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诺和诺德近6亿美元合作,60岁庆应大学教授如何创造iPS技术的新价值?

作者:周秋寒 2022-01-12 10:00

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据统计,全球心力衰竭(heart failure,HF)患者数量超过六千万,是全球肿瘤患者的5倍,心血管疾病已成为人类健康的头号“杀手”。心衰是全球65岁以上患者住院的首因,其中30天内心衰患者再住院的比例达到24%,1年内心衰患者再住院的比例高达60%,为家庭和医疗体系带来了沉重的负担。

 

目前,治疗心衰的方式主要是通过长期的药物治疗以及植入心脏电子器械。对于终末期心衰患者则只能通过心脏移植手术,才能进行有效治疗,但由于合适的供体数量有限,心衰领域亟待新技术、新产品来解决这一未满足市场。

 

再生医学或许可以解决这一难题。使用诱导性多能干细胞(iPSC)诱导分化产生心肌细胞并将其移植到心脏组织中,理论上可替代心脏移植。与移植器官相比,注射iPSC的侵入性较小,且iPSC还可以分化为特定类型的心血管细胞,产生新的心肌细胞,在实验模型中还观察到移植iPSC可改善心功能。


日本iPSC发展迅速的原因有三


说到iPSC,日本目前在该领域处于发展的前列。早在2006年,日本京都大学山中伸弥教授团队就在《Nature》杂志上率先报道了iPSC的有关研究。2012年和2016年,山中伸弥、大隅良典两位日本医学家也因为再生医学而先后获得了诺贝尔医学奖。

 

日本在再生医学领域发展迅速的原因有三。

 

首先是科研团队。iPSC最早便基于日本科学家山中伸弥教授团队的相关研究。日本发展iPSC领域也大都是通过高校团队和医院团队。强大的科研团队加速了科研成果的发现,也为临床转化提供了有力的理论支撑,保障临床的安全性以及创新性。

 

其次是法律法规的保障。依托于率先在iPSC领域的科研成果,日本在此方面的法律法规也颁布较早、较为完善。2013 年,日本就颁布了《再生医学安全性保障法》, 为再生医学在日本的普及和发展提供了依据和监管,加速了再生医学领域产品的转化。

 

再而是技术以及设施的支持。日本在无血清干细胞培养技术上发展相对成熟,即细胞培养基中不放入任何血清,也没有任何动物源的物质加入培养液。此外,日本还建立了各种HLA型iPSC库,以加速实际应用的研究。


年轻时的逆境会转化为增强人生的力量


在日本的众多干细胞企业中,我们重点关注到了再生医学药企Heartseed,由福田圭一创办。福田圭一是一位来自应庆义塾大学(Keio University,也称应庆大学)的64岁的心脏病学系教授。

 

福田圭一在世界上首次证明了骨髓间充质干细胞可以分化成心肌细胞,开创了心脏病的再生医学治疗,在此基础上展示出了从人类ES细胞和人类iPSC分化诱导心肌细胞,可用于心脏病治疗和诊断的前景。

 

但这位64岁的教授能在再生医学领域拥有今天的成就属实不易。

 

大约在四十年前,就读于日本普通县立高中的福田圭一并未想过进军医学界,梦想的天花板不过是进入理学院或者是工学院,能够当一个科学家。

 

因为双亲罹患癌症,福田圭一的人生轨迹发生了变化。

 

由于父母的病,往来医院以及与医务人员打交道成了他的家常便饭。也正是因为因为这段既要照顾父母以及弟弟、又要勤工俭学的经历,促使了福田圭一决定去应庆大学学医,弥补父母因为癌症去世的遗憾。

 

福田圭一曾说:“因为早年有这样的经历,所以我研究生涯中的‘撞墙’也并不痛苦。我深信,我年轻时的逆境一定会转化为增强我人生的力量。”

 

带着这份力量,福田圭一开始了长达二十多年的求学之路。1983年,福田圭一毕业于庆应义塾大学医学部;1987年,福田圭一获得日本庆应大学研究生院医学部博士学位;1992-1995年,福田圭一赴美国哈佛大学和密歇根大学留学;2005年,福田圭一成为庆应大学医学部再生医学教授;2010年,福田圭一成为庆应大学医学部循环器官内科教授。

 

与求学和科研相伴的也有他获得的相关荣誉。福田圭一曾先后获得过ACCP国际胸部疾病学会日本部会奖、东京都医师会奖医学研究奖、日本循环器官学会·日本心脏财团佐藤奖、持田纪念学术奖、文部科学大臣表彰科学技术奖获奖、Japan Venture Award 2021科学技术政策担当大臣奖、大学风险投资表彰2021文部科学大臣奖等数十项荣誉。


心血管疾病再生医学的魅力,

一笔合作就5.98亿美元


带着这些技术成果进一步转化,利用人类iPSC进行再生心室肌细胞的培育法、纯化法的开发,移植细胞存活率的改善、移植设备的开发等,2015年,福田圭一成立了Heartseed。

 

Heartseed总部位于日本东京,是一家再生医学领域的生物技术与制药公司。该公司致力于将心肌再生医学应用于临床,为扩张型心肌病(DCM)、扩张期肥厚型心肌病(D-HCM)、心肌梗塞和HF等严重疾病提供新的疗法。

 

发展至今,Heartseed已完成过5轮融资,最高融资金额达3700万美元,投资机构包括Angel Bridge、Astellas Venture Management、涉谷工业株式会社、SBI Investment、JMDC Japan、Gene Techno Science、SMBC Venture Capital等知名投资机构。

 

融资.png

融资历史,根据动脉橙数据库资料整理

 

除了投资机构的不断看好外,Heartseed还获得了制药巨头诺和诺德(Novo Nordisk)的青睐。

 

2021年6月,Heartseed和诺和诺德宣布,双方就Heartseed的心力衰竭治疗药物HS-001的开发、制造和商业化达成了一项全球独家合作和授权协议。

 

根据协议透露,诺和诺德拥有在日本以外的全球开发、制造和销售核心管线HS-001的独家权利;在日本则由Heartseed独家开发,两家公司以利润和成本50:50分摊的形式开展业务。Heartseed有资格获得总额最高达5.98亿美元的付款,包括5500万美元的预付款和近期里程碑付款。

 

关于此次合作,Heartseed董事长福田圭一这样说道:“非常高兴能与诺和诺德这样具有高度专业性和丰富资源的企业,就HS-001项目管线建立合作伙伴关系。也很荣幸诺和诺德对我们的革新性和高潜力的认可。此次与诺和诺德的合作对于日本再生医学推向全球有着重要意义。”

 

诺和诺德全球药物研发首席科学官和高级副总裁Marcus Schindler表示:“我们希望通过与Heartseed达成合作,为心血管疾病患者设计新型治疗解决方案。我们在iPSC生物学和心脏细胞移植领域内获得了创新的临床成果、基础技术和深厚的专业知识,未来Heartseed可以与我们在干细胞生物学和制造方面的知识和能力相结合。心血管疾病是全球主要的死亡原因,此次交易与我们关注的心血管疾病领域也十分匹配。”


五步助力iPSC疗法工业化,

核心管线已进入I/II期临床


为何Heartseed会获得各大机构的支持?让我们来一睹它的独特之处。

 

在研发方法上,Heartseed就大不相同。Heartseed诱导iPSC在心肌中有选择地产生大量的心肌细胞,然后创建“心肌细胞球体”(其中聚集了约1000个心肌细胞),并将它们移植到心脏组织中。在此过程中企业通过自主开发的纯化方法(已获得相关专利)可去除未分化细胞和非心肌细胞,可将致瘤性风险和心律失常表达风险降至最低。

 

使用该方法证实,由iPSC制成的心肌细胞以高速率植入心脏组织,植入后心肌细胞进一步生长,显著改善实际心脏功能。移植的分化心肌细胞在有效地植入宿主心肌后,有望为心力衰竭患者心脏功能的长期改善做出贡献。

 

在与心脏再生医学相关的众多技术中,分化心肌细胞的移植方式是决定治疗效果的极其重要的因素。移植的再生心肌细胞有望在患者的心肌中有效存活较长时间,从而有助于长期改善心力衰竭患者的心脏功能。

 

移植方法大致分为两种:细胞片移植和直接注入心脏给药。

 

细胞片移植法被认为是移植时患者负担较小的最容易的移植方法,但在细胞片移植法中,由于左心室心肌和移植细胞片之间有心外膜和脂肪层,受体心脏之间没有电耦合,且存在宿主心肌和移植心肌细胞不能同步收缩的可能性,会出现细胞长期存活困难的可能性等,从而影响有效性。但是直接注入心脏给药这种方式,则有报告显示直接植入心肌内的分化心肌细胞与受体心肌细胞电耦合,在各种动物实验中取得了良好的效果。

 

基于以上观点,Heartseed的iPSC工业化大致可分为五步:

 

五步法.png 图源Heartseed官网

 

1.iPSC制造技术:iPSC与ESC(胚胎干细胞)一样具有分化能力和增殖能力,但每个细胞系的分化能力不同,因此确保iPSC的质量一致性至关重要。Heartseed专注于在卵母细胞中特异性表达的H1foo链接子蛋白,通过在重新编程iPSC时添加该基因,可成功地制造出高质量的小鼠iPSC,提高胚胎和嵌合形成的效率。目前,Heartseed已与京都大学iPSC研究所(CiRA)达成合作,验证其能否在人类中建立高质量的iPSC。此外,大部分iPSC的制备方法都是通过将成体细胞重新编程基因后直接插入基因组,在此方法先具有致瘤的风险。Heartseed使用特殊的载体,无需将重编程基因直接插入基因组即可产生iPSC,从而将致瘤性降至最低。

 

2.分化诱导技术:包括Heartseed在内的许多企业或机构,其心脏发育研究结果都表明,在多能干细胞诱导分化为心肌的过程中,通过结合与心脏发育早期相关的多个BMP/Activin信号和Wnt信号相关的蛋白质,可显著提高其分化效率。此外,还可将重组蛋白替换为低分子化合物,从而以更低的成本和更高效的方法制造心肌细胞。另一方面,为了有效地诱导分化成心肌,培养环境也十分重要。Heartseed通过与其他企业的合作研究,已成功开发了具有临床应用水平的心肌分化培养液,将其与基于低分子化合物的分化诱导法相结合,可获得较高的心肌分化效率。

 

3.大规模培养技术:由于使用多层培养板时各层不能均匀培养,因此人源iPSC的增殖不稳定是待解决难点。Heartseed建立了使用多层培养板的二维大规模培养系统,通过建立氧气和二氧化碳通气向各层均匀输送气体的强制通气系统,人源iPSC增殖稳定,移植到患者体内时,即可得到足够的分化心肌细胞。这一方法突破了3维培养时难以完全除去未分化干细胞、细胞增殖效率较低、无法均匀地控制细胞块的大小、向心肌细胞的分化效率不稳定等问题。

 

4.纯化净化技术:未分化的iPSC在诱导分化成心肌细胞后仍然存在,当这些未分化的细胞被移植到患者体内时,致瘤性是一个需直面的问题。因此,在移植心肌细胞之前,有必要去除可能会导致肿瘤的未分化细胞,仅纯化心肌细胞。过去,使用FACS细胞分拣机分离每个细胞并回收心肌细胞是主流。但Heartseed通过详细分析iPSC和心肌细胞的能量代谢,开发了一种特殊的培养液,以低成本、简便的方式去除未分化的细胞,并可回收大量心肌细胞。

 

5.心肌球制造技术:当纯化的心肌细胞移植到心脏组织中时,Heartseed发现心肌细胞的植入存活率较低。因此,Heartseed开发了一种“心肌球”方法。每个心肌球聚集了约1000个心肌细胞,在植入时将其移植到心脏组织中。通过这种方法,由iPSC分化的心肌细胞可在心脏组织中高比例存活,心肌细胞在存活后进一步生长,可极大改善实际心脏功能。此外,Heartseed还开发了用于移植心肌球的特殊移植设备,并建立了独立于手术者技术的细胞移植系统,减轻移植手术者的技术负担,有望在细胞移植后的治疗效果稳定性和本疗法的普及中发挥重要作用。

 

基于以上技术,目前Heartseed拥有在研管线HS-001。

 

管线.png 图源Heartseed官网

 

HS-001是由Heartseed公司开发的一种实验性细胞疗法,是由iPSC诱导分化而来的纯化心肌细胞产品。其适应症为收缩功能障碍心力衰竭(HFrEF),包括扩张性心肌病(DCM)、陈旧性心肌梗死(OMI)和扩张相肥大心肌病(D-HCM)。该疗法将通过特殊的注射针,将心肌细胞球安全有效地注射到心肌内。移植的心肌细胞与患者的心肌电耦合,通过再肌肉化提高心脏输出量,和血管生成因子的分泌,在移植部位周围形成新的血管。

 

2021年3月,日本制药和医疗器械局成功完成了HS-001治疗日本缺血性心脏病所致心力衰竭的安全性和有效性的I/II期临床试验(LAPiS试验)的审查。2021年6月,Heartseed在完成40亿日元C轮融资后,加速开展了HS-001用于心力衰竭的全球临床试验,并确认其在日本LAPiS 1/2期研究中的概念验证,以因缺血性心脏病导致的严重心力衰竭患者为对象,评估HS-001的安全性和有效性。

 

除了HS-001外,Heartseed还与其他公司合作,研究其它更简单、更可行的注射方法,例如使用导管进行经心内膜注射。


写在最后


庆应大学,日本历史上第一所高等教育机构。日本上市公司社长有十分之一以上毕业于庆应大学,因此庆应大学在日本也有“企业家的摇篮”之称。

 

素有亚洲第一私立学府之称的庆应大学,其医学院学术扎实、研究务实的作风深受各界普遍好评。我们期待这位年过60的庆应大学教授能够创业成功,用iPSC再生医学拯救心力衰竭患者。

 

国内在iPSC衍生疗法治疗心衰的这一领域也有相关的成果。2020年《Nature》报道了艾尔普再生医学与南京鼓楼医院联合开展的世界首个iPSC细胞治疗终末心衰的人体研究。

 

艾尔普再生医学作为国内首家利用诱导多能干细胞(iPSC)技术进行细胞治疗研发和生产的公司,据上述临床试验中三位患者24个月的随访数据显示,艾尔普再生医学iPSC来源的心肌细胞药物治疗重度心衰疗效和安全性俱佳。

 

我们期待心衰这一重大疾病,能够在如iPSC等新兴技术的兴起下,早日得到有效的治疗。

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