别是饲养层依赖型培养系统和⽆饲养层培养系统。饲养层依赖型培养系统使⽤⼀层饲养层细胞，该层细胞可为PSC提供维持其健康和扩增所需的⽣⻓因⼦和细胞外基质蛋⽩。⽆饲养层培养系统使⽤替代培养 基，该培养基可提供PSC所需的⽣⻓因⼦，也可以使⽤⽣化药物来帮助维持⽆饲养培养系统中的多能性，如SC-1、双激酶和gtp酶抑制剂。可以通过westernblot或ICC等⽅法中使⽤未分化的细胞标志物（如Oct4和Sox2）来检测细胞全能性状态。 NO.3iPSC分化 细胞重编程成功后，可以开始将iPSC分化为体细胞类型。由于iPSC的多能性，它们有可能分化成神经细胞、⼼肌细胞等任何细胞类型。分化过程可以通过使⽤不同的试剂和⽣⻓因⼦混合（“cocktail”） 来完成。以神经细胞为例，Noggin和SB431542搭配使⽤可将iPSC分化为神经细胞，⽣⻓因⼦FGF-2和EGF搭配使⽤可从iPSC中制备神经前体细胞。 NO.4细胞分化质控 iPSC分化为⽬标细胞类型（例如神经、⼼脏、肺等）后，应该检查细胞是否不再表达上述未分化的细胞标志物（Oct4、KLF-4、c-Myc、Sox2等）。接下来，还应该检查⽣成的细胞类型是否是⽬标细胞类型，如多巴胺神经元表达TH。 NO.5优势 iPSC优势⼤致有以下⼏点：强⼤的体外复制能⼒，细胞株⼀致性较⾼；强⼤的分化潜⼒和⾃我更新能 ⼒，理论上iPSC携带全套⼈类基因，拥有分化为各种类型细胞的潜能；低伦理⻛险，iPSC可以使⽤患者/健康供者细胞，来源便捷，避开了伦理道德制约；免疫排斥⼩，⽬前iPSC临床研究均表现出较低的免疫排斥⻛险。 我国对于细胞治疗⾏业的政策监管经历了三个阶段：NO.1宽松阶段： 2015年之前，细胞治疗的监管主要是分为医疗技术备案和药品注册审批两个路径。NO.2严格调整阶段： 2015年，我国开始加强对于细胞治疗的安全性研究与临床规范管理，出台了⼀系列从研发端到临床端的监管政策，包括《⼈源性⼲细胞及其衍⽣细胞治疗产品临床试验技术指导原则（征求意⻅稿）》、 《⼲细胞临床试验研究基地管理办法（试⾏）》、《⼲细胞临床研究管理办法（试⾏）》等。细胞治疗⾏业乱象反映监管漏洞，国家卫计委和CFDA在2015年颁布《⼲细胞临床研究管理办法（试 ⾏）》，对监管尺度进⾏严格调整。《2016卫⽣计⽣⼯作要点》提出开展⼲细胞临床应⽤专项监督检查。国家卫计委暂停所有未经批准的第三类医疗技术临床应⽤，明确要求所有免疫治疗技术仅可⽤于临床研究。 NO.3规范化阶段： 2020年以后，国家药品监督管理局对于细胞治疗类产品的技术审核、监管重点正⽇趋明晰。2023年7 ⽉，CDE发布《细胞和基因治疗产品临床相关沟通交流技术指导原则（征求意⻅稿）》，监管体系得到完善和规范。《⼈源性⼲细胞产品药学研究与评价技术指导原则（征求意⻅稿）》明确了⼈源性⼲细胞及衍⽣细胞按照CDE监管进⾏药物申报。在⼗四五计划中“⼲细胞研究与器官修复”进⼊了重点专项，细胞治疗产业得到良好发展。 ⽬前iPSC已经应⽤在多个领域，并已经进⼊到临床试验阶段，包括帕⾦森疾病、⼼⼒衰竭、⻩斑病变、糖尿病、外伤等多个领域。 NO.1神经系统再⽣疾病 基于帕⾦森病（PD）的主要病理特征为脑内⿊质区多巴胺（DA）神经元进⾏性变性、死亡。因此，细胞再⽣治疗有望成为PD继药物和⼿术治疗后的第三代疗法。利⽤iPSC技术体外分化获得⾜够数量且健康的DA神经元，将其定向移植到⼤脑纹状体替代缺失的DA神经元，重建⽣理性DA系统，从⽽治愈PD。 NO.2肿瘤免疫疗法 可以利⽤iPSC技术批量⽣产质量均⼀可控的iNK/iT细胞，解决原代免疫细胞产品数量和剂量的问题。 ⾃体CAR-NK细胞疗法存在细胞不易获取、细胞状态存在差异可能不适⽤于表达嵌合抗原受体。iPSC在体外可以很容易地进⾏⼯程化修饰，从⽽可以增强iCAR-NK/iCAR-T细胞的适⽤性、效⼒和持久性。⽽ 且，经过全⾯评估⼯程化修饰的克隆iPSC主细胞系，可以作为各类免疫细胞产品种⼦来源，有助于开发针对更多患者和恶性肿瘤类型的“现货型”（OfftheShelf）细胞疗法。 NO.3视⻩斑病变 ⻩斑病变是全球导致不可逆视⼒障碍和失明的主要原因之⼀。⽼年性⻩斑变性是⼀种以视⽹膜光感受器细胞、视⽹膜⾊素上⽪(RPE)细胞和脉络膜⽑细⾎管退化为特征的眼底疾病，其发病机制不明、⽆有效治疗⽅法。基于iPSC的移植技术已被⼴泛研究⽤于⻩斑病变治疗的有效性，使⽤iPSC通过替代和/或拯救退化的视⽹膜细胞对视⼒恢复产⽣影响。根据2017年发布于NEJM的⼀项研究，直接将iPSC体外分化的RPE细胞注射进新⽣⾎管性年龄相关性⻩斑变性患者（AMD）治疗的可⾏性。 NO.4⼼肌病和⼼⼒衰竭 由于冠状动脉病变引发的⼼肌梗死等缺⾎性⼼脏病和⼼梗致死的⼼肌细胞被纤维疤痕代替发⽣的⼼⼒衰竭是⼼⾎管疾病的主要致死病因。缺⾎性⼼脏病和⼼⼒衰竭的药物和介⼊治疗可增强⼼脏本⾝供⾎机能和收缩功能，但由于⽆法修复坏死的⼼肌细胞和逆转纤维疤痕，只能延缓⽽不能阻⽌⼼衰的发 ⽣。⼼脏移植可根治末期⼼衰病⼈，然⽽受限于⼼脏供体缺乏，未能⼴泛应⽤于治疗。⼲细胞⽣物学为⼼肌再⽣医学开辟了⼴阔天地，也为解决⼼衰治疗这⼀难题展⽰了希望。从iPSCs产⽣特定的细胞亚群对⼼肌病（例如肥厚性⼼肌病、扩张型⼼肌病、致⼼律失常性右⼼室⼼肌病、房性⼼律失常）和 ⼼⼒衰竭具备⼀定的治疗潜⼒。 本篇以iPSC治疗帕⾦森疾病为例，介绍iPSC治疗⽅法的发展历程与临床进展。NO.1疾病发展简介 帕⾦森病是⼀种缓慢进展的以⼤脑⿊质中多巴胺能神经元丧失和突触核蛋⽩沉积为主要特征的神经系统退⾏性疾病，多发于⽼年群体，并会随着年龄增⻓⽽逐渐加重，严重影响患者⽣存质量。GBD数据显⽰，2019年全球有851万⼈患有帕⾦森病，中国有285万患者，新发⼈数全球为108万，中国为30万。帕⾦森病起病隐匿，⾸发症状为静⽌性震颤，并可出现肌强直、运动徐缓等症状，进展后可出现步态、姿势不稳、睡眠障碍等症状，晚期病⼈可出现痴呆症状。常染⾊体突变是帕⾦森病的⼀⼤病因，10%的患者存在帕⾦森病家族史。 帕⾦森病作为全世界最常⻅的神经退⾏性疾病之⼀，影响中枢神经系统的慢性神经退化疾病，主要影响运动神经系统。它的症状通常随时间缓慢出现，早期最明显的症状为颤抖、肢体僵硬、运动功能减 退和步态异常，也可能有认知和⾏为问题。痴呆症在病情严重的患者中相当常⻅，超过三分之⼀的病例也会发⽣重性抑郁障碍和焦虑症。其它可能伴随的症状包括知觉、睡眠、情绪问题。 帕⾦森病的特点是⿊质中多巴胺能神经元的丧失，另⼀个异常出现在中脑特定区域⿊质致密部神经细胞的细胞核周围路易⼩体、神经元突起中的Lewyneurites等，已经确定为帕⾦森病的主要病理学特征之⼀。⽬前主要的药物治疗包括通过多巴胺补充剂（L-DOPA）或激动剂或通过抑制多巴胺降解来提⾼ ⼤脑中的多巴胺⽔平以及深部脑刺激的⽅法产⽣多巴胺，治疗效果通常难以持久，⽽且没有神经保护作⽤。 NO.2iPSC治疗PD的研究历程与临床表现 总体来看，从胎⼉多巴胺能神经元直接移植/iPSC诱导多巴胺能神经元在临床上对帕⾦森疾病有⼀定的治疗效果，主要体现在运动能⼒的恢复，影像学上表现为FDOPA摄⼊增加，DA分泌增加。同时移植的细胞可以⻓期存在，通过多巴胺能神经元分泌功能发挥作⽤，所以，多巴胺能神经元移植对于L-DOPA缺陷引起的帕⾦森病⼈效果较好。在不同的临床中对于免疫排斥的考虑不同，早先的临床研究⼤多没有考虑免疫排斥，主要可能是由于胎⼉多巴胺能神经元发育状态存在GvHD可能性较⼩，或者使⽤了病 ⼈来源的iPSC，不会出现免疫排斥。 1、胎⼉多巴胺能神经元移植的细胞治疗 帕⾦森主要由多巴胺能神经元的死亡引起，通过直接补充多巴胺能神经元是最简单直接的⽅法。⾃1988年以来，⼈们就尝试⽤胚胎间脑多巴胺神经元进⾏神经移植，以治疗晚期帕⾦森病患者。移植⼈类胎⼉腹侧间脑组织后的结果各不相同，有些患者多年来⼀直在接受抗PD治疗，Freed在2001年进⾏的胎⼉多巴胺能神经元移植对于帕⾦森的临床发现与安慰剂对照组相⽐，移植患者的UPDRS运动评分 （运动迟缓和僵硬）可以明显改善。双侧移植神经元到壳核，来⾃胚胎发育早期，即受孕后7⾄8周的中脑组织可以存活，并提供持续的改善，也不需要免疫抑制剂，改善了壳核PET影像。术前L-DOPA的反应决定了移植后改善的可能性。移植前L-DOPA引起的运动障碍的病⼈，⽽移植后取代了对L-DOPA的需求。多巴胺细胞神经移植的最佳特点是产⽣稳定状态的多巴胺到壳核。 如上图所⽰可以看到移植多巴胺能神经元后，帕⾦森患者有明显收益，主要体现在运动能⼒的提升。从过往的临床研究来看，直接移植胎⼉多巴胺能神经元还有⼏个重要特点： //不需要免疫抑制 在临床实验中，免疫抑制组和未抑制组没有明显差异，也没有观测到明显的免疫反应。 //可以⻓期存活 ⼀旦多巴胺神经元在移植后的最初⼏天⾥存活下来，它们可以⻓期的存续。移植的⼈类多巴胺细胞，在移植后⼗多年的⼫检中，显⽰出壳核的⼴泛神经突触连接。 //临床反应与术前L-DOPA反应有关 对L-DOPA反应⽐较好的病⼈才有可能从移植中获益。在受试者术前，L-DOPA产⽣的平均改善率为57%，在这组对移植反应迅速的年轻受试者中，术前对L-DOPA的平均反应是改善79%。 2、⾃体iPS