越来越多的细胞与基因治疗（CGT）产品问世，以治疗各种疾病及恢复受损组织功能。CGT产品在美国属于FDA生物制品评估和研究中心（CBER）监管。临床研究前，企业需向FDA提交并获批准新药申请（IND），在CGT产品上市前，需提交并获FDA批准生物制剂许可证申请（BLA）。
本文借美国FDA生物制剂评估和研究中心（CBER）Brian J Kwee和 Kyung E Sung 的一篇综述文献，对细胞与基因治疗产品的现状、挑战和应对策略进行科普。
细胞制备流程通常包括：从患者（自体细胞治疗）或健康人（异体细胞治疗）中获得种子细胞、细胞纯化或基因改造（基因治疗）、规模化扩增、最后临床应用或冷冻保存。临床上，成人每剂细胞量约106~109。因此，提高细胞制备效率，同时保证细胞的关键质量属性（CQA），是细胞临床治疗成功的关键。
细胞疗法的一个挑战是价格昂贵，如诺华的CAR-T细胞疗法Kymriah，目前市场售价为47.5万美元；吉利德CAR-T细胞疗法Yescarta，目前市场售价为37.3万美元。
细胞疗法另一个挑战是细胞治疗异质性和关键质量属性的变化。细胞疗法异质性包括供体不同引起的细胞异质性、工艺不同引起的产品异质性和患者疾病微环境不同引起的治疗异质性。在细胞制造工艺中，引入异质性的方面主要包括细胞分离、体外培养扩增件、基因修饰和冷冻保存。
临床试验中五种最常见的细胞类型，仅指单细胞悬液形式药剂，包括T细胞、DC、NK细胞、造血干细胞和间充质干细胞。
过去10年，T细胞临床试验突飞猛进，这归功于CAR-T细胞疗法的巨大成功。目前，T细胞是所有细胞治疗临床试验中研究最多的细胞类型，占总临床试验的45%。T细胞临床试验包括基因修饰或非基因修饰T细胞。
最主要的两种是 CAR-T细胞 和 TCR- T细胞 。二者主要区别在于，CAR-T细胞靶向表面抗原，不受MHC类别限制；而TCR-T细胞，通过MHC依赖的方式靶向表面和胞内靶点。
与T细胞一样，NK细胞也可用于临床试验，但NK细胞产生的副作用相对T细胞更小。NK细胞治疗效果因细胞来源不同而不同（即外周血单个核细胞、多能干细胞、脐带血或NK细胞系），或与其他疗法联用的组合不同而不同（即化疗、细胞因子、免疫调节药物、抗体、CAR和细胞因子基因工程）。
DC细胞疗法效果因其促细胞成熟和装载抗原的方法（即mRNA转染、肿瘤裂解物、病毒载体）不同而不同，因其给药途径（即真皮内、皮下、淋巴结内）不同而不同。
造血干细胞（HSC）是一类可产生并分化为所有免疫细胞和血液细胞的干细胞，可用于重建血液系统。一般来说，造血干细胞移植前，先接受清髓治疗（放疗或化疗），通过重建患者免疫系统和血液系统，治疗相关血液或免疫疾病。因此，HSC移植通常用于治疗各种血液疾病、自身免疫病、移植相关病和白血病。
间充质干细胞（MSCs）是一类来源于各种组织的成体干细胞（包括骨髓、脂肪、胎盘和脐带等）。2006年，国际细胞治疗协会（ISCT）给出了MSCs定义的最基本定义，即MSCs最低鉴定标准：
·MSCs表达CD105、CD73和CD90，不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19及HLA-DR表面标记
·MSCs在体外诱导可以分化为成骨细胞、脂肪细胞和成软骨细胞
间充质干细胞具有分化为各种间充质组织、分泌再生旁分泌因子和调节免疫系统的能力，因此被用于治疗多种疾病，包括血液病、神经系统疾病、心血管疾病和移植物抗宿主病。
T淋巴细胞需要三种信号刺激扩增，包括：T细胞受体、共刺激信号、促生存细胞因子。
关于T淋巴细胞扩增，有两种方法，一是用DC细胞刺激，二是用抗CD3/CD28免疫磁珠刺激。DC细胞刺激法比较常见，但成本太贵。抗CD3/CD28免疫磁珠刺激法则不能提供生理相关刺激因素。因此，采用先进的细胞制造策略，则可能提供有效的方法来扩增T淋巴细胞。比如通过下面几种方法：
·抗CD3/CD28涂层聚二甲基硅氧烷珠，比传统免疫磁珠更诱导T淋巴细胞的扩增，可提供不同机械因素
·抗CD3/CD28修饰的透明质酸水凝胶，促进T淋巴细胞扩增，较软的水凝胶比较硬更可有效扩增小鼠CD8+T淋巴细胞
·抗CD3/CD28修饰的聚己内酯支架，提供了独特的微结构，有效诱导原代人类T淋巴细胞不同种群扩张的环境
·涂有IL-2的介孔二氧化硅微棒和抗CD3/CD28修饰的流体脂质双分子层，增强了原代T淋巴细胞的扩增能力，比传统的IL-2的免疫磁珠大2~10倍
·抗原肽修饰支架，比单核细胞衍生的DC细胞更大程度地诱导稀有T淋巴细胞的抗原特异性扩增。减少支架上抗CD3/CD28数量，既增加了T淋巴细胞的增殖，也降低了其耗竭标记物。
在人体血液中，天然的NK细胞和DC细胞含量比较少，需进行体外扩增才能满足临床治疗用量。NK细胞，尚可进行体外培养扩增；DC细胞，则还不能进行体外培养扩增，目前只能依赖从外周血直接分离。
在IL-4和GM-CSF存在的条件下，血液中的单核细胞可分化为未成熟DC细胞，随后经抗原和细胞因子（如TNF-a、PGE2和/或LPS）刺激，最终成为功能成熟的DC细胞。
生物反应器（生物反应器可进行动态培养和自动扩增，与静态培养相比，通过搅拌式生物反应器培养搅拌速度越快，细胞扩增效率越高）可用于DC细胞的扩增。生物反应器与细胞培养袋联合使用，可通过单核细胞制备出功能成熟的DC细胞。使用细胞培养袋，可降低污染风险，易于DC细胞扩增。一般来说，制备成熟DC细胞和天然DC细胞没有显著差异。
生物反应器，可用于提高NK细胞扩增效果。有证据表明，在组织培养瓶、氟聚合物细胞培养袋和波浪式生物反应器三种体系中，经生物反应器培养的NK细胞，细胞纯度和功能性细胞毒性更高。
与2D培养相比，3D培养的NK细胞可产生更多细胞因子、增殖效果更强，抗肿瘤功效更好。在多孔胶原海绵中，NK细胞的体外扩增也有类似的效果。
脐血来源的造血干细胞（HSC），引起移植物抗宿主病的风险较低，但其数量较少，不便大规模使用。如果规模化临床，就需要进行规模化扩增脐血来源的造血干细胞。
一般，2D培养工艺的HSC扩增，通常会造成干细胞的丢失、扩增有限和归巢能力降低，这可能是缺乏体内HSC生态位（HSC niche）的模拟微环境所致。
生物反应器，可增强造血干细胞的扩增，在生物支架中扩增HSC，可提供具有不同粘附和机械相关的3D微环境，可保持细胞“干性”，并促进细胞增殖。与2D培养相比，3D培养更有利于维持HSC群体的原始功能。在纤维蛋白多孔支架上，HSC增殖程度最大。
在免疫调控和组织修复的临床试验中，需要大量的MSCs。因为从组织里获取的MSCs数量较小，但临床所需量大。国际共识认为MSCs的静脉输注剂量，人类通常为1~2 X106个细胞/kg。不同剂量可以影响治疗效果，因为MSCs分泌的旁分泌因子取决于细胞数量。
目前，MSCs制备技术分为两大类，包括平板制造工艺和生物反应器制造工艺。利用自体来源的MSCs进行个体化治疗，属于小规模生产，各自企业的标准和工艺也不尽相同。同种异体来源的MSCs规模化制造工艺是利用生物反应器，模拟其在体内的生长发育环境，进行高效率增殖。同时，可以满足自动化、量产，并保证细胞的高活率和高质量要求，这也是今后各种干细胞规模化生产的发展趋势。
生物反应器，已经被用于MSCs的扩增。微载体（有SoloHill®、CultiSpher®-S、Cytodex®-1、国内自主研发品牌华龛生物3D TableTrix®），可使MSCs在搅拌过程中获得更大生长。简单地说，如果说生物反应器是一个海洋，那微载体就是一个个岛屿，而干细胞就是居住在这些岛屿上的居民。干细胞可在微载体上有效扩增和分化，依赖其调节细胞形状和形成组织的能力。由于微载体具有多样性，利用特定微载体的合理设计，可能为规模化细胞制备提供均一稳定的制剂来源。
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