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日本企业进军干细胞市场,打响上千亿美元的市场角逐战

干细胞医疗技术临床应用始于1968年,世界上第一例骨髓移植术治疗了一位重症联合免疫缺陷患者,从而开启干细胞在医学上的应用之门。目前,干细胞已经治疗和正在临床试验阶段的疾病达到140多种。

近年来,随着干细胞基础研究与临床转化的不断突破,世界干细胞产业迎来迅猛发展。

iPS细胞全称为“诱导多能干细胞”,通俗而言,既拥有干细胞的强大自我复制与分化能力,又规避了传统胚胎干细胞采集所涉及的伦理问题,同时,凭借脱离病毒载体的诱导科技,能够彻底避免干细胞治疗存在的致癌风险。

细胞疗法是日本当前的优势科技领域之一,京都大学iPS细胞研究财团理事长山中伸弥教授于2012年凭借iPS细胞培育的成就,荣获诺贝尔医学/生理学奖。

我国对细胞治疗科技非常重视,在《“健康中国2030”规划纲要》中,干细胞与再生医学被明确列为“推进医学科技进步”的重要内容之一,在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中,生物技术被列为战略性新兴产业。截至2020年12月底,我国已准予了48项细胞药物临床试验项目,细胞产业与细胞科技逐渐进入了有序高速发展的良性循环。

日本企业进军干细胞市场

自 2006 年发现诱导多能干细胞 (iPS 细胞) 技术以来,干细胞生物学和再生医学取得了重大进展。新的病理机制已经被识别和解释,通过 iPS 细胞筛选确定的新药物正在筹备中,并且第一批使用源自人类 iPS 细胞的细胞类型的临床试验已经开始。iPS 细胞可用于探索疾病发生和发展的原因,创造新的药物和治疗方法,以及治疗以前无法治愈的疾病。

建立iPS细胞库

京都大学iPS细胞研究所表示,已找到了符合条件的献血人,首先将制造可适用于约20%日本人的iPS细胞。在采集到75个特殊类型的血液后,所制造的iPS细胞将可适用于80%的日本人。

现有的 iPS 细胞库

  • 加州再生医学研究所 (CIRM)

  • 再生医学计划 (RMP)

  • iPS 细胞研究与应用中心 (CiRA)

  • 欧洲诱导多能干细胞银行 (EBiPC)

  • 韩国细胞生物学学会 (KSCB)

  • 人类诱导多能干细胞倡议 (HipSci)

  • RIKEN --生物资源研究中心 (BRC)

  • 台灣人类疾病 iPSC 联盟

  • WiCell

富士胶片

根据外媒报道,日本富士胶片最早将在2020财政年度申请许可,以开展基于成人组织干细胞的临床试验,以期成为日本首家将这种细胞应用至再生医学领域的公司。

这款疗法的核心是诱导多能干细胞,这些细胞因在再生医学领域的应用前景而受到了广泛的研究。当前许多公司正致力于围绕这些细胞开展业务,就像药物和医疗设备一样。

富士胶片的这款疗法涉及到使用干细胞,未来向病人注射这种细胞有望抑制免疫系统,并防止骨髓中的免疫细胞攻击身体。

住友制药会社

根据日本《朝日新闻社》报道,日本住友制药会社建立了全球首个商业干细胞工厂,用于生产商业用途的诱导多能干细胞衍生细胞,并为临床试验专门生产细胞。

日本住友制药会社是全球制药前50强的制药企业,计划将再生医学作为其未来的核心业务之一,期望到2030年将其在该领域的销售额提高至18亿美元。

目前,现有的干细胞生产中心如美国国立卫生研究员再生医学中心和WiCell干细胞库为研究人员提供细胞,但日本住友制药会社建立的干细胞工厂是首个为商业应用提供细胞的生产中心。

该中心的建设成本约为36亿日元(约3.427亿美元),占地面积超过3万平方英尺,根据所生产的细胞类型被分为三个独立区域。根据日本住友制药会社相关负责人接受,该中心的每个区域每年生产的细胞能够满足成千上万名患者的治疗需求。

该中心将使用京都大学干细胞研究与应用中心(CiRA)以及其他研究机构开发的干细胞进行扩增和转化,例如将干细胞转化成视网膜细胞和其他细胞。

目前,日本住友制药会社正在与Riken研究所、CiRA以及庆应义塾大学等机构合作,开发基于iPS细胞的产品,用于治疗年龄相关性黄斑变性、视网膜色素变性、其他眼部疾病以及帕金森、脊髓损伤等。

山中伸弥的诺贝尔生理学医学奖

2012年秋,日本科学家京都大学山中伸弥教授因iPS细胞方面的系统工作获得诺贝尔生理学医学奖。2013年4月,安倍晋三首相发表《成长战略演讲》,表示接下来的十年将会划拨1100亿日元经费预算来支持以iPS细胞为首的再生医疗研究。

图/安倍晋三在神户参观iPS细胞研究所


日本的再生医疗迅速雄起,其中iPS细胞相关研究撑起了再生医疗的半壁江山。换句话说,其研究相关经费也占去了再生医疗领域经费的大半。当年对于国内政策压倒性倾向iPS细胞研究的再生医疗现状,为之表示担忧的学者不在少数。

日本iPSC/ESC干细胞研究机构分布情况

曾有再生医疗领域的专家提出异议:“当前国家政策固执地坚持iPS细胞研究,到底是为了谁做医疗”。质疑iPS细胞产业化的成本问题,“iPS细胞关注的疑难杂症多是患者相对较少、市场相对较小的领域。

这种投入大量人力物力的个人定制性医疗,是否会形成医疗健康产业尚是未知数。”但不久之后,由美国奥巴马政府发起,中国随即跟进的个性化医疗、精准医疗浪潮迅速扩展到全球。目前免疫细胞疗法、基因疗法等个性化医疗突飞猛进,逐步成为治病救人的常规医疗手段。

另一个被质疑的焦点是安全问题。2012年8月,日本国家再生医学研究项目事后评估报告发布。审议过程中,研究小组提交的材料中明确显示iPS细胞有着相当高的基因突变概率。

而基因变异是可能导致细胞癌变的重要风险和表现之一。虽然当时部分委员提出有必要追加验证,但后来委员会并没有就此议题再进行讨论。后期通过制备方法改良等技术手段,iPS细胞癌变风险得以降低,并逐步走进临床。

虽然京都大学iPS细胞研究所所长山中伸弥教授持有iPS细胞发明的基本专利,但是从血液中制取iPS细胞的重要技术之一的专利则由一家美国公司先行获得,这项专利就是后来被富士胶片(FujiFilm)收归旗下的Cellular Dynamics International(CDI)公司所持。2016年富士胶片将该技术在日本的专利权也纳入囊中。

高品质细胞的高效制备是iPS细胞产业应用的关键所在。如果所有应用者都首先要向富士胶片支付奇高的巨额专利授权费,那么必然对iPS细胞产业孵化造成不可承受之重。鉴于此,山中教授希望压缩富士胶片的授权费。富士胶片副总裁户田雄三是行业组织再生医疗创新论坛的理事长,换句话说他也是日本再生医疗产业的最高权威。

再生医疗关联技术涉及领域广泛,试剂、细胞培养和分离装置、生成工艺等等,想在短时间内实现起来也不那么简单。富士胶片力争成为再生医疗的综合巨舰,狂砸3000亿日元间接投资或者直接并购了11家上下游企业,试图打造一个闭环生态链。虽然目前已经获取了细胞以及培养基等产品技术,但仍然有一些欠缺,其中之一是细胞移植、注射等必需设备的生成技术。

通过国家科研经费支持研究开发仪器设备,然后再自筹资金产业化是目前常见产业化模式。川崎重工也以此模式开发了一款iPS细胞等自动培养设备。但在产业化上市之前,需要先汇总使用该设备的关联企业临床研究计划,递交医药品和医疗器械综合机构(PMDA)获得审批。川崎重工项目部部长八田道广博士谈到,目前日本国内缺乏这样的合作伙伴,很多试用机构都表示可以明显降低生成成本,但是当前规模对该需求还不明显。为了能够在渐渐开启的美国市场上积累些业绩,八田道广博士长期往返奔波于美日之间。

川崎重工开发的iPS细胞等自动培养设

超过1000亿美元市场的角逐

根据东京研究与咨询公司Seed Planning的数据,到2030年,包括iPS细胞疗法在内的再生医学领域将拥有超过1000亿美元的市场,世界各地的企业都渴望分得一杯羹。

除了富士胶片,目前日本其他企业也正在努力推进iPS细胞治疗的商业化,都希望在这场商角逐中占据领先优势。

据了解,日本药企Healios可能成为首家在日本测试iPS细胞疗法的公司,他们计划最早在本财年启动一项临床试验,主要针对黄斑变性的治疗。这家初创公司希望到2022年财政年度将该产品商业化。

今年7月,日本政府批准了京都大学使用iPS细胞治疗帕金森症的临床研究,并将于明年3月开始向患者移植iPS细胞。预计该机构将与日本住友制药合作生产和销售这些关键的细胞,目标是在2022年财政年度将这种疗法商业化。

今年3月,全球首个商业iPS细胞工厂在日本落地,用于生产商业用途的iPS衍生细胞,以及为临床试验专门生产细胞,或者是为医疗中心提供iPS衍生细胞。

......

由此可见,iPS细胞治疗正在日本的商业化角逐正在如火如荼开展中。

iPS细胞行业大事记

  • 2006年,日本科学家山中伸弥将四个转录因子引入特化的成体细胞(比如患者的皮肤细胞),再将其重编程为诱导多能干细胞(iPSC)。这些细胞在实验室中表现出与胚胎干细胞相当的能力,又避开了胚胎干细胞的伦理问题,在疾病模拟、药物筛选和细胞治疗中有着巨大的应用前景,被人们视为细胞疗法的新希望。

  • 2007年,山中伸弥所在的研究团队通过对小鼠的实验,发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞,为研究治疗多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用,因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约,同时,这一技术也使单个细胞实现返老还童成为了可能。当年该研究成果发表在权威期刊《Cell》上,在生命科学领域开创了一个新的研究领域。

  • 2008年,山中伸弥进一步在原有的基础上改造iPS技术,首次脱离病毒载体诱导iPS细胞,消除了iPS致癌的隐患。

  • 2012年,因对“体细胞重编程技术”的研究,时任京都大学教授的山中伸弥获得当年的诺贝尔生理/医学奖。

  • 2013年8月,位于日本神户市的日本理化学研究所与尖端医疗中心医院宣布,将从8月1日起启动使用人工诱导多功能干细胞(iPS细胞)再生眼部顽症患者视网膜的临床研究。

  • 2014年9月15日 首例iPS细胞眼部疾病手术实施,全球首例将诱导多能干细胞(iPS细胞)制成的视网膜细胞移植入人体内的手术在完成一夜以后,其负责手术的尖端医疗中心医院(位于神户市)眼科总部长栗本康夫(53岁)在术后说明情况时称:“没有发现并发症,非常顺利。今早检查时,患者说'视野变明亮’了。

  • 2015年12月,京都大学iPS细胞研究所和武田制药启动iPS细胞应用研究联合项目,这项“ips细胞应用Takeda-CiRA联合项目(T-CiRA)”将针对6个核心方向探索干细胞在治疗领域的临床应用,包括癌症、心力衰竭、糖尿病、神经退行性疾病和难治性肌肉疾病。

  • 2016年4月,利用实验鼠的iPS细胞再生出完整的皮肤系统。这可能将有助于开发出治疗烧伤、严重皮肤病、重度脱发等的新方法。

  • 2016年9月,日本宣布将进行世界首例他人iPS细胞移植手术。本次手术中,专家会使用他人的iPS细胞(诱导性多能干细胞)制作视网膜细胞,并将制成的细胞移植给一位患有严重眼病的患者。

  • 2016年10月10日,全球首例利用iPS细胞治猴子心脏病见效果,日本研究人员利用猴子皮肤细胞产生的干细胞让5只患病的猕猴受损的心脏再生。

  • 2016年10月,由九州大学和京都大学等组成的研究团队,利用10周龄老鼠尾巴所培育的iPS细胞,来培育卵子及精子的“原始生殖细胞”,首次利用老鼠iPS细胞培养出卵子。

  • 2016年10月,结合京都大学的iPS细胞研究所 “再生医疗用iPS细胞存储项目”的进展,日本宣布到2022年计划储备适合于8成以上日本人的iPS细胞,并重点研究利用储备的iPS细胞实现“他体移植” 。

  • 2017年1月10日,日本理化学研究所多细胞系统形成研究中心(位于神户市)的研究小组在美国科学杂志网络版上发表一项研究成果,确认iPS视细胞能让眼睛恢复感光。

  • 2017年2月6日,《PNAS》期刊在线发表文章,证实诱导性多能干细胞不会增加基因突变。

  • 2017年2月,利用诱导性多能干细胞治疗黄斑变性眼疾的临床试验获得日本卫生部门的批准。研究团队使用的诱导性多能干细胞来源于捐赠的细胞,经过重编程和再分化获得视网膜色素上皮(RPE)细胞,用于疾病治疗。

  • 2018年7月,据《朝日新闻》统计,目前在日本大力支持发展的iPS细胞相关再生医疗领域,包括大型制药企业在内的至少8家公司共计12种类疗法正在紧张研发中。其中最快的一个疗法有望在2020年即可上市。

  • 2018年11月16日,京都大学iPS细胞研究所(CiRA)与国立研究开发法人日本医疗研究开发机构(AMED)发布新闻称,成功将人源iPS细胞(人工诱导多功能干细胞)改造成具有更强抗癌效果的细胞毒性T细胞,有望开发用于下一代细胞免疫疗法。

  • 2018年11月2日《Stem Cell Reports》发表了京都大学的研究成果,该研究团队利用iPS细胞构建的进行性骨化性纤维发育不良疾病模型,成功高通量筛选出两个候选药物,该两个候选药物分别曾作为癌症和阿尔茨海默氏症的候选药物,和雷帕霉素一样都可以抑制骨的形成,但是采用了不同的作用机制,所以本研究也有助于探明该病的发病机理。

  • 2018年11月9日,京都大学宣布开展利用诱导性多功能干细胞干预帕金森症的新型实验性疗法,是全球首个尝试使用iPS细胞干预帕金森的案例。

  • 2019年5月,《Nature》发布了东京大学医科学研究所干细胞生物学系与斯坦福大学及理化学研究所的研究成果,世界上首次在维持造血干细胞未分化特性的前提下持续增殖培养一个月以上,不仅可以使得从一个供体分离的干细胞扩大培养后用于多名患者,而且培养成本和周期都可以大大缩减,从而降低患者的治疗成本和减少等候时间。

  • 2019年9月,日本东京医科齿科大学宣布成功利用人iPS细胞同时培育出了肝脏、胆管和胰脏3种迷你器官。(研究人员称,此前利用iPS细胞培育特定的细胞和器官都是单独培育的,不能再现与相邻多个器官间的关联性,因此培育出的特定器官可能不能充分发挥其功能,或者存在缺乏持久性等缺陷。此次他们成功研发了多器官系统再生技术,作为解析人体内复杂器官形成发育的有效方法,将有助于人体生物学研究的发展,也将有助于开发更加高效的再生医疗技术。)

  • 2020年3月,据《日本经济新闻》报道,日本京都大学iPS细胞研究所与熊本大学合作,成功制作出可以给任何人输血的血小板。研究人员把基因编辑技术和iPS细胞相结合起来实现了此次研究。通过小白鼠实验,研究团队确认了输血后血小板可以起到作用,这一研究有望用于治疗即使输入了血小板也无法产生作用的“血小板输入无效症”。

  • 2020年7月,日本顺天堂大学研究生院的研究人员利用比原来更加安全的方法,成功培养了能抑制宫颈癌繁殖的iPS细胞源人乳头瘤病毒(HPV)抗原特异性杀伤T细胞。与源自外周血的杀伤T细胞相比,该iPS细胞源杀伤T细胞能在人体内强力抑制宫颈癌繁殖,研究团队利用小鼠确认到可以延长生存期。这项成果能实现抑制宫颈癌繁殖的iPS细胞源T细胞的稳定供应,有望为采用免疫细胞的新治疗方法的开发铺平道路。

  • 2020年8月,京都大学iPS细胞研究所的研究人员验证了利用人工多能干细胞(iPS细胞)源间充质干细胞(iMSC)制备的生物3D神经导管对末梢神经再生的有效性和机制。

  • 2020年10月,日本研究人员实施了一台移植免疫细胞治疗癌症的手术,用于移植的免疫细胞由诱导多能干细胞(iPS细胞)培养而来。这是日本首次尝试利用iPS细胞治疗癌症。手术采用注射形式,向患者癌组织附近血管一次注射约5000万个NKT细胞。首次注射后患者情况良好,患者还将接受两次注射。NKT细胞是一种可对癌细胞发动高效攻击的免疫细胞,但人体内仅有少量这种细胞。研究人员从健康人的血液中采集NKT细胞并培育出iPS细胞,再使iPS细胞分化增殖出大量NKT细胞后注入患者体内。研究小组计划2022年3月前对4至18名接受标准治疗后病情复发的头颈部恶性肿瘤患者进行同样的免疫细胞移植手术,以确认这种疗法的安全性和有效性。

  • 2020年10月,日本京都大学医疗创新企业Rebirthel和日本藤田医科大学宣布,将共同开发利用诱导性多能干细胞(iPS细胞)技术治疗新冠病毒感染。该疗法是诱导iPS细胞分化为NKT细胞(Natural killer T cell),以攻击感染了新冠病毒的细胞,最终预防患者病情加重,力争2~3年内实现临床试验。这是世界上首次提出利用干细胞治疗新冠病毒。

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