突破NASH新药研发的关键瓶颈

医药 来源:医药魔方 作者:青瓦

非酒精性脂肪肝炎(NASH)被大家视为肿瘤免疫治疗后的又一个新蓝海。但眼下的NASH新药开发和诊断治疗仍然存在较大挑战。本文采访了一家从事早期3D细胞模型开发的企业InSphero公司的CEO Jan Lichtenberg以及美国西奈山伊坎医学院肝病研究所主任Scott L. Friedman博士,主要探讨了制药行业对开发NASH药物日益高企的兴趣,该疾病建模的复杂性以及这对药物开发的意义。

之所以选择这2位受访嘉宾,一是因为InSphero自2009年以来就为行业开发出模拟人体3D细胞技术平台,其中就包括模拟NASH的复杂性,提高药物发现和安全性测试效率的3D细胞模型;二是Friedman自1986年开始就一直得到NIH资助,主攻肝纤维化的发病机制研究。

Friedman在分离和表征肝星状细胞方面发挥了重要作用,肝细胞是慢性肝病中最重要的瘢痕或细胞外基质来源,同时Friedman担任西奈山纤维化研究中心的负责人,该中心的建立是为了促进肝纤维化的新型诊断方法和治疗方法的开发。

问:制药行业最近非常关注NASH。您觉得是什么原因促使这股热情日益高涨?

Scott Friedman:我认为促使业内对NASH兴趣上升的可归因于一些趋同事件。其中之一是肥胖的患病率非常高,且越来越多的人认识到,罹患肥胖有关的代谢综合征会使肝脏疾病的潜在风险迅速上升。

另一因素是在肝脏领域,有多家制药公司潜伏多年,它们接二连三地开发了多个治疗病毒性肝炎的抗病毒药物和其他治疗方法。

随着丙肝最终被治愈,那些长期研究肝病的企业肯定会去寻找这个领域存在的未满足需求的新机遇。毫无疑问,NASH是最引人注目的。

Jan Lichtenberg:《华尔街日报》直截了当地将NASH描述为“大药企的一个大肥差”。尽管目前还没有获得批准的治疗方法,但该疾病领域的市场规模到2025年可能达到200~350亿美元。大约30%~40%的美国人口患有与2型糖尿病密切相关的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)。

据估计,这些患者中有30%将继续发展为NASH。如果不治疗,NASH可导致肝硬化,在某些情况下,还需要肝脏移植。

不幸的是,最近的III期试验结果令人失望。无论是成功或者失败的候选化合物,临床表现不过是模棱两可的结果,其中为NASH患者带来的获益也被潜在的肝脏毒性所抵消。

事实上,这不仅是研发公司的挫折,也是许多患者等待有效治疗干预的关注点。

问:之所以没有FDA批准的NASH治疗,部分归因于缺乏生物学相关的临床前人体模型。为什么会这样?

Scott Friedman:从概念上讲,NASH是一种比病毒性肝炎更复杂的疾病。病毒性肝炎是一种外源性感染,而非内源性疾病。

NASH是全身性代谢综合征的一部分,因此复杂性要高出一个数量级。在NASH中,存在许多异常,并且我们无法准确地建立一种导致或者驱动肝病进展的病因优先级机制。

患有高脂血症的患者,他们会产生胰岛素抵抗;他们有改变的微生物组,这些增加了氧化应激;同时由于肥胖,也导致了其他激素信号传导失调。但我们目前还不知道准确识别出是哪个是首先发生的,哪些是必要的,哪些是充分条件。

与人源化模型相比,NASH动物模型中需要对人类疾病的所有元素进行建模,这显然具有较大挑战性。

Jan Lichtenberg:缺乏可预测的体外模型的确阻碍了新疗法的开发,这些模型反映了NASH起始和进展的复杂机制。

肝组织是异型的,并且许多细胞类型在该疾病的起始和发展期间相互作用,包括肝细胞、星状细胞、窦状内皮细胞、库普弗细胞(Kupffer cell)以及常驻巨噬细胞。

NASH的自然病程非常缓慢;从脂肪变性到NASH的进展阶段以及最终纤维化——肝脏瘢痕的形成平均超过10年。一个体外细胞模型则是在加速的时间内模拟这个病程,这是有效和实用的。

历史上,肝纤维化的体外模型是星状细胞的2D培养物,其在肝纤维化的起始、进展和消退中起关键作用。

然而,这种方法忽略了其他细胞类型和整体肝脏微环境的贡献和相互作用,并且它带来了一些具有讽刺意味但又是严重的责任:星状细胞附着到培养物中的塑料表面时会发生自发活化。

问:您在哪里看到有影响的3D疾病模型?

Scott Friedman:在临床前动物实验中,动物模型必须解决几个关键问题:我们能否忠实地复制疾病的所有特征?动物对特定药物的反应是否表明患者可能有反应?你能快速做到这一点并筛选大量药物或化合物,甚至进行组合?

最后一个要求是动物模型开始无法满足实验需求的原因。因为如果你想知道一种药物是否很有可能在人类中工作,你想要使用忠实的动物模型,但是你可以使用多少种不同的药物和剂量现实地测试?动物模型的表征一般需要几个月的时间,我们会做很多表征,所以我们知道这些限制。

另一个挑战是啮齿类动物对药物的反应比人类更敏感。并且有一些有趣的数据可以说明这一点。

Barbara Rehermann在《细胞》(cell)杂志上发表了一项研究:在药物开发中使用的近交系小鼠品系往往有一个相对简单的微生物,以某种方式已关联到疾病的严重程度更高,治疗也可能获得更高的响应率。

如果您研究具有野生型或野生微生物组的小鼠,它们往往更具有抗性,至少在几种不同的疾病模型中。这甚至可能会出现一种现象,就是我们从小鼠模型中能够看到比人类实际中更多种类的疾病,这样也使得实验过程中对治疗反应更敏感。

如果像InSphero等3D细胞模型可以提供药物和药物组合的速度和可预测性,那么它们或可以在市场上占有一席之地。

请记住,脂肪肝是全身性疾病的一部分。当你分离肝脏球体并且您只是在肝脏或肝脏细胞中工作时,您将排除源自异常代谢的循环激素的潜在影响。

但这是一个限制,我认为如果它是准确的话,大多数人都可以忍受。这些3D系统的基本原理非常清晰且引人注目,只要它转化为体内功效即可。

Jan Lichtenberg:大多数人,无论是在工业界还是学术界,都同意从生理角度来看,将实验动物模型转向3D细胞模型更有意义,它具有很多技术和实践优势。他们也一致认为,这是我们原有开发手段里的一种有效补充,能够帮我们创建更多的预测分析。

通过对NASH适应症开发,我们通过寻求满足两个重要关键要求且具有前瞻性的技术,同时具有快速和可扩展性。特别是后者将有助于以组合方式研究抗NASH或其他代谢相关化合物的潜在协同作用。如果我们想进一步将肝脏和其他与这种复杂疾病相关的组织结合起来。

问:对于有兴趣转向使用3D模型的制药公司,您有什么建议?

Jan Lichtenberg:第一步始终是确定您需要解决的真正问题。这应该是每次讨论的起点。

在2D培养中生长的用于毒理研究的肝细胞在2天后失去其肝脏特异性功能,因此,您只能看到急性毒理学方面。如果你想采取更生理的姿态并且做7天或14天,那就没办法了。这一挑战促使我们开发用于毒理学研究的3D肝脏微组织。

回到NASH,有非常具体的需求和客户问题需要新的解决方案。未来几十年,NASH将对医疗保健成本产生重大影响,但目前尚无药物干预措施。目前没有适当的体外模型来了解正在发生的事情,药物如何单独或组合起作用以及哪些药物能够正常工作。

因此,在这种情况下,使用3D模型的风险相当低。一方面2D动物模型在翻译方面存在局限性;另一方面从2D动物模型获取数据需要4到6个月,而使用正确设计的3D体外动物模型仅需要3周。

来源:医药魔方   作者:青瓦

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