如果把人体内的各种细胞比做不同国家的流通货币,他们分别在各自的“城池”(组织、器官等)扮演者自己的角色,那么干细胞(stemcell)就是其中的“通货”。
从受精卵的有丝分裂到人类本体,人们常用“鬼斧神工”这一词汇形容生命的发育过程,干细胞也在其中扮演着重要的角色。
年诺贝尔生理学或医学奖颁给了英国生物学家约翰·格登(JohnGurdon)和日本细胞研究所主任山中伸弥(ShinyaYamanaka)。两位科学家取得的成果都与诱导多功能干细胞(iPSc)相关,作为医学界的“万能细胞”,干细胞市场发展潜力巨大。在我国,国务院也将基因重组治疗性抗体、多肽类药物合成、干细胞治疗、基因治疗、转化医学等纳入“十二五”国家战略性新兴产业生物医药发展蓝图的重点。
而干细胞疗法的大门开启的时间,始于近60年前,一个甲子已逝,干细胞疗法的发展也在时间的流逝中不断更新迭代。
“世界货币”
干细胞是早期未分化的具有自我复制无限增殖和多向分化潜能的原始细胞,缺乏分化标记,可塑性强,在不同的微环境可分化成不同系谱、不同胚层的组织细胞(目前已知多种),分化后微环境改变还可以恢复原始状态,转分化为另一种组织细胞,是修复损伤和衰老的万能细胞。
随着医学的不断进步,再生医疗的时代到来了,再生医疗中起核心作用的就是干细胞。干细胞是一类具有自我复制和分化能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。普通细胞只能培育出和自己相同的细胞,例如血液细胞只能培育出血液细胞,皮肤细胞也只能培育出皮肤细胞。一旦细胞老化或受伤的话,其修复能力和再生能力就会下降。但是,干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,故医学界被称为“万能细胞”。
它能够做到普通细胞做不到的事情,例如器官的修复再生。
通过从患者身上提取少量干细胞进行培养增殖再回输到体内,最大限度降低排异反应、并发症、伦理方面的风险。它最显著的价值是:通过对干细胞进行体外分离、培养、定向诱导分化等,能够培养出一种全新的、正常的、更年轻的细胞组织或器官等,通过特殊的技术移植到体内,更替那些衰老或非正常死亡的细胞,为传统医学无法解决的疾病治疗带来了革命型的突破。
而人体中的干细胞分为主要两种:一是胚胎干细胞,受精卵发育4到5天后的胚泡中大概有个左右的细胞,这些细胞可以无限制分裂再生,也可以分化成人体内任何一种组织细胞,胎儿组织器官的发育都是从这些胚胎干细胞分裂分化来的;二是成体干细胞,即完全发育好的组织器官中所保存有少量的干细胞,所在的组织器官就是他们各自管辖的领地,正常状态下,其成人体内含量很少,必要时才进行分裂,以保持生长与衰退的动态平衡。一旦他们的“管辖领地”出现问题(受伤或病变),这些成体干细胞就开始工作,分化成特定细胞,完成身体的自我修复。
其中,胚胎干细胞包括ES细胞(EmbryonicStemCell)、EG细胞(EmbryonicGermCell);成体干细胞包括,神经干细胞(NeuralStemCe11,NSC)、血液干细胞(HematopoieticStemCell,HSC)、骨髓间充质干细胞(MesenchymalStemCell,MSC)、表皮干细胞(EPidexmisStemCell)等。他们分别具备不同的分化潜能,又可被分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。
全能干细胞具有形成完整个体的分化潜能,如受精卵;多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,如胚胎干细胞;单能干细胞只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化。如神经干细胞、造血干细胞。此外,山中伸弥海发现3种因子组合(OCT3/4、SOX2与KLF4)可诱导体细胞重回原始状态即成为诱导多能干细胞(iPSc),这让干细胞家族日渐扩大。
各司其职
不同的特性也给上述干细胞在疾病治疗中具备差异化的应用场景。
造血干细胞(Hematopoieticstemcells,HSCs)。主要指骨髓中的干细胞,具有自我更新能力,能够分化为各种血细胞前体细胞,最终生成各种血细胞成分,包括红细胞、白细胞和血小板,还可以分化成各种其他细胞,比如淋巴细胞。造血干细胞最主要的作用就是骨髓移植,救助患有血液病的人们,包括白血病、再生障碍性贫血等相关疾病。就目前的研究发现,造血干细胞还具有抗衰老保健的功效,在老龄化日益加重的情况下,这为人类延长寿命提高老年生活质量提供了很好的保障。
间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)。间充质干细胞来源于发育早期的中胚层,最初在骨髓中发现,具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点。齐具备多项分化潜能,能够分化成骨、软骨、脂肪、肌肉等,在组织损伤修复方面发挥多方面的作用;同时具备造血支持和促进干细胞植入的功能,为骨髓移植提供了更好的安全保障,间充质干细胞免的疫调控和免疫抑制能力也让其成为了治疗自身免疫性疾病的重要参与者,而细胞本身的自我复制能力也为抗衰老提供一种选择。
雌性生殖干细胞。雌性生殖干细胞是卵巢中卵母细胞和基质细胞的祖细胞,能够分化形成新的卵母细胞和基质细胞,修复受伤的卵巢。不仅如此,还能够为已经年老的女性恢复卵巢功能。
诱导多功能干细胞(inducedpluripotentstemcells,iPSc)。自从6年研究成功以来,备受干细胞届研究者的青睐。用不同的诱导成分,iPS细胞能够分化成不同组织的细胞,对受损组织进行修复。除此之外,还有神经干细胞,可以在中枢神经疾病发挥作用;牙髓干细胞,主要作用是用在牙齿疾病上。
图丨干细胞应用(来源:StemCellsintheTreatmentofDisease)
综上所述,干细胞因种类不同,发挥作用也不同。迄今为止,许多种类的干细胞都有它们应用于治疗的成功案例,例如,治疗白血病的主要方法是造血干细胞移植;年,日本完成首个iPS干细胞眼部移植实验,成功治疗了一例视网膜黄斑变性;年,医院成功应用胎盘间充质干细胞治疗一例早衰症;年6月,美国Asterias公司利用人源胚胎干细胞分化形成的少突细胞前体(GRNOPC1)治疗脊椎损伤被验证有效;年,医院在MedicineBaltimore期刊报道了胎盘间充质干细胞治疗糖尿病足溃疡的案例等。
市场分布
目前,仅有三个获批的干细胞药物上市,且它们都由韩国FDA批准,分别是FCB-Pharmicell公司的Hearticellgram-AMI,该干细胞药物是一种自体MSC产品,通过注射到冠状动脉治疗急性心肌梗死,该产品最初于年7月在韩国获批。Anterogen公司用于治疗肛瘘的Cuepistem于年1月在韩国获批,Cupistem是自体MSC产品。另外一个干细胞药物为Medi-post公司的Caristem,用于治疗软骨损伤和骨关节炎,于年1月在韩国获得批准,同时,Caritistem用是一种异体基因成体干细胞产品。
图丨全球获批的干细胞药物和产品详情(生辉根据公开资料不完全整理)
上表信息显示,其他的非药物类干细胞产品,如OsirisTherapeutics公司在年5月于加拿大获批的Prochymal是一种异体基因MSCs产品,用于难治性小儿移植物抗宿主病(GVHD)的治疗,尽管Prochymal在III期临床中的研究数据大多数都是无效的,但是考虑到部分患者中的有效数据,加拿大批准了该产品的上市。
年,在获批的10个生物技术产品中,最引人注目的是两个干细胞治疗产品,它们分别为Duke大学医学院的脐带血造血干细胞静脉注射混悬液(DuCord),以及Clinimmune实验室公司源自脐带血的HPC。它们是继年11月10日HEMACORD获批之后的两个新晋脐带血造血祖细胞制品,纽约血液中心的脐带血造血祖细胞HEMACORD作为美国FDA批准的第一个干细胞产品,现用于异基因造血干细胞移植,治疗遗传性或获得性造血系统疾病的患者。这两个新药的获批提示了美国FDA将进一步完善外周血来源造血干细胞疗法相关规定。
除了上图中获得各国药品食品管理机构的干细胞产品外,目前临床使用中还有三款骨生物类产品:NuVaive公司的Osteocel、Orthofix公司的Trinity以及SkyeOrthbiologics公司的LiquidGen。他们的来源都是多能间充质干细胞,这些产品作为异体骨基质的组成部分具有促进骨生成和减少炎症的作用。
除此之外,目前仍有众多处于临床中后期的干细胞产品和干细胞在研药物,其中GamidaCell公司的StemEx是一种异体基因干细胞产品,由于干细胞采集来源来自脐带血,所以也被誉为“从架子上拿下来”(也被翻译为即取即用)的治疗,可用于白血病和淋巴瘤的治疗。除StemEX为“即取即用“干细胞疗法产品外,Mesoblaste公司的MPC也属于该疗法的产品。
图丨全球目前临床中后期的干细胞产品和干细胞在研药物(生辉根据公开资料不完全整理)
其中,间充质干细胞是当今干细胞药物研发中最受欢迎的一种,在所有干细胞新药研发中占比十分显著。目前全球十余个获批上市的干细胞药物中,超过一半以上是间充质干细胞治疗产品。据国家药监局药品审评中心(CDE)