以誘導性多功能幹細胞iPSC 為基礎的藥物研發平台 - 伯森生技

誘導性多功能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSC) 的發現可說是生物醫學領域的一個重要里程碑，透過iPSC 技術，我們將能夠經由對體細胞的重新 ... DiseasesInADish以誘導性多功能幹細胞iPSC為基礎的藥物研發平台 誘導性多功能幹細胞(inducedpluripotentstemcells,iPSC)的發現可說是生物醫學領域的一個重要里程碑，透過iPSC技術，我們將能夠經由對體細胞的重新編程，在培養皿中建立出疾病模式進行測試。

相較於傳統以動物建立疾病模式的方式，iPSC技術的出現大幅降低了疾病模式建立的困難度與複雜度，進而推動癌症、心血管、神經退化性疾病等多方面疾病研究領域的長足躍進[1]。

京都大學山中伸彌(ShinyaYamanaka)教授因其在iPSC領域的卓越貢獻，被授與2012年諾貝爾生理醫學獎，他對iPSC在臨床醫療領域的應用寄予了厚望，山中伸彌教授曾表示： WiththeabilitytodifferentiateintovirtuallyalltypesofcellandtogrowrobustlylikeEScells,iPScellshaveenormouspotentialforpharmaceuticalandclinicalapplications.Patient-specificiPScellscanbeusedtoproducediseasemodelcellsinwhichthepathologicalprocesscanbestudied.Thousandsofchemicalsandnaturalproductscanbetestedonsuchcells,someofwhichwehopewillbecomeneweffectivemedicinesforintractablediseases[2]. 目前iPSC的應用領域主要涵蓋：細胞治療、藥物研發、毒理測試、疾病模式建立、個人化醫療[3]。

相對於其他治療方式，iPSC用於細胞治療的關鍵優勢在於倫理法規和現貨即用(off-on-shelf)的定製方式。

與胚胎幹細胞不同，iPSC來源為成體而非人類胚胎，倫理風險小；另一方面，藉助基因工程技術，iPSC能針對不同疾病創建基因定製細胞株，同時降低免疫排斥風險，以實現現貨即用、可大規模生產的細胞治療產品。

iPSC應用領域。

IMAGE©BioInformant. 距iPSC研究獲諾貝爾獎7年後，2019年12月FateTherapeutics公司發表了首個獲得美國食品藥物管理局(FDA)批准進入臨床新藥測試的同時嵌合有三個抗癌成分設計的iPSC來源CAR-NK(chimericantigenreceptornaturalkillercells)細胞免疫治療產品「FT596」。

FT596是由iPSC分化而成的自然殺手細胞，經基因改造後其細胞表面不僅嵌合有CD-19標靶抗體，還具有CD16Fc受體、以及IL15受體片段，以增強其抗體依賴性細胞毒殺作用(antibody-dependentcellcytotoxicity,ADCC)效力、並促進延長作用時效與功能。

FateTherapeutics公司已陸續取得90多項專利和100多項待批專利，以用於“現貨即用型”iPSC細胞治療產品的開發與生產。

iPSC技術的引入，已為細胞療法開啟一個嶄新的局面，將有望改善目前細胞療法生產成本昂貴、定製費時、效能不穩定等問題[4-7]。

FT596設計圖示。

FT596iscreatedfromaclonalmasteriPSClineengineeredwiththefollowingfeaturestoenhanceanti-tumoreffectorfunction:(1)AnNKcell-specificanti-CD19CARpromotesenhancedcytotoxicityagainstCD19-expressingmalignancies;(2)Ahigh-affinity,non-cleavableCD16Fcreceptorpromotesenhancedantibody-dependentcellularcytotoxicity(ADCC)whencombinedwiththerapeuticmonoclonalantibodies;(3)AnovelIL-15receptorfusionenhancesthepersistenceandexpansioncapabilitieswithoutrequiringco-administrationofcytokinesupport.IMAGE©FateTherapeutics. 而在實際的iPSC藥物研發過程中，正面臨到的獨特挑戰就是如何同時管控處理大量的、需長期培養的iPSC細胞？以開發神經退化性疾病相關藥物為例，iPSC來源的神經元細胞往往需要在同一個384-well微量多孔盤中進行長達數週的培養，以獲得相對成熟的細胞。

特別是以年長病患的細胞樣本建立疾病模式時，更會進一步延長iPSC細胞的培養週期。

然而，隨著培養時間的增加，細胞污染和聚團的風險也會增加，且長期培養也會使得微量盤中每個孔洞間的細胞數量差異變大，這些問題皆會影響後續藥物篩選結果，造成其可信度降低。

以iPSC為基礎的藥物研發平台。

IMAGE©Evotec. 針對這個難題，德國Evotec公司聯合新藥開發技術領導品牌PerkinElmer，共同開發打造了XLIIcell::explorerSystem，能夠將iPSC細胞長期培養、細胞品質監控、以及藥物篩選流程整合自動化，並達到工業量產等級。

該系統設置於配置有層流式空氣系統(laminarairflow)的無菌環境中，支援384-well微量多孔盤規格的iPSC細胞全自動培養，包含細胞接種、培養基更換和加藥處理等；並由EnSight™檢測儀進行細胞品質的常規掃描監控，包含污染物、細胞密度、細胞團塊等，透過智慧軟體的判讀，任何不符合細胞品質檢測標準的培養盤都將被自動放入隔離培養箱中。

PerkinElmer研發團隊在此文件中詳實記錄了使用XLIIcell::explorer系統進行500盤iPSC神經元細胞長期培養的前導試驗結果[8-10]，詳細產品資訊歡迎洽詢PerkinElmer台灣代理—伯森生技。

XLIIcell::explorerSystem—全自動iPSC長期培養與高通量藥物篩選平台。

短片：2分33秒©Evotec. References Diseasesinadish:modelinghumangeneticdisordersusinginducedpluripotentcells.NatMed.2011Dec;17(12):1570-6.PMID:22146428 ShinyaYamanaka–Biographical.NobelPrize.org.NobelMediaAB2019.Article iPSCellTherapy:IsJapantheMarketLeader?BioInformant.Article Off-the-ShelfNaturalKillerCellswithMulti-FunctionalEngineeringUsingaNovelAnti-CD19ChimericAntigenReceptorCombinedwithStabilizedCD16andIL15ExpressiontoEnhanceDirectedAnti-TumorActivity.Blood(2018)132(Supplement1):4541.DOI:10.1182/blood-2018-99-113701 FateTherapeuticsAnnouncesNewPreclinicalDataforFT596Off-the-Shelf,iPSC-derivedCARNKCellCancerImmunotherapy.FateTherapeutics.News.2019Dec08. FT596.FateTherapeutics.Article iPSCPlatform.FateTherapeutics.Article iPSCPlateform:AnindustryleadingiPSC-baseddrugdiscoveryplatform.Evotec.Article iPSCAutomation:High-throughputSystemForiPSC-basedDrugScreening.Evotec.Article CultureandQualityControlofHumaniPSC-DerivedCellsUsinganAutomatedHighThroughputApproach.PerkinElmer.Article