กฎระเบียบขององค์การอาหารและยาว่าด้วยการกำกับดูแลการรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิด
(FDA Regulation of Stem-Cell-Based Therapies)
(ภญ วิไล บัณฑิตานุกูล แปล)
เพื่อดูแลความปลอดภัยของประชาชน เมื่อไม่นานมานี้องค์การอาหารและยา (FDA) จึงได้ออก กฎระเบียบเกี่ยวกับเซลล์เนื้อเยื่อ รวมทั้งผลิตภัณฑ์จากเซลล์และเนื้อเยื่อของมนุษย์ (Human Cells, tissues and Cellulas and tissue based prodert (HCT/P) สำหรับการปลูกถ่ายแก่ผู้ป่วย กฎระเบียบนี้ครอบคลุม ผลิตภัณฑ์จากเซลล์ต้นกำเนิดที่มุ่งนำมาใช้ทดแทนหรือซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่เสียหาย
นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาทาดลอง ทั้งขั้นพื้นฐานหรือในมนุษย์ รวมทั้งนักวิทยาศาสตร์ในภาคเทคโนโลยีชีวภาพ และในอุตสาหกรรมยา จักต้องทราบคำถาม ที่จักต้องตอบก่อนการนำผลิตภัณฑ์จาก stem Cell มาใช้ในการรักษา ผลิตภัณฑ์จาก stem cell แตกต่างจากผลิตภัณฑ์ยาตรงที่ผลิตภัณฑ์จาก stem cell อาจก่อกำเนิดจากห้องปฏิบัติการ ซึ่งผู้วิจัยไม่คุ้นเคยกับกฎระเบียบที่มีการบังคับใช้
บทความนี้จึงบอกคร่าวๆ เกี่ยวกับกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ประเภทเซลล์ และเนื้อเยื่อซึ่ง FDA นำไปใช้กำกับดูแลในขั้นตอนการพัฒนาทางพรีคลินิค และการทดสอบการรักษาโดยใช้ stem sell รวมทั้งบทความนี้ได้ให้คำแนะนำว่านักวิทยาศาสตร์พึงให้ความสนใจกับประเด็นของ inherent sefety และ efficacy อย่างไร
กรอบการควบคุมผลิตภัณฑ์จาก stem cell
(The Regulatory Framework for Stem Cell-Based Products)
การรักษาด้วย stem cell เริ่มต้นขึ้นเมื่อการปลูกถ่ายไขกระดูกประสบความสำเร็จ ในปี ค.ศ. 1968 ปัจจุบันการพัฒนาเทคนิคการเพาะ human embryonic stem cell รวมทั้งมีความเข้าใจเพิ่มขึ้นเกี่ยวกับเส้นทางการ differentiate จึงขยายความเป็นไปได้ที่จะนำมาใช้ในการรักษา บทความนี้เจาะลงไปในแขนงหนึ่งของการนำไปใช้ คือ การนำ embryonic stem cell หรือ adult stem cell มาผลิตเนื้อเยื่อของมนุษย์นอกร่างกายเพื่อนำไปปลูกถ่ายในคนไข้ที่เซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะเสื่อมหรือได้รับบาดเจ็บ เนื้อเยื่อที่นำไปปลูกถ่ายนี้อาจมีหรือไม่มี stem cell ใน final product ก็ได้ บางกรณีเป็นการปลูกถ่าย multipotent stem cell เข้าไปแล้วให้ เกิดการ differentiate เป็นเนื้อเยื่อที่ต้องการก่อนแล้วจึงปลูกถ่าย หรือบางกรณีอาจปลูกถ่ายผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของ multipotent cell กับ cell ที่ differentlate แล้ว
ผลิตภัณฑ์ stem cell สามารถจัดอยู่ในผลิตภัณฑ์ได้หลายกลุ่ม ได้แก่ ชีววัตถุ ยา เครื่องมือแพทย์ ผลิตภัณฑ์ปลูกถ่ายที่มาจากสิ่งมีชีวิตต่าง species (Xenotransplantation products) และผลิตภัณฑ์ HCT/P
นิยามของผลิตภัณฑ์ HCT/P คือ วัตถุที่ประกอบด้วย เซลล์หรือเนื้อเยื่อของมนุษย์ ที่มีจุด มุ่งหมายเพื่อการปลูกถ่าย (transplant), ฝัง (implant), infuse หรือ transfer ให้แก่ผู้รับ ดังนั้น การรักษาใดๆ โดยใช้ stem-cell-based products จึงจัดอยู่ในผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้ ดังนั้น จึงอาจต้องมีการทดลองในสัตว์ เพื่อพิสูจน์ความปลอดภัยและประสิทธิผล
การวิเคราะห์ว่า เซลล์ที่ปลูกถ่ายมีการเดินทางจากจุดที่ปลูกถ่ายเข้าไปและไปทำหน้าที่ ที่ต้องการ จะเป็นเรื่องสำคัญต่อข้อกังวลเกี่ยวกับ site-specific integration การดูการเดินทางของเซลล์ ทำได้โดยใช้ manker
การศึกษาอายุ (ความยืนยาว) ของเซลล์ เป็นสิ่งที่สำคัญและบอกถึงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์
แม้ว่าการศึกษา function ของเซลล์จะสามารถทำได้ในหลอดทดลอง แต่จำเป็นต้องศึกษาในมนุษย์ด้วย
การที่เซลล์สามารถ renew ได้ ก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับการเป็นเนื้องอกหรือมะเร็ง ต้องมี การศึกษาใน Animal model ว่าจะเกิดมะเร็งหรือไม่? (หรือ Uncontrolled cell growth) ดังนั้น จึงมีความสำคัญที่จะคิดเครื่องมือวิธีในการตรวจหา cell ที่ยังไม่ differentiate
ผลิตภัณฑ์จากเซลล์ต้นกำเนิด ซึ่งประกอบด้วยเซลล์หรือเนื้อเยื่อที่ผ่านขบวนการแบบ highly processed มีการเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของเซลล์ไปจากเดิม หรือ รวมหรือผสมกับส่วนที่ไม่เป็น เนื้อเยื่อ, หรือใช้สำหรับ metabolic purpose ผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้เกือบทั้งหมดจัดเป็นชีววัตถุ อันเป็นผลิตภัณฑ์ภายใต้ Public Health Safety Act, มาตรา 351 ซึ่งควบคุมการวิจัยและการขึ้นทะเบียนชีววัตถุ (investigational new drug application-IND and licensing) รวมทั้งมาตรา 361
การแสดงความปลอดภัยและประสิทธิภาพในขั้น พรีคลินิก(demonstration of preclinical safety and efficacy)
การยื่นคำขออนุญาตการวิจัย (IND) ต้องมีผลการศึกษาทางพรีคลินิกที่แสดงถึงความปลอดภัยและประสิทธิผลของผลิตภัณฑ์ที่จะวิจัย ส่วนการขอขึ้นทะเบียนนั้น ต้องมีข้อมูลที่เพียงพอจากการวิจัยว่ามีความปลอดภัย และมีประสิทธิผลในมนุษย์
ก่อนที่จะยื่นคำขออนุญาตการวิจัย ผลิตภัณฑ์จากเซลล์ต้นกำเนิด ผู้ยื่นคำขอต้องสามารถตอบคำถามเหล่านี้ได้ก่อน
1. มีความเสี่ยงต่อการแพร่โรคติดเชื้อหรือโรคทางพันธุกรรมจาก donor หรือไม่
2. ขบวนการ process เซลล์หรือเนื้อเยื่อมีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนหรือเสียหายหรือไม่
3. เซลล์ในผลิตภัณฑ์คือ เซลล์ชนิดใด และมี puity และ potency หรือไม่
4. ผลิตภัณฑ์มีความปลอดภัยและมีประสิทธิผลเมื่อใช้หรือไม่
ประเด็นที่ 1 มีความเสี่ยงต่อการแพร่โรคติดเชื้อหรือโรคทางพันธุกรรม จาก donor หรือไม่
การใช้เซลล์หรือเนื้อเยื่อของตนของในการปลูกถ่าย ไม่ต้องมีการคัดกรองหรือทดสอบ แต่หากปลูกถ่ายให้แก่บุคคลอื่นที่มิใช่เจ้าของเซลล์หรือเนื้อเยื่อ ต้องมีการคัดกรองและทดสอบก่อน และสำหรับเนื้อเยื่อบางชนิดต้องมีการคัดกรองและทดสอบเพิ่มเติมขึ้นไปอีก เช่น เนื้อเยื่อที่มีเม็ดเลือดขาวมากหรือเซลล์เนื้อเยื่อสืบพันธุ์
embryo ที่เหลือจากการปฏิสนธิในหลอดแก้ว (IVF) จัดเป็นแหล่งสำคัญของ embryonic stem-cell lines เซลล์สืบพันธุ์ที่นำมาทำเทคนิคนี้ไม่ได้ผ่านการคัดกรองหรือทดสอบมาก่อน ดังนั้น จึงต้องทดสอบที่ embryo หรือ embryonic stem-cell lines โดยตรง แม้ว่าขณะนี้ยังไม่มีกฎหมายกำหนดให้ต้องคัดกรองหรือทดสอบ donor หรือ เนื้อเยื่อจาก donor แต่ควรมีการดำเนินการเพื่อคัดแยกโรคร้ายแรงทางพันธุ์กรรม เช่น ถ้า stem cell หรือ embryo มี gene ที่แสดงว่าจะเป็นโรคโลหิตจาง ผลิตภัณฑ์นี้ก็ไม่เหมาะที่จะให้ในวัตถุประสงค์เพื่อการสร้างเม็ดเลือดภายหลังการฉายรังสี หรือ stem cell หรือ embryo ที่มาจากบุคคลที่มีประวัติครอบครัวของโรค cardiomyopathy ผลิตภัณฑ์นี้ก็ไม่เหมาะที่จะนำไป differentiate เป็น cardiomyocytes ยิ่งกว่านั้นหาก donor มาจากครอบครัวที่มีประวัติโรคร้ายแรง เช่น โรคมะเร็ง ผู้รับ (recipient) ย่อมเป็นโรคนี้ได้ ดังนั้น embryo ที่จะนำมาใช้จึงควรมาจากแหล่งที่รู้จัก ซึ่งมีประวัติทาง การแพทย์ของบุคคลและครอบครัว
ในทุกกรณีของการบริจาค stem cell หรือ embryo ต้องมีการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่างเลือด รวมทั้งข้อมูลที่จะสามารถติดต่อ donor ได้ ข้อมูลเหล่านี้ต้องเก็บให้สอดคล้องกับที่กฎหมายกำหนด (privay regulation)
ประเด็นที่ 2 ขบวนการ process เซลล์หรือเนื้อเยื่อมีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนหรือเสียหายหรือไม่?
ความเสี่ยงดังกล่าวขึ้นอยู่กับว่าเซลล์นั้นผ่านการ handle หรือ manipulate มาอย่างไร หรือมากน้อยเพียงใด หากเป็นการปลูกถ่ายใน surgical procedure ความเสี่ยงของการติดเชื้อมิได้มีมากกว่าการติดเชื้อที่เกิดจากการผ่าตัด
ผลิตภัณฑ์ที่มีการเก็บ (banked) ขนส่ง (transpoted) หรือ processed ในสถานที่ที่มีผลิตภัณฑ์ประเภทเดียวกันนี้ จะมีความเสี่ยงต่อการปกเปื้อนหรือเสียหาย ซึ่งอาจส่งผลต่อ infectivity virulence หรือ คุณลักษณะอื่นๆ ทางชีวภาพได้ ดังนั้น เพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากเชื้อ จึงต้องปฏิบัติตาม Good Tissue Praetice (GTP) และในกรณีของผลิตภัณฑ์ที่ต้องผ่านการอนุญาตก่อน (pre-marketing approual) ต้องปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ GMP ด้วย นอกเหนือจาก GTP USFDA ได้จัดทำ interim final sule เกี่ยวกับ requirement ต่างๆ สำหรับ GTP ของ phase I trials แล้ว
ผู้ประกอบการต้องมีกระบวนการหรือขั้นตอนที่เป็นมาตรฐาน สำหรับการผลิตและการทดสอบในการ derivation, expansion, manipulation, banking และ characterization อย่างไรก็ตาม การทดสอบ stem-cell based product ไม่สามารถตัดความกังวลในเรื่อง sefety ได้ทุกเรื่อง เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความ ซับซ้อนในตัวของมันเอง
ในกรณีของ stem cell ที่เพาะเลี้ยงบน non-human serum เช่น serum ลูกวัว serum ดังกล่าวต้องมาจากประเทศที่ผ่านการรับรองว่าปราศจากโรค BSE เพื่อลดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อจากสัตว์ จึงเพาะ embryonic stem cell ใน human feeder cell หรือ human serum แต่ก็ยังต้องคัดกรองว่า human feeder cell มีสารอื่นๆ ปะปนมาหรือไม่
สิ่งที่น่ากังวลอีกเรื่องหนึ่ง คือ มีการเปลี่ยนแปลงในพันธุกรรมของเซลล์ เนื่องจาก embryonic stem cells ต้องผ่านกระบวนการของ cell expansion, manipulation และ อยู่ใน culture (จานเพาะเลี้ยง) การเพาะ human embryonic stem cell มากกว่า ไม่พบการเปลี่ยนแปลงทาง karyotype แต่มักมีรายงานว่าพบการเปลี่ยนแปลงจำนวน (copy number) ของ mitochondrial DNA sequence และ gene promoter methylation ในเรื่องนี้อาจนำระบบของ viral seed-lot systems มาใช้ ซึ่งเป็นระบบที่กำหนดจำนวนครั้งของ passage จาก ไวรัสไปเป็นวัคซีน การกำหนดจำนวนครั้งของ passage เพื่อควบคุมไม่ให้ไวรัสที่อยู่ในสถานะอ่อนฤทธิ์ (attenuate) กลับคืนสู่สถานะ virulence ในหลักการเดียวกันนี้ จึงต้องกำหนดจำนวนครั้งของ passage จากขั้นการ characterize จนถึงขั้นการทดสอบของ human embryonic stem-cell line ทั้งก่อน ระหว่าง และหลังการ differentiate เพื่อจดการเปลี่ยนแปลงทางด้านพันธุกรรม
ประเด็นที่ 3 เซลล์ในผลิตภัณฑ์คือ เซลล์ชนิดใด และมี purity และ potency หรือไม่
purity ของผลิตภัณฑ์เป็นสิ่งสำคัญมากที่บ่งบอกถึง ความปลอดภัย
ชนิด (type) และ potency เป็นสิ่งที่บ่งบอกถึงประสิทธิภาพ (efficacy)
การหาชนิดของยาสามารถทดสอบได้เมื่อจบขั้นตอนการผลิต โดยวิธีวิเคราะห์ทางเคมี แต่สำหรับ stem cell ต้องดูจากหลายส่วน ได้แก่ ข้อมูลประวัติของผลิตภัณฑ์ pattern ของ marker และ การทำงานของเซลล์
ชนิดของเซลล์ ตรวจสอบจาก pattern ของ marker โดยใช้วิธี fluorescence-activated cell sorting and immunomagnetic separation
ผลิตภัณฑ์จาก stem cell อาจมีเซลล์มากกว่า 1 ชนิดได้
สิ่งปกเปื้อนที่ควรกังวล เช่น residual stem cells, cell ที่ differentrate ผิดไปจากที่ต้องการและ cells ที่มาจาก feeder-layers
การรู้ประวัติของเซลล์จะช่วยทำลายสารหรือสิ่งที่ปกเปื้อนได้ แม้ว่าจะไม่สามารถตรวจพบสิ่งใดๆ ไม่ได้แปลว่าจะไม่มีสิ่งนั้นในผลิตภัณฑ์ ดังนั้น จึงควรศึกษาความปลอดภัยโดยใช้สัตว์ทดลอง
เนื่องจากในด้าน potency แม้ว่าการทดสอบในหลอดแก้วแสดงว่ามี poteney ก็ตาม แต่เมื่อปลูกถ่ายเข้าไปในร่างกายแล้วอาจมีการเปลี่ยนแปลง function ไปจากที่ต้องการได้ ดังนั้น จึงควรทดสอบในสัตว์ทดลองด้วย
ประเด็นที่ 4 ผลิตภัณฑ์มีความปลอดภัยและมีประสิทธิผลเมื่อใช้หรือไม่?
มีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องทราบว่า เมื่อเซลล์เข้าไปในร่างกาย เซลล์จะไปยังที่ใดและไปทำหน้าที่อย่างไร ในกรณีที่ยังไม่กระจ่างในเรื่องของผลิตภัณฑ์ ข้อบ่งใช้ หรือวิธีการใช้ผลิตภัณฑ์ FDA อาจต้องการให้ทดลองในสัตว์ การเลือก animal model ที่เหมาะสม จึงสำคัญมาก
ประสิทธิภาพของการรักษาด้วย stem cell ในบางโรคไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับ site-specific integration เช่น การยกระดับของอินซูลินในเลือด แต่ในบางโรค เช่น การซ่อมแซม dopaminergic neurom ที่เสียหายในโรค parkinson การที่เซลล์ไปยังจุดหมายจึงสำคัญต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ การที่เซลล์ไปยังจุดที่มิใช่เป้าหมายอาจมีผลเรื่องความปลอดภัยได้ ดังนั้น จึงต้องทดลองปลูกถ่าย stem cell ในแก่สัตว์และตรวจสอบว่าเซลล์มีการเดินทางจากตำแหน่งที่ปลูกถ่ายหรือไม่ และไปทำหน้าที่ในจุดใด รวมทั้งศึกษาการกระจายตัวของ stem cell ในร่างกายด้วย การติดตามการเดินทางของ stem cell อาจใช้ marker เช่น green fluorescent protein หรือ surface antigen การศึกษาช่วงชีวิตของ stem cell มีความสำคัญต่อการบอกถึงระยะเวลาของประสิทธิภาพในการรักษา
แม้ว่าการศึกษาในหลอดทดลองสามารถบ่งบอกถึง function ในร่างกายได้ การศึกษาในหลอดทดลองก็ยังจำเป็นเพื่อเฝ้าระวังการทำงานของเซลล์ภายหลังการปลูกถ่าย การเฝ้าสังเกตการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อปลูกถ่ายโดยใช้ผลิตภัณฑ์ที่ประกอบด้วยเซลล์ ซึ่งยัง differentiate ไม่ถึงขั้นสุดท้าย ทั้งนี้การศึกษาในสัตว์ต้องเป็น route และ method of administration เดียวกันกับที่จะศึกษาต่อไปในมนุษย์
การที่ stem cell สามารถแบ่งตัวได้ โดยไม่มีขีดจำกัด (self-renewal) จึงมีความกังวลเกี่ยวกับการก่อให้เกิดเนื้องอก นักวิจัยจึงต้องศึกษาเรื่องนี้อย่างใกล้ชิดในสัตว์ทดลอง Lawreng et al. ได้สร้าง animal model ที่ไวมากที่สามารถตรวจพบเซลล์เนื้องอกแม้เพียง 20 เซลล์ ของ mouse embryonic stem cell ย่อมเป็นการดีเช่นกันหากสามารถคิดค้น model ที่ไวต่อการตรวจหา undifferentiated human embyonic stem cell
การศึกษาในสัตว์ทดลองมีความสำคัญต่อการติดตามการก่อให้เกิดเนื้องอกจากผลิตภัณฑ์ stem cell ภายหลังการปลูกถ่าย
การกำหนดระดับความบริสุทธิ์ของ stem cell มีความจำเป็น เนื่องจากโยงไปสู่ระดับความเสี่ยงที่ยอมรับได้
ผลิตภัณฑ์จาก stem cell และ ยีนบำบัด (gene therapy)
ถ้านำ stem cell จากบุคคลหนึ่งที่เป็นโรคอันเกิดจากการกลายพันธุ์ของ gene 1 ตัว (single cell mutation) มาเติมยีนที่ปกติเข้าไปแล้วนำไปปลูกถ่ายให้กับบุคคลนั้น บุคคลนั้นย่อมหายจากโรค วิธีนี้เรียกว่า ยีนบำบัด เนื่องจากรักษาโดยการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม
ในช่วงต้นของ ค.ศ. 1990 FDA ได้รับหลายคำขอทีเกี่ยวข้องกับ ex vivo treatment ของ somatic cell โดยใช้ยีน แล้วนำเซลล์ที่ดัดแปลงนี้กลับเข้าสู่ตัวคนไข้ ณ ปัจจุบัน มีความเป็นไปได้สูงมากที่จะนำหลักการนี้มาเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของ stem cell ที่เพาะเลี้ยง ผลิตภัณฑ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมที่จะนำไปปลูกถ่ายให้แก่คนไข้ ถูกจัดเป็นผลิตภัณฑ์ชีววัตถุซึ่งต้องมีการขออนุญาตก่อนจำหน่าย และต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบตามที่กล่าวมาแล้ว นอกจากนั้น ไวรัสที่เป็นพาหะนำสารพันธุกรรมเข้าไปในเซลล์ก็จัดเป็นชีววัตถุด้วย แม้ว่าจะจำหน่ายแยกจากเซลล์ที่ปรับเปลี่ยน ก็ยังถือว่าต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบเดียวกัน
human embryonic stem cell ได้มาจาก inner cell mass ของ blastocyst แล้วนำมาเพาะเลี้ยง blastocyst อาจได้มาจาก IVF หรือ somatic cell nuclear transfer(SCNT, กระบวนการเปลี่ยนถ่ายนิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย) กระบวนการนี้คือการผสม nucleus ของ เซลล์ร่างกายกับไข่ที่ดึงนิวเคลียสออก ผลิตภัณฑ์ที่เป็น embryonic stem cell ซึ่งได้จาก embryo ที่สร้างขึ้นโดยขบวนการ SCNT ก็ถูกควบคุมโดยกฎเดียวกับผลิตภัณฑ์จาก stem cell ประเภทที่ถูกเปลี่ยนแปลงพันธุกรรม
สรุป
นักวิทยาศาสตร์ยังต้องเรียนรู้อีกมากเกี่ยวกับการตัดสินความปลอดภัยหรือประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์จาก stem cell โดยเฉพาะหากมีความรู้มากขึ้นเกี่ยวกับชีววิทยาของ self-renewal และ differentiation ก็ย่อมสามารถประเมินความเสี่ยงจากเซลล์ที่ function ผิดปกติไป นอกจากนี้ยังต้องพัฒนาเทคนิคในการพิสูจน์เอกลักษณ์ของเซลล์ที่อยู่ใน mixed population ในจานเพาะเลี้ยง รวมทั้งการติดตามเซลล์ในร่างกายโดยวิธี noninvasive ซึ่งสำคัญต่อการยืนยันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
เมื่อมีการพัฒนาการรักษาวิธีใหม่ๆ โดยใช้ stem cell จึงย่อมต้องมีการปรับปรุงกฎระเบียบต่างๆ ตามไปด้วย แต่ ณ ปัจจุบันนี้ กฎระเบียบที่ใช้กับชีววัตถุและ HCT/P ที่มีอยู่แล้ว สามารถใช้กำกับดูแลความปลอดภัยและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์จาก stem cell ในรุ่นถัดไปได้ ดังนั้นนักวิจัยด้าน stem cell จึงต้องทราบกฎระเบียบต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์จาก stem cell
