序　一 自Friedmann和Roblin首次提出基因治疗概念以来，人类在遗传学、干细胞生物学、纳米科学等领域不断得到突破性理论进展和颠覆性技术创新，逐渐将基因与细胞治疗理念从设想转变为现实。Andrew Fire和Craig Mello在RNA干扰方面的开创性研究，极大地促进了RNAi或反义寡核苷酸基因治疗沉默策略的发展，可用于清除或降低致病的缺陷型蛋白的表达。山中伸弥等以Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc再编程因子将成体成纤维细胞重编程为诱导型多能干细胞，可大幅度拓展自体细胞在离体基因治疗和再生医学中的应用前景。光遗传学、化学生物学和点击化学等化学修饰技术，已广泛用于时空控制转基因的表达、化学控制体内细胞的活性、克服转基因的表遗传学沉默或诱导和改进干细胞产品的靶向肿瘤部位。规律成簇间隔短回文重复（CRISPR/CAS）基因编辑系统、碱基编辑器和先导编辑等新一代基因编辑技术的成熟，可以让研究人员对细胞中的DNA序列进行精准操作，从而改变细胞命运和生物学特征，为疾病的基因治疗提供了重要的工具。以腺相关病毒AAV和慢病毒为代表的病毒性基因递送系统和以脂纳米粒子和外泌体为代表的非病毒性基因递送系统都在蓬勃发展，已逐步实现蛋白质、核酸、基因治疗等药物的长期、靶向和稳定性递送，可以有效降低脱靶效应。目前，新药发现与开发已从小分子化学药物、生物技术药物稳步迈向细胞与基因治疗的新时代。与此同时，药物治疗范式则从传统药物的管理疾病、减轻症状和缓解疼痛模式，逐步走向针对遗传病和（或）威胁生命性疾病病因的研究，以编码蛋白的基因本身或基因的表达机制为作用靶标，旨在恢复、纠正或修正疾病导致的遗传性或获得性的生理功能障碍；进而逐渐成为治疗遗传病、感染性疾病和肿瘤等疾病的重要手段，为传统药物无法解决的疾病提供了更多的选择方案。 与此同时，细胞与基因治疗在化学、生产和控制（CMC）实施原则、商业化运行模式、技术革新和法规性监管等方面均取得了长足进步，有力地推动了产业持续健康发展。合同开发与生产组织（CDMO）在细胞与基因治疗产品的工艺研发与制备、工艺优化、注册与验证批次生产及商业化定制研发等方面大行其道，已涌现出Lonza、Catalent、药明康德、复星凯特等国际性和国内性行业龙头。据报道，截至2021年初，正在开展的细胞与基因治疗临床试验多达4300项，已上市的细胞和基因治疗产品有20余个，临床试验所针对的人类疾病主要有肿瘤学、糖尿病、神经退行性疾病、血友病、镰状细胞贫血、β-地中海贫血症、Leber遗传性视神经病变等。 但细胞和基因治疗产品毕竟不同于一般的小分子药物和普通大分子药物，基于其新颖性和异质性，在产品的生产制备与质量、评价产品疗效和安全性的临床前和临床模型等方面也存在诸多困难和挑战。本书系统地介绍了细胞与基因治疗产品国内外最新指导原则和在生产制备、临床应用过程中可能具有的，对患者健康造成的短期、中期和远期安全风险以及针对这些风险相应的研究评价策略。内容全面、系统合理，科学性、针对性、可读性和参考价值都非常大。 细胞与基因治疗产品的研发，需要“高精尖”生物技术、大量的资金投入和雄厚的生物制药工业基础。我国在本领域的发展较为迅猛和深入，复星凯特研发的国内首款CAR-T细胞产品已在2021年被国家食品药品监督管理局批准上市。作为国内外首部全面系统介绍细胞与基因治疗非临床研究的专著，相信本书的出版将对国内的细胞与基因治疗产业健康协调发展和产品的研发大有裨益。 中国科学院院士 2021年8月于上海 序　二 细胞和基因治疗产品包括DNA、RNA、寡核苷酸和自体或异体的细胞，是继化学药物和生物技术药物之后的最新一代药物，具有非常广阔的发展应用前景。其非临床研究计划一般包含一系列体内、体外研究项目，通过所得到的实验数据可支持产品的临床试验，开展非临床研究的目的是为开展临床试验的必要性、可行性提供依据，并寻求监管机构的建议和指导。细胞和基因治疗产品的非临床研究内容包括：（1）概念验证性研究（proof of concept，PoC）又称即药效学研究，旨在确定药理学有效剂量范围、给药途径的可行性、靶向的解剖部位或组织，探索或确定最佳给药时间和最适当的给药方案。（2）生物分布研究，目的是阐明细胞或基因载体的体内处置过程，相关的分布、迁移、归巢等生物学行为，细胞的分化等。（3）安全性评价研究，此研究的目的是系统、全面地鉴别、鉴定和定量药物的安全性风险，包括局部毒性、全身毒性和毒性的可逆性，单次给药毒性试验、重复给药毒性试验、免疫原性和免疫毒性试验、成瘤性/致癌性试验、生殖毒性试验、遗传毒性试验和特殊安全性试验。 在设计细胞与基因治疗产品的非临床研究时，应采用灵活、科学、个案处理的原则处理潜在的安全性问题，并在参考毒理学、药代动力学和药效学基本原理地基础上，重点考虑产品的生物学特性、临床适应证、药物投送器械或特殊给药途径的潜在效应。在与监管部门协商讨论和充分参考相关非临床研究原则的基础上，开展全面细致的非临床研究，评估相关临床应用风险，以便有条不稳、及时有效、合适划算地推进产品临床研究。这些风险包括动物模型的相关性、产品的异质性或鉴定的未充分性、非期望的免疫原性、成瘤性、插入突变、生物分布与存续性以及脱靶分布、毒性。 细胞与基因治疗产品的非临床研究中，在使用替代性动物模型（遗传修饰动物、动物疾病模型），配制和给药中所使用的特殊器械，评价载体或细胞的分布或命运所需使用的特殊仪器设备如单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、磁共振成像（MRI）、生物发光成像和定量多聚酶链式反应等情况下可能难以实施GLP；则应采用科学合理的实验方案并报告所有的方案修订和偏离，数据的采集与报告均应具备充分的质量和完整性以支持临床试验。 本书在介绍细胞和基因治疗产品的概念，内涵与外延，治疗领域，作用原理和机制，在物质实体、生物制备方法与模式、安全风险等方面特点和优势，发展史和现状的基础上，全面阐述了在生产制备、临床应用细胞与基因治疗产品过程中可能患者健康造成的脱靶效应、细胞污染、异常分布、致瘤性、成瘤性、异常免疫反应、扩大药理学效应等短期、中期和远期安全风险。从监管的角度对美国、欧盟、日本、中国以及ICH所颁布的基因和细胞治疗产品相关技术指南进行了全面的比较和差异分析。从研发的角度在描述介绍产品质量控制方面的要求、方法步骤、技术指标或参数的前提下，通过上市产品的具体案例说明非临床研究的项目、设计、实施、技术要点，对实验结果进行了较为详细、务实的分析解释，是一本针对细胞产品和基因治疗产品研发非常具有参考价值的学术专著。 我国也非常重视细胞与基因治疗产品的研发。2019年4月，国家药品监督管理局启动了中国药品监管科学行动计划，将“细胞和基因治疗产品技术评价与监管体系研究”列入了首批研究项目之中。本书作者大多为国内开展细胞与基因治疗产品非临床研究的专家学者，作为国内外首部全面系统介绍细胞与基因治疗非临床研究的专著，相信本书的出版将有力地促进国内的细胞与基因治疗产业健康协调发展，为开展非临床研究的科技工作者提供宝贵的参考和借鉴。 国家药品监督管理局药品安全总监 中国食品药品检定研究院院长 2021年8月于北京 前??言 细胞治疗（cell therapy）是利用患者自体(或异体)的成体细胞(或干细胞)对组织、器官进行修复的治疗方法。细胞治疗方法自发明以来，被广泛用于骨髓移植、晚期肝硬化、股骨头坏死、恶性肿瘤、心肌梗死等疾病。细胞治疗产品的发展源头可以追溯到19世纪30年代，当时德国科学家施莱登、施旺和魏尔肖等创立了细胞学说。1930年，瑞士的代保罗·尼汉斯（Daul Niehans，1882—1971年）成为细胞治疗皮肤年轻化的著名医师，被业界誉为“细胞治疗之父”。一般认为，细胞治疗包括免疫细胞治疗、干细胞治疗和其他细胞治疗等。目前，全球已上市40多款细胞治疗产品（含已撤市产品），其中免疫细胞治疗产品有5款获批上市（其中3款为CAR-T细胞，1款为DC细胞，1款为T细胞），其余均为干细胞治疗产品和其他细胞治疗产品。从首次上市的国家和地区来看细胞治疗产品的上市国家和地区主要是美国、韩国、日本和欧盟等，中国也已有了细胞治疗产品获批上市。从上市时间看，细胞治疗产品都集中在2000年以后。从适应证看，干细胞产品的适应证范围非常广，包括癌症、神经系统疾病、心血管疾病、代谢系统疾病、消化系统疾病等；免疫细胞主要用于治疗血液肿瘤；其他细胞治疗产品多用于组织损伤修复。细胞治疗产品市场是生物医药市场增长最快的子领域之一。在干细胞领域，2014年全球干细胞治疗市场规模约为507亿美元，2018年全球干细胞治疗市场规模达1370亿美元，年复合增长率高达22%。预计未来干细胞治疗市场增速将持续维持在20%以上。 以1972年Friedmann和Roblin正式提出“gene therapy”这一概念为起点，到1990年，被称为“基因治疗之父”的William French Anderson医生领衔进行了一项长期临床试验，这项临床试验的目的是治疗患有腺苷脱氨酶（ADA）缺乏性重度联合免疫缺陷症（ADA-SCID，一种罕见疾病，每年在欧洲影响约14人）的儿童。研究人员使用逆转录病毒将ADA基因转移到分离的T细胞中，然后将这些基因修饰的T细胞回输至患者体内，以求向ADA-SCID患者中引入健康的ADA基因。令所有人高兴的是，临床试验观察到儿童健康状况的显著改善，该报告表明，基因治疗可以安全有效地用于患者。到现在，基因治疗领域已经发展了近50年。尽管期间历经起伏，但近年来基因治疗产品的不断涌现说明基因治疗正在不断走向成熟。2013—2017年，全球基因治疗专利数量首次超越论文数量，意味着基因治疗迈入技术成果转化阶段。值得注意的是，FDA（美国食品和药品管理局）和EMA（欧洲药品管理局）已经批准了一部分基因疗法。2012年，EMA批准了首款基因疗法药品Glybera，这是一种携带人脂蛋白脂肪酶（LPL）基因的AAV1载体，用于治疗脂蛋白脂肪酶缺乏引起的严重肌肉疾病，售价高达120万美元。2016年，EMA批准了第二款基因疗法Strimvelis——一种治疗ADA-SCID患者的干细胞基因疗法。与Glybera相似，这种基因治疗起步不好。该疗法最初定价为66.5万美元。2017年，FDA批准了首款基因疗法Luxturna，一种携带RPE65基因的AAV2载体，用于治疗罕见遗传性视网膜病变造成的视力丧失，由美国Spark Therapeutics研发。相关产品被批准也意味着欧洲和美国的监管部门已经对基因疗法持肯定态度，这在很大程度上也取决于基因治疗产品的有效性和安全性的进一步提高。 与相对传统药物相比，细胞和基因治疗具有相对独特优势。不同于传统小分子药物和抗体药物在蛋白质水平进行调控，基因治疗可在基因水平发挥作用，因此对于致病基因清晰而蛋白质水平难以成药的靶点具有独特优势，可以在基因水平调控，解决蛋白水平难以成药靶点的成药性问题。另外，相比于传统药物，细胞和基因治疗产品的开发也拥有独特研发优势。细胞的获取和传代增殖技术和工艺都相对成熟，核酸序列的设计与合成相较小分子靶向药和单抗药物难度也更低，非病毒载体工艺的工业化级别放大也相对容易，因此在开发出一个安全、高效的递送系统之后，细胞和基因治疗产品的开发难度反而更低、研发成功率更高。特别是近几年随基因编辑技术的开发，更推动了细胞和基因治疗药物的发展，细胞和基因治疗对于特定基因引起的疾病有极大的应用潜能，特别对单基因突变导致的罕见病而言，基因治疗可实现“治本”，是目前的研究主流，如脊髓型肌萎缩、血友病、莱伯先天性黑蒙等。其中许多款药物更是实现了该适应证可用药零的突破，满足了罕见病患者迫切的用药需求。预测未来细胞和基因治疗在实现实体瘤适应证的突破、向常见病尤其是慢性病领域拓展和罕见病适应证持续拓展等突破还将持续高速发展。 与传统药物相比，细胞和基因治疗产品也更有其特点，最突出的特点是，细胞药物是活的细胞，具有一定的生命繁殖能力，通过修饰机体生命密码，直通病根的作用靶标作用模式达到“药到病除” “立竿见影”的治疗效果，这种作用起效方式，致使其在政策监管方面，特别是安全性评价方面与传统药物更加不同，特别是其长期安全效应，更引起人类重视。 众所周知，是药三分毒，新药被批准上市的唯一准则是病人获益远大于用药风险，为了更好推动细胞治疗产品和基因治疗产品产业的发展，务必重视其有效性和安全性问题，这也是撰写本书的初衷。 本书共计13章，分别涵盖了细胞和基因治疗产品概述、细胞和基因治疗产品的安全风险、细胞和基因治疗产品的行政监管、细胞和基因治疗产品的质量控制、细胞和基因治疗产品非临床毒理学研究、细胞和基因治疗产品药代动力学研究与评价、细胞和基因治疗产品致瘤性/成瘤性评价研究、细胞和基因治疗产品免疫原性评价研究、干细胞产品的非临床评价研究、CAR-T细胞产品的非临床评价研究、溶瘤病毒产品的非临床评价研究、基因编辑产品的非临床评价研究以及细胞和基因治疗产品新药研究申请（IND）注册申报非临床研究核查要点，希望通过本书内容能够为从事细胞治疗产品和基因治疗产品研发者提供些许帮助。本书的特点之一就是在尽可能解释清楚细胞和基因治疗产品潜在风险原理机制的基础上，详细讨论了针对这些潜在风险开展非临床评价研究需要的思路和方法，并尽可能提供翔实的研发案例，但因篇幅有限，大量的研发案例通过数字化手段展示，供大家参考。读者可以扫描下方二维码进入后台观看。 需要说明的是，本书不同于技术指导原则和指南，尽管参与编写的专家充分发挥各自专长，努力将本领域的研究进展呈现给读者，但由于细胞治疗产品和基因治疗产品发展的历史相对较短，特别是文献较少，难免存在欠缺或不当之处，敬请读者提出。另外，数字化的案例展示并不代表标准，也有不足和欠缺，如有错误和缺漏也敬请读者理解，更希望读者能与我们共同努力，提供更多案例供大家参考。 在本书的编写过程中，非常荣幸得到中国科学院院士蒋华良教授和国家药品监督管理局药品安全总监、中国食品药品检定研究院李波院长的指导，并在百忙之中为本书作序；感谢秦昭恒在书稿收集过程中的辛勤付出，感谢王振屹为本书页眉做画，本书还受到国家重大新药创制专项课题（2018ZX09711003-007；2018ZX09201017-003）的支持，谨代表全体编者深表谢意！ ?? 2021年9月于北京

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