細(xì)胞治療中的細(xì)胞計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)，由于細(xì)胞治療方法的興起，人們?nèi)找嫘枨竽軌蚋哔|(zhì)量、穩(wěn)健、有效進(jìn)行細(xì)胞表征測(cè)定的方法。細(xì)胞計(jì)數(shù)，作為細(xì)胞療法中基礎(chǔ)的檢測(cè)項(xiàng)目，現(xiàn)今需要更高的檢測(cè)可信度。那么，細(xì)胞計(jì)數(shù)方法在上有標(biāo)準(zhǔn)嗎？2017年4月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）&食品與藥物管理局（FDA）共同舉辦了一場(chǎng)專注于細(xì)胞計(jì)數(shù)的研討會(huì)，聚焦于選擇、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證細(xì)胞計(jì)數(shù)方法，以及如何得到充分的計(jì)量保證。近50位來(lái)自于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的專家參與了研討會(huì)。Nexcelom Bioscience作為為數(shù)不多的受邀細(xì)胞計(jì)數(shù)設(shè)備制造商之一列席參加了本次會(huì)議，與業(yè)界專家們共同討論細(xì)胞治療中關(guān)于細(xì)胞計(jì)數(shù)的各種問(wèn)題。本文總結(jié)了此次會(huì)議的討論重點(diǎn)。（文末點(diǎn)擊“閱讀原文”下載英文全文）

研討會(huì)的總體主題：我們需要根據(jù)細(xì)胞樣品的屬性，細(xì)胞計(jì)數(shù)的目的和要求，來(lái)選擇適合目的（fit-for purpose）的測(cè)量方法。例如，藥物篩選和細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)與放行過(guò)程中的細(xì)胞計(jì)數(shù)要求會(huì)有顯著不同。Fit-for purpose是指選擇的方法是否適合細(xì)胞計(jì)數(shù)的預(yù)期目的。理想的適用性需要滿足兩方面的要求，一是能解決生物學(xué)問(wèn)題，二是獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量（靈敏度、精密度、準(zhǔn)確度）足夠好，足以支持下游決策。一個(gè)更標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、限定和驗(yàn)證符合fit-for purpose原則的細(xì)胞計(jì)數(shù)方法的流程，將加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和轉(zhuǎn)化。

研討會(huì)上討論的主要內(nèi)容：

細(xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)量過(guò)程

細(xì)胞計(jì)數(shù)遵循相同的常規(guī)步驟：（i）樣品準(zhǔn)備，（ii）手工計(jì)數(shù)或使用儀器設(shè)備的自動(dòng)計(jì)數(shù)，（iii）數(shù)據(jù)分析（如圖1）。

測(cè)量過(guò)程中的很多方面都可能給結(jié)果帶來(lái)顯著的可變性。此外作為測(cè)量過(guò)程中“輸入”的細(xì)胞樣品，屬性可能會(huì)有大范圍的波動(dòng)，也會(huì)給計(jì)數(shù)結(jié)果帶來(lái)顯著的可變性。細(xì)胞樣品本身就很復(fù)雜，具有一系列穩(wěn)定或者變化的性質(zhì) - 樣品配方（如培養(yǎng)基組分）、成分（如不同細(xì)胞類型和功能）和固有的生物學(xué)可變性（如供體變化和細(xì)胞狀態(tài)）。認(rèn)識(shí)到細(xì)胞計(jì)數(shù)過(guò)程和細(xì)胞樣品相關(guān)的各種影響因素，研討會(huì)上專家們討論了提高細(xì)胞計(jì)數(shù)可信度的策略。

從監(jiān)管角角度看細(xì)胞計(jì)數(shù)

FDA的與會(huì)人員強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞計(jì)數(shù)對(duì)于檢測(cè)細(xì)胞治療產(chǎn)品質(zhì)量（如屬性、純度、效價(jià)和劑量）的重要性。他們重申基于不同目的，細(xì)胞計(jì)數(shù)方法可能不同，這主要取決于細(xì)胞治療產(chǎn)品本身。他們進(jìn)一步指出，雖然在獲得許可證之前，細(xì)胞計(jì)數(shù)等試驗(yàn)方法不需要進(jìn)行驗(yàn)證；但越早建立高可信度的方法，越有利于產(chǎn)品轉(zhuǎn)化（圖2）。FDA與會(huì)人員特別指出：確定適當(dāng)?shù)募?xì)胞計(jì)數(shù)方法，了解可用的儀器，有助于共識(shí)性文件標(biāo)準(zhǔn)的制定和參考樣品的開(kāi)發(fā)，有利于解決再生醫(yī)學(xué)療法中細(xì)胞計(jì)數(shù)方面的挑戰(zhàn)。

建立細(xì)胞計(jì)數(shù)方面的質(zhì)量屬性

細(xì)胞治療產(chǎn)品的質(zhì)量屬性可通過(guò)測(cè)定相關(guān)的、可測(cè)量的生物學(xué)指標(biāo)來(lái)評(píng)估。許多質(zhì)量屬性直接（如總細(xì)胞濃度、活細(xì)胞濃度）或間接（如使用細(xì)胞濃度歸一化處理的活力數(shù)據(jù)）使用細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果獲得數(shù)據(jù)。選擇細(xì)胞計(jì)數(shù)方法時(shí)，要明確理解測(cè)量對(duì)象和預(yù)期質(zhì)量屬性之間的關(guān)系（如活細(xì)胞濃度、存活率百分比）。

例如活細(xì)胞濃度是一種差異細(xì)胞計(jì)數(shù)，需要將活細(xì)胞與死細(xì)胞區(qū)分開(kāi)，與細(xì)胞類型無(wú)關(guān)?；罴?xì)胞濃度又可以進(jìn)一步分解成兩個(gè)屬性組成：活細(xì)胞數(shù)和樣品體積。

測(cè)定活細(xì)胞數(shù)時(shí)，很多生物學(xué)指標(biāo)可以用來(lái)區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。這些生物學(xué)指標(biāo)包括細(xì)胞膜完整性、代謝活力和細(xì)胞復(fù)制能力。生物學(xué)指標(biāo)可以通過(guò)不同測(cè)試方法測(cè)定，且每種測(cè)試方法都有不同的測(cè)量對(duì)象。例如臺(tái)盼藍(lán)排除和PI核酸染色法都可以通過(guò)測(cè)試細(xì)胞膜完整性來(lái)區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。對(duì)同一個(gè)生物學(xué)指標(biāo)的類似檢測(cè)，不同染料（大小、親和力不同）對(duì)細(xì)胞膜滲透性的固有不同和顯示信號(hào)（比色或者熒光）的不同，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果上的差異。

另一個(gè)屬性組成是樣品的體積。體積可以通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)的儀器來(lái)獲得（例如已測(cè)定的計(jì)數(shù)室尺寸）：間接方法如同時(shí)用基于流式原理的方法測(cè)定已知濃度的微珠；或者通過(guò)流量計(jì)等方法直接測(cè)定。體積測(cè)定偏差將導(dǎo)致結(jié)果偏差，降低活細(xì)胞濃度測(cè)定結(jié)果精密度。另外在測(cè)試活細(xì)胞濃度時(shí)，儀器與儀器之間結(jié)果的差異，有些情況下可能是因?yàn)閮x器體積校準(zhǔn)之間的差異造成的。

總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇反映預(yù)期測(cè)量目的的生物學(xué)指標(biāo)；當(dāng)應(yīng)用這些生物學(xué)指標(biāo)時(shí)，能夠反映細(xì)胞治療產(chǎn)品的作用機(jī)理。此外，測(cè)量目標(biāo)應(yīng)盡可能與生物學(xué)指標(biāo)直接相關(guān)。專家強(qiáng)調(diào)需要了解細(xì)胞計(jì)數(shù)的生物學(xué)基礎(chǔ)，特別是當(dāng)某個(gè)細(xì)胞亞群被認(rèn)為與生物學(xué)或臨床結(jié)果相關(guān)時(shí)的差異細(xì)胞計(jì)數(shù)。

選擇與設(shè)計(jì)細(xì)胞計(jì)數(shù)方法

自18世紀(jì)以來(lái)，使用血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行手工計(jì)數(shù)一直被認(rèn)為是細(xì)胞計(jì)數(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)。研討會(huì)的參會(huì)人員表示這種觀點(diǎn)現(xiàn)在依然存在。手工計(jì)數(shù)非常費(fèi)時(shí)，并且誤差很大，會(huì)給產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)帶來(lái)很多問(wèn)題。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多基于自動(dòng)成像和流式原理的方法被用來(lái)進(jìn)行總細(xì)胞和亞細(xì)胞群計(jì)數(shù)。可選的方法很多，樣品類型以及細(xì)胞計(jì)數(shù)目的也各不相同。

細(xì)胞計(jì)數(shù)檢測(cè)過(guò)程的考慮因素大致上可以分為：（i）生物學(xué)相關(guān)因素；（ii）測(cè)量特性相關(guān)因素，包括計(jì)量保證策略；（iii）合規(guī)性及其他實(shí)際因素。生物學(xué)相關(guān)因素是指計(jì)數(shù)方法基于生物學(xué)指標(biāo)獲得細(xì)胞數(shù)量的能力。分析方法的測(cè)量特性相關(guān)因素包括計(jì)數(shù)方法提供足夠特異、精密和穩(wěn)健數(shù)據(jù)的能力；控制測(cè)量過(guò)程中的可變性并確保從中的可信度的能力也是需要的；另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是方法在產(chǎn)品研發(fā)管線各個(gè)環(huán)節(jié)中的轉(zhuǎn)化能力。理想情況下，研發(fā)過(guò)程中使用的細(xì)胞計(jì)數(shù)方法應(yīng)該能夠應(yīng)用到生產(chǎn)甚至放行中。細(xì)胞計(jì)數(shù)系統(tǒng)需要盡量少的可變因素和校準(zhǔn)要求，內(nèi)置自控系統(tǒng)。緊接下來(lái)需要考慮的就是合規(guī)性，包括是否滿足GMP （Good Manufacturing Practice）要求。如果不止使用一種計(jì)數(shù)方法，或者在不同地點(diǎn)使用同一種方法，需要考慮方法之間的可比性。其他需要考慮的實(shí)際因素包括：用量、價(jià)格、所需時(shí)間以及培訓(xùn)。一個(gè)特別需要指出的挑戰(zhàn)是計(jì)數(shù)方法能夠允許使用者自行修改調(diào)整的程度。儀器提供越多的微調(diào)設(shè)置，將提供更大的靈活性和可優(yōu)化性；另一方面，增加儀器的靈活性意味著需要更多的培訓(xùn)，以及在生產(chǎn)中做更多記錄。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）在優(yōu)化細(xì)胞計(jì)數(shù)流程中的應(yīng)用

一旦細(xì)胞計(jì)數(shù)的目的和大致方法已經(jīng)確定，建議使用“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of Experiments ，DOE）來(lái)進(jìn)行方法優(yōu)化和穩(wěn)健性測(cè)試。

專家指出很多因素影響了細(xì)胞計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)。這些因素包括準(zhǔn)備細(xì)胞樣品時(shí)使用的稀釋液。稀釋液可能影響樣品的穩(wěn)定性，引入或者減少影響計(jì)數(shù)的碎片或雜質(zhì)。儀器與儀器之間的差異也是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要使用更穩(wěn)健的體積校準(zhǔn)策略來(lái)改進(jìn)，例如使用已知濃度的微珠或其他體積校準(zhǔn)方法。很多因素會(huì)影響細(xì)胞計(jì)數(shù)方法，精心設(shè)計(jì)的DOE有助于理解每個(gè)因素的作用以及各個(gè)因素在細(xì)胞計(jì)數(shù)過(guò)程中的聯(lián)系。

細(xì)胞計(jì)數(shù)驗(yàn)證

基于現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)，很多參會(huì)者推薦了人類用藥物技術(shù)要求協(xié)調(diào)理事會(huì)（International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use，ICH）的指南：“Validation of Analytical Procedures: Text and Methodology Q2(R1) for Validation of Analytical Methods”【1】用于細(xì)胞計(jì)數(shù)方法驗(yàn)證。ICH傳統(tǒng)上專注于藥物制造，而不是細(xì)胞治療產(chǎn)品。指南中描述了準(zhǔn)確度、精密度、特異性、檢測(cè)限、定量限、線性、范圍和穩(wěn)健性的概念。這個(gè)通用的驗(yàn)證框架在很大程度上適用于細(xì)胞的分析測(cè)量，但對(duì)于細(xì)胞治療產(chǎn)品要做出一些針對(duì)性的調(diào)整。

受限于動(dòng)態(tài)、復(fù)雜，有時(shí)數(shù)量還有限的樣品，需要對(duì)驗(yàn)證步驟進(jìn)行改變，或者增加額外的考量。例如在考察細(xì)胞計(jì)數(shù)中間精密度（不同操作者、不同儀器、不同日期、不同批次之間的差異）時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮整個(gè)周期中樣品的穩(wěn)定性，尤其需要考慮可能影響細(xì)胞計(jì)數(shù)的樣品性質(zhì)（如細(xì)胞活率、細(xì)胞聚集、碎片和氣泡形成等）。

準(zhǔn)確度對(duì)細(xì)胞計(jì)數(shù)來(lái)說(shuō)，是個(gè)*的挑戰(zhàn)。理想的細(xì)胞計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)該既精密又準(zhǔn)確。細(xì)胞計(jì)數(shù)的精密度可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。但因?yàn)槿鄙俸线m的參考樣品和對(duì)照方法，細(xì)胞計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度很難獲得。

評(píng)估準(zhǔn)確度一般是通過(guò)對(duì)比測(cè)定結(jié)果與具有參考值和已知不確定性的恰當(dāng)參考樣品的檢測(cè)結(jié)果，或者通過(guò)與對(duì)照方法進(jìn)行比較。因?yàn)榧?xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)定缺少通用的參考樣品，基于人工顯微鏡觀察計(jì)數(shù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”也具有很大的偏差和不精密性，通過(guò)上述方法檢測(cè)準(zhǔn)確度不能滿足細(xì)胞治療產(chǎn)品對(duì)準(zhǔn)確度的要求。

為了滿足工業(yè)界的需要，NIST近期開(kāi)發(fā)出了在沒(méi)有合適對(duì)照方法和樣品的情況下，評(píng)估細(xì)胞計(jì)數(shù)方法的策略。這些方法通過(guò)系列稀釋試驗(yàn)設(shè)計(jì)，評(píng)估了細(xì)胞計(jì)數(shù)方法的精密度和比例性。在這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)梯度稀釋的比例響應(yīng)作為評(píng)價(jià)計(jì)數(shù)質(zhì)量的內(nèi)部基準(zhǔn)【2】。這個(gè)過(guò)程不受測(cè)定方法和細(xì)胞類型的影響，提供了一種不依賴于“金標(biāo)準(zhǔn)”方法或參考樣品比較，就可以評(píng)估細(xì)胞計(jì)數(shù)方法質(zhì)量的途徑。這個(gè)策略的目標(biāo)就是解決細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)者在細(xì)胞計(jì)數(shù)方法轉(zhuǎn)型或者選擇“fit for purpose”計(jì)數(shù)方法時(shí)遇到的挑戰(zhàn)。

細(xì)胞計(jì)數(shù)的生物或非生物參考樣品及內(nèi)參

合適的參考樣品將有助于對(duì)細(xì)胞計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度的評(píng)估，有利于對(duì)細(xì)胞計(jì)數(shù)方法之間進(jìn)行比較。因此，研討會(huì)討論中很重要的一部分就集中在現(xiàn)今細(xì)胞計(jì)數(shù)參考樣品的使用和參考樣品的需求上。會(huì)上達(dá)成了一個(gè)重要共識(shí)：使用者需要理解各種參考樣品在計(jì)數(shù)過(guò)程中的作用。細(xì)胞治療從業(yè)者需要優(yōu)化的或者新的參考樣品來(lái)評(píng)估細(xì)胞計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度。會(huì)上討論了生物的（基于細(xì)胞）和非生物的（主要是微珠）參考樣品的作用。有人指出針對(duì)測(cè)定過(guò)程的特定方面需要選擇合適的參考樣品，且不應(yīng)在其預(yù)期使用目的之外進(jìn)行過(guò)度解讀。

細(xì)胞計(jì)數(shù)計(jì)量保證策略

為了保證測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，需要使用基于計(jì)量科學(xué)原則的計(jì)量保證策略。理想的測(cè)量結(jié)果由以下3點(diǎn)構(gòu)成：（i）以常用單位表示的數(shù)值，（ii）測(cè)量不確定度，（iii）可以保證測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的證據(jù)。對(duì)細(xì)胞計(jì)數(shù)來(lái)說(shuō)，了解測(cè)量過(guò)程是否會(huì)以及何時(shí)會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)很重要。在這種情況下，需要設(shè)計(jì)計(jì)量保證策略以提供足夠的證據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)測(cè)量過(guò)程的質(zhì)量，提供計(jì)數(shù)結(jié)果是否可靠的指示。測(cè)量保證的證據(jù)通常以測(cè)量過(guò)程中的中間測(cè)量形式出現(xiàn)，在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中的特定點(diǎn)建立可信度。測(cè)量保證策略可以每年或每季度不定期實(shí)施，通過(guò)驗(yàn)證和SOP作為質(zhì)量保證計(jì)劃的一部分。儀器驗(yàn)證步驟等其他策略可以為每天的測(cè)量提供保證；或者與每次測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，以提供每個(gè)測(cè)量值的可信度。



當(dāng)計(jì)量保證策略應(yīng)用到每次測(cè)量中時(shí)，它們作為測(cè)量步驟中的控制環(huán)節(jié)，為測(cè)量過(guò)程提供同時(shí)驗(yàn)證。這種策略在長(zhǎng)期記錄和監(jiān)測(cè)一種分析方法時(shí)非常有效，并能夠識(shí)別方法中的偏移和錯(cuò)誤。很多測(cè)量步驟中的控制環(huán)節(jié)可以直接使用細(xì)胞計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)，或者通過(guò)使用測(cè)試樣品即可進(jìn)行的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來(lái)完成。這樣的設(shè)計(jì)策略具有實(shí)際可操作性。例如，細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果是單位體積的細(xì)胞數(shù)；在使用細(xì)胞計(jì)數(shù)值做出決策之前我們有幾個(gè)假設(shè)。這些假設(shè)包括：（i）細(xì)胞是懸浮于介質(zhì)中的單個(gè)物體，（ii）所有目標(biāo)細(xì)胞都被計(jì)數(shù)了，而其他的都被排除了，（iii）已知體積已經(jīng)被驗(yàn)證過(guò)，（iv）試劑和儀器工作正常，（v）檢測(cè)結(jié)果在線性范圍內(nèi)，在檢出限以上，在飽和限以下。在測(cè)量時(shí)需要收集證明以上假設(shè)是可信的證據(jù)。例如，需要設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析策略，在試劑出現(xiàn)問(wèn)題、細(xì)胞過(guò)度聚集、流路堵塞、儀器狀態(tài)改變或預(yù)設(shè)體積錯(cuò)誤時(shí)提醒使用者。當(dāng)設(shè)置了合適的測(cè)量步驟中的控制環(huán)節(jié)，細(xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)定過(guò)程的質(zhì)量才能獲得保證（圖4）。

總結(jié)

本次細(xì)胞計(jì)數(shù)研討會(huì)的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)論就是：獲得高質(zhì)量細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果的方法并不是單一的。使用者必須要考慮細(xì)胞計(jì)數(shù)的目的，設(shè)計(jì)合適的方法和計(jì)量保證策略。人們需要開(kāi)發(fā)、鑒定和驗(yàn)證細(xì)胞計(jì)數(shù)方法的通用策略和原則，這些前期的努力會(huì)決定后期標(biāo)準(zhǔn)化的考慮和努力方向。關(guān)于細(xì)胞計(jì)數(shù)的建議包括：（i）文件標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐指南，（ii）一致的術(shù)語(yǔ)，以實(shí)現(xiàn)共同理解和清晰的溝通，（iii）生物以及非生物參考樣品以提升計(jì)量保證，（iv）有別于“one-size fits all”觀念的，基于“fit-for-purpose”原則的個(gè)體化檢測(cè)策略。

Nexcelom Bioscience 作為受邀細(xì)胞計(jì)數(shù)設(shè)備供應(yīng)商之一參與了本次研討會(huì)，與多位同行、細(xì)胞治療從業(yè)者及政策法規(guī)制定者進(jìn)行了廣泛的交流和討論，也更加深入地了解了行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)以及業(yè)界對(duì)相關(guān)設(shè)備制造商的期望。作為細(xì)胞計(jì)數(shù)領(lǐng)域的，Nexcelom責(zé)無(wú)旁貸，會(huì)一如既往地以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力，打造基于用戶需求的產(chǎn)品，為細(xì)胞治療產(chǎn)業(yè)和人類健康事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)應(yīng)有的力量！

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