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生物人工肝4——市场上的生物型人工肝研发厂家都有什么动作?
发布时间:2023-01-12浏览次数:64
【临床分类】 【应用领域】 【作者】李芳 武瑾嵘
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导 读

和义广业【行业分析】之生物人工肝将针对肝衰竭的不同治疗手段,包括目前常用的非生物型人工肝和肝移植,以及未来具有治疗前景的生物型人工肝进行介绍。本篇带大家了解目前生物型人工肝的研发厂家有哪些,每家用的细胞来源、技术路线、产品布局等情况。

本篇共 7009 字,阅读时间预计 5-6 分钟

生物型人工肝相关公司

(一)上海微知卓生物科技有限公司

上海微知卓生物科技有限公司成立于2015年,是一家专注于重症肝脏疾病及细胞治疗的新型生物医药技术公司。公司与中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员惠利健团队(突破“类肝细胞”体外培养技术,以直接转分化技术构建了hiHep细胞)合作搭建了全新的HepaCure生物人工肝支持系统,为由于重症肝病导致的肝衰竭患者提供了一种新型有效的治疗方案。

目前,微知卓自主研发的生物人工肝产品——血浆生物净化柱在中国用于治疗乙型病毒性肝炎等引起的慢加急性肝衰竭的临床试验(IND)申请(受理号:CXSL2200373)获国家药品监督管理局(NMPA)药品审评中心(CDE)批准1

1、HepaCure生物人工肝2

HepaCure生物人工肝是一种体外肝功能支持系统,可以短时间代替肝脏功能促进肝衰竭患者自体肝功能的恢复,也能为计划肝移植的病人争取时间,等待合适的肝源。它就像一个小型肝透析机,在透析过程中,不仅对血液有解毒功能,还能为肝脏补给营养,促进患者肝细胞再生,恢复正常肝功能,具有非常重要的临床价值。

(1)核心技术

细胞转分化技术:将人的成纤维细胞通过导入三个肝脏相关的转录因子,直接转分化为肝样细胞(hiHep细胞),可用于清除毒素、合成人体必需蛋白质等。

图 HepaCure生物人工肝原理图

(2)优势

该技术打破了原本体细胞只有通过iPSC/ESC向功能细胞转变的这一技术瓶颈,首次实现了从体细胞向肝样细胞的直接转分化。

(3)适应症

-为重症肝病导致的肝衰竭患者提供了一种新型有效的治疗方案,可以短时间代替肝脏功能,促进肝衰竭患者肝细胞的再生及肝功能的恢复;

-用于肝切除患者的术后康复,促进患者肝细胞的再生。

2、可增殖的人原代肝细胞ProliHH

增殖性的人肝细胞(proliferating human hepatocytes , ProliHHs)是一种双表型细胞,一方面其保留了成熟肝细胞的一些特征,如包括血浆蛋白分泌、糖原储存和脂质积累,另一方面其表达祖细胞相关基因。当ProliHHs用于肝脏移植时,其在体内能够转变为成熟的肝脏细胞,填充约60%的肝脏;当用于传代时,细胞中与成熟相关的基因显著减少,与祖细胞相关的基因增加。表征人类肝细胞衍生的双表型细胞是高度增殖的细胞,具有强大的再生能力。

图 人原代肝细胞ProliHH双表型图

(1)核心技术3

原代肝细胞体外扩增技术:通过开发了一种特定的培养基来促进人肝细胞增殖,建立全新的人肝细胞体外扩增理论和培养体系,突破理论瓶颈,该培养基可以实现人原代肝细胞体外大规模扩增—持续增殖超过一个月,数量增加10000倍(以前的方法中若没有基因修饰的细胞其体外扩增只有约10倍)

(2)应用领域/适应症

-用于肝细胞移植治疗遗传代谢性肝病;

-用于药物筛选等研发服务。

3、产品管线及实验情况

2016年,HepaCure生物人工肝进行了首次临床试验,一名患者在肝移植的三周前成功接受了治疗。

此后,10例急性或慢性肝衰竭患者被纳入研究者启动试验(IIT),患者接受了一次或两次治疗,两次的间隔为7天至10天。试验主要终点为治疗的安全性以及IgA、IgG和IgM的变化;次要终点为患者28天、90天的存活率。结果显示,该试验达到主要终点,90%的患者存活28天,80%的患者存活90天。两年后,7名患者在没有肝移植的情况下仍然存活。基于该IIT结果,微知卓在国内提交了IND4

图 微知卓产品管线分布

4、融资情况

 

(二)仝干:

武汉仝干医疗科技股份有限公司(以下称公司)成立于2013年12月09日,是由前华中科技大学同济医院器官移植研究所副所长、移植实验室主任周平教授创办,主营HL2细胞生产、TOGO生物人工肝灌装。公司围绕HepAssis2®生物人工肝系统已有专利37个,其中已授权的实用新型专利13个,已受理的发明专利15个;申请PCT专利2个,已受理1个;今年新申报的专利10个(正在申报中);已在世界范围内将人源肝母细胞源的生物人工肝相关技术进行覆盖保护。

1、设备组成及技术原理5

HepAssis2生物人工肝治疗技术,是一种用以替代或支持肝脏功能的体外血液净化设备,主要由生物反应器、人工肝机、血液管路、加热器、增氧器、肝素泵、血浆分离器、数据记录等装置组成。

治疗方式:将肝衰竭病人的血浆通过人工肝管路导出,经血浆分离器分离为血细胞和血浆两部分;带有毒素的血浆经增氧后进入装载HL2细胞的改良后生物反应器,毒素通过扩散作用溢出与反应器中的肝细胞接触并被净化;经过净化的血浆与血细胞重新汇合后回输病人体内,完成治疗循环。

图 HepAssis2 生物人工肝系统治疗原理图

2、其他产品

公司产品主要为提供生物人工肝治疗技术服务和胆红素吸附器、内毒素吸附器、炎性因子吸附器、管路等耗材产品的研发、生产、销售,两条产品管线。公司研发的生物人工肝配套耗材,既可以作为辅助产品提高生物人工肝治疗技术的效果,又可以单独作为医疗器械进行售卖。

3、融资情况

 

(三)赛立维

上海赛立维生物科技有限公司成立于2013年,设立于张江高科技核心园区,致力于在肝病的细胞治疗,其主要研发管线包括ALiver™生物型人工肝、Ucyte™异体肝细胞和uMSC™ 脐带干细胞,如图所示。

图 不同技术应用场景6

 

1、ALiver™生物型人工肝

赛立维生物前期筛选建立了功能强大的自主知识产权人肝细胞,并设计开发了全新的三维生物反应器,构建了新一代生物人工肝系统AliverTM,在大动物肝衰竭动物模型中取得了显著的疗效。

(1)作用机理

通过基因改造永生化并功能增强肝前体样细胞(如图所示)7,将装载有Ali-Cell肝细胞的生物人工肝支持系统通过体外循环对肝衰竭患者血浆进行代谢解毒,并合成活性物质减轻肝损伤促进肝脏再生修复。

图 原代肝细胞的转化

(2)优势8

-Ali-Cell为标准化的人源正常肝细胞,亲和性高、功能全面;

-肝细胞3D生长,通过液气交互模式进行物质交换,物质交换效率高,高度模拟肝组织;

(3)适应症

重症肝病/肝衰竭

2、Ucyte™同种异体肝细胞

赛立维生物前期成功实现了原代肝细胞向肝前体样细胞的高效可逆转化和扩增,肝细胞来源的肝前体样细胞可定植肝脏并实现损伤修复,在动物模型中成功治愈了代谢性肝病和肝硬化,为肝病的细胞治疗提供了一种全新的细胞来源和治疗手段。

作用机理:来源于正常人同种异体的肝细胞体外培养扩增,经微创介入手术将细胞直接移植入患者肝脏中,重塑体内再生微环境,从而缓解肝硬化并重启肝再生。主要用于失代偿肝硬化的治疗。

3、uMSC™ 脐带干细胞

新生婴儿的脐带华通胶中含有丰富的间充质干细胞,将其分离培养后制备成干细胞制剂,具有较强的抗炎作用和再生诱导能力,可用于治疗急性或慢加急性肝衰竭等炎性相关肝病。

作用机理:将来源于脐带的间充质干细胞uMSC通过静脉滴注输入患者体内减轻炎性肝损伤并促进肝脏再生修复。主要用于肝衰竭的治疗。

 

(四)冠昊生物9

 

 

冠昊生物成立于1999年,公司在生物材料、细胞干细胞、药业、以及先进医疗技术、产品业务领域布局,核心业务形成“3+1”格局,即材料、细胞、药业三大业务板块和一个科技孵化平台。

在细胞干细胞领域,公司目前涉足自体软骨组织细胞移植技术、免疫细胞存储技术,目前正在免疫细胞治疗技术研发领域持续布局。干细胞领域,公司与北京大学及邓宏魁教授团队合作,建立北昊干细胞与再生医学研究院,将搭建一个免疫细胞共性关键技术平台,主要开展干细胞与临床转化研究。

1、技术介绍

公司开展的生物人工肝项目,主要是探索诱导多能干细胞来源的人工肝细胞复合人工肝支持系统,以及治疗急性肝衰竭的安全性和有效性。公司全资子公司北昊研究院依托于北京大学邓宏魁教授的CiPS技术及EPS技术,持续开展生物型人工肝细胞治疗技术研究。细胞在研的生物人工肝项目详情如下:

(1)技术原理:基本原理是将活的肝细胞置于生物反应器中,通过半透膜与患者血浆进行物质交换,短时间替代肝脏工作。

(2)肝细胞获取工艺10通过化学小分子组合处理,使得体细胞首先向着具有胚外内胚层样细胞(原肠胚分为外胚层盒内胚层,其中内胚层可以分化为消化道上皮、呼吸道上皮、腺体(肝和胰))的状态进行转变,然后胚外内胚层样细胞又向高度类似胚胎发育早期二细胞期的细胞群样的细胞状态进行转变,激活了二细胞期样细胞相关基因的表达,使得体细胞最终重编程为多能干细胞(CiPS细胞),并诱导转变成为肝母细胞。

(3)技术优势:化学小分子可以透过细胞,容易操作;小分子不会整合到染色体中,非常安全;可以微调小分子的浓度、持续时间、结构和组合,大大提高重编程效率。

2、发展历程11

(1)2014 年获省前沿与关键技术创新专项资金(基于细胞重编程技术开发新型的生物人工肝系统及其治疗肝病的功效);

(2)2019年,子公司北昊研究院与邓宏魁教授合作研发的生物人工肝项目取得重要进展,该项目获得干细胞临床研究项目伦理审查批件;

(3)2021年-2022年,项目处于科研临床研究阶段,对生物人工肝技术的安全性和有效性进行验证,推动生物人工肝技术按照细胞药械组合的方式进行注册申报,实现产业化;

(4)同时人工肝项目正在按照申报要求,推进细胞工艺的药学研究和体外支持装置的医疗器械性能研究工作;

 

(五)广东乾晖

广东乾晖生物科技有限公司成立于2011年03月22日,是一家生物人工肝技术和产品开发、生产的企业,公司依托器官衰竭防治国家重点实验室、广东省科技厅认证的广东省人工器官与组织工程技术研究中心的科研平台,拥有自主研发的“QH系列组合型生物人工肝治疗仪”、体外肝模块BioHepLife(速建肝)等多个产品研发管线,获“十一五”、“十二五”国家863计划、“十三五”国家重点研发计划及多项省市各级科技项目支持。

1、技术原理12

 

组合型生物人工肝:采用等离子体分子吸附系统(DPMAS)作为非生物型人工肝组分,纤维支架生物反应器作为生物型人工肝组分,实现吸收和解毒。

生物反应器包含由PET制成的纤维支架,其中纤维支架(polyester microfibers, PET)载体联合氧合系统构建高密度肝细胞培养系统,成功三维培养109-1010临床级别功能良好肝细胞,构建组合型人工肝。该反应器可用来监测pH、温度和溶解氧,同时将二氧化碳(CO2)和氧气(O2)自动加入到生物反应器中,用以维持培养环境的稳定。培养基通过磁力叶轮(红色箭头)垂直输送,并像“瀑布”一样从顶部沿着外壁流动,不会有气泡伤害细胞(培养基的量)取决于细胞数量(如图)。

图 生物型人工肝设计

组合型人工肝其工作模式如下图所示:将动物血液提取后通过血泵提供动力进行循环(红线标识,速度:50 mL/min、压力:100 mmHg ),同时以500U / h为基线注射肝素用来维持活化的凝血激酶时间在175 s和250 s之间。黄色区域表示非生物型人工肝代谢过程,血浆通过含有活性炭和胆红素的吸附柱进行吸附,吸附完成后进入生物人工肝部分(蓝色区域),由肝细胞解毒,然后运输到第二个中空纤维膜血浆分离器(OP-02,330μm)中,用于阻止潜在的脱落细胞和片段。最后,纯化的血浆以50mL / min的速度和50-70mmHg的压力返回动物体内。(气泡检测器:BD1,BD2和BD3;压力检测器PD1、PD2、PD3 和 PD4;加热器H1和H2)。

 

图 组合型治疗系统的结构示意图

在构建的猪肝衰竭模型中,直接证实组合型人工肝优于非生物型人工肝的救治效率。组合型人工肝可将肝衰竭相关毒素(氨,胆红素等)代谢,改善肝衰竭导致的炎症因子,促进残余肝细胞通过YAP通路退分化增殖进行肝再生,并且对肝衰竭致死并发症肝性脑病,肾衰竭和消化道损伤具有良好预防治疗作用。

2、融资情况

 

(六)Vital Therapies

VITAL THERAPIES INC 成立于2003年,是一家生物治疗公司,致力于开发基于细胞靶向治疗一切形式的急性肝功能衰竭,公司的主要产品是ELAD系统(Extracorporeal Liver Assist Device)。

ELAD早期在动物实验中取得了较好的治疗效果,显著延长了急性肝衰竭动物的生存时间。在90年代末ELAD进行小规模临床试验,改善了入组病人的生活质量。2015年在美国进行的大规模III期临床试验结果却不尽如人意,虽然部分改善患者的生存质量,但是没能延长急性肝衰竭患者的生存期。由于ELAD的临床疗效有限,没有通过FDA的批准,在2015年8月15日宣布Ⅲ期临床试验失败,后被山东壹瑞特引进中国。

1、技术原理

ELAD系统与其他生物人工肝类似,由物理吸附系统和载有细胞的生物反应器两部分组成。其核心部分是中空纤维生物反应器,ELAD使用4个装载HepaG2/C3A的中空纤维反应器,每个ELAD反应器装载约200g细胞,血浆在中空纤维内腔通过并与中空纤维外表面的细胞进行物质交换,去除患者体内的有毒物质。辅助部分主要包括体外循环的动力构件、血浆分离构件、生物反应器内细胞气体供给构件、各构件连接管路、系统参数(压力、温度等)监视与控制构件,这些辅助装置的主要功能是保持系统在治疗过程中的稳定性及生物反应器内物质交换的有效性。

图 EALD工作原理模式图13

2、优势

(1)ELAD生物反应器细胞的储存、远距离运输是成功的,同时细胞的活性得到了较好的保持;

(2)治疗过程中,生物反应器内细胞生长稳定,性能良好,机械系统运行平稳,几乎没有出现故障;

(3)患者耐受性良好,未出现严重不良事件,治疗中和治疗后可改善部分患者的症状,并伴随血氨和胆红素的下降(在美国/欧洲进行的临床Ⅰ/Ⅱ期)。

3、问题

(1)ELAD细胞在中空纤维外表面生长,血浆在中空纤维内腔流动,细胞与血浆不直接接触,导致物质交换不充分,无法实现有效的解毒功能;

(2)C3A细胞是一种肝癌细胞系,存在着潜在的致瘤性,而且C3A缺失肝细胞重要功能如尿素合成,CYP表达和生物转化等,这些不足限制了ELAD的功能和应用。

 

(七)壹瑞特生物14

 

山东壹瑞特生物科技有限公司(Shandong ELAD Biotechnology Co.,Ltd.)成立于2019年10月,公司致力于肝病的研究和治疗,拥有的ELAD生物人工肝是目前领先的体外肝脏辅助治疗装置。公司目前拥有ELAD治疗系统、ELAD细胞生物反应器装置、灌流机等产品,下面就与肝治疗相关产品进行详细介绍。

1、ELAD治疗系统

ELAD治疗系统将ELAD细胞生物反应器装置连接到患者的血液循环系统,以提供持续的肝脏支持治疗,系统图如下图所示。

图 ELAD治疗系统流程图

ELAD生物人工肝治疗模式,首先根据患者外周血管的情况,在股静脉/锁骨下静脉/颈内静脉置入双腔留置导管,建立体外循环通道。血泵从双腔管中抽出血液,血液流经超滤液发生器后被分离成超滤液和细胞有形成分。超滤液在含C3A细胞的ELAD细胞生物反应器装置的支持管路中循环流动。新的超滤液和细胞有形成分重新组合为全血,经双腔管再回到患者体内。在整个治疗过程中,这种循环在持续不断地进行。

ELAD治疗系统可提供长达3至10天的不间断治疗。辅助输送系统以每分钟2升的速度推动血浆超滤液,使其在返回患者体内之前多次流经细胞生物反应器装置。经细胞生物反应器装置反复过滤净化后,再与患者的血液重新汇合,通过中心静脉导管返回患者体内。同时,辅助系统在治疗过程中会连续监控患者血浆超滤液的温度、pH 值和氧浓度,以维持 C3A 细胞的正常活力。

图 ELAD治疗系统实物图

2、ELAD细胞生物反应器装置

ELAD生物人工肝的核心部分是四个总共含有约400余克人源肝细胞(C3A细胞)的细胞生物反应器装置。C3A 细胞株是永生化的人源性肝细胞系,它是从肝母细胞瘤分离获得的类似但分化程度较好的肝细胞株,具有良好的分泌白蛋白、转铁蛋白第Ⅴ和第Ⅶ凝血因子,参与尿素合成及糖原合成等肝细胞特异性功能,并且具有很强的增殖能力。

含C3A细胞的四个生物反应器是由上万条半透膜的中空纤维所组成,半透膜能使超滤液和细胞产物做双向渗透,即患者血浆超滤液中的毒性代谢产物,营养成分和溶解的氧通过膜从超滤液向纤维外间隙渗透。

位于纤维外间隙的C3A细胞对这些物质进行代谢,代谢产物连同C3A细胞产生的白蛋白、凝血因子Ⅴ、凝血因子Ⅶ、转铁蛋白等通过膜渗透回超滤液,经过和生物反应器的不断循环,超滤液和患者的细胞有形成分重新组合。

图 ELAD细胞生物反应器

 

(八)小结

上述的7家生物人工肝公司其在技术路线上分为两大类,一类是纯生物人工肝形式,主要不同在于细胞的构建/细胞系的选择,另一类是组合型生物人工肝,主要区别在于生物反应器(细胞的培养)和细胞类型,如下表所示。

 

参考文献:

[1] https://new.qq.com/rain/a/20221104A04K5O00

[2] 资料来源:微知卓官网

[3] Zhang K , Zhang L , Liu W , et al. In Vitro Expansion of Primary Human Hepatocytes with Efficient Liver Repopulation Capacity[J]. Cell stem cell, 2018, 23.

[4]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1748480549151431531&wfr=spider&for=pc

[5] 资料来源:仝干官网

[6] 图片来源:赛立维官网

[7] Fu GB, Huang WJ, Zeng M, Zhou X, Wu HP, Liu CC, Wu H, Weng J, Zhang HD, Cai YC, Ashton C, Ding M, Tang D, Zhang BH, Gao Y, Yu WF, Zhai B, He ZY, Wang HY, Yan HX. Expansion and differentiation of human hepatocyte-derived liver progenitor-like cells and their use for the study of hepatotropic pathogens. Cell Res. 2019 Jan;29(1):8-22. doi: 10.1038/s41422-018-0103-x. Epub 2018 Oct 25. PMID: 30361550; PMCID: PMC6318298.

[8] 资料来源:网络整理https://mp.weixin.qq.com/s/hN419__wHdZPXD5P25YX3A

[9] 资料来源:冠昊生物官网

[10] 资料来源:冠昊生物2021年年度报告

[11] 资料来源:冠昊生物2022年半年度年报

[12] Weng Jun, Han Xu, Zeng Fanhong,Zhang Yue, Feng Lei, Cai Lei, Liang Kangyan, Liu Shusong, Li Shao, Fu Gongbo,Zeng Min, Gao Yi. Fiber scaffold bioartificial liver therapy relieves acuteliver failure and extrahepatic organ injury inpigs. Theranostics 2021; 11(16):7620-7639.

[13] 资料来源:赛立维公众号

[14] 资料来源:壹瑞特生物官网

 

 

封面图来源:图片来自网络,侵删
作者声明:感谢本文参考资料作者,文中观点仅供参考,不恰当之处还望包涵指正,资料内容侵删。
作者:李芳 武瑾嵘

排版:大大怪

项目要求

医疗器械、新材料、人工智能;

一定技术壁垒

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