实验室百科 | 浅谈干细胞实验室的建设与管理

1968年，世界首例骨髓移植术治疗重症联合免疫缺陷患者，开启了干细胞的医学应用之门。

2018年，全球干细胞产业市场规模超千亿美元，十余款干细胞产品获批上市。

未来5年将有更多干细胞药物获批。我国近年来在干细胞及转化研究领域亦取得了长足进展，相关干细胞产品已进入Ⅰ/Ⅱ期临床试验阶段。

临床级干细胞库是标准化收集、处理、储存、检测和分发不同来源的干细胞以及与干细胞相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料，并进行质量控制、信息管理与应用的专门机构或部门。

目前，日本、以色列等国的科学家正利用诱导多能干细胞重组技术建立不同人群的临床级干细胞库，利用干细胞库进行标准化制备和应用已成为国际主流趋势。

上海市东方医院为国家首批干细胞临床研究与项目备案机构，通过打造细胞种子库、主细胞库和工作细胞库良好操作规范（GMP）制备室与质检平台，建成了较大规模的临床级干细胞库，并开辟了第三方存储服务，促进了干细胞临床应用的可持续性发展。

建设临床级干细胞库是抢占优质资源战略高地的核心，本文依据干细胞研究相关国内外规范，阐述临床级干细胞库的建设与管理，以期为建库机构提供有益借鉴。

临床级干细胞库的建设与要求

一、如何选址

临床级干细胞库应选择安全、无干扰的独立与封闭区域，远离严重污染(空气、水、病原微生物、放射性同位素等)，远离振动/噪声，尽可能毗邻样本采集与临床治疗点，减少样本的转运时间，便于及时处理与制备，实现流程无缝对接。存储区优先选择地面以上较低楼层，避免雨水/洪水倒灌，防霉防潮，保持良好的温湿度。

二、功能区规划与管理

（一） 核心功能区与辅助区

核心功能区，涵盖样本与细胞收发室、制备与处理室、存储区、质检室与总控室，必要时设置接待征询室和采集室。细胞制备的洁净区域应具备缓冲区、更衣室，满足细胞的分离、扩增与培养，各制备套间周围设置洁净的走廓，增加流程的灵活性。细胞制备操作区应设立洁净区，根据《GB50073洁净厂房设计规范》，洁净区面积规划一般为2～4m2/人，洁净区满足GMP要求，其设计、建设、管理、进出、使用、清洁、消毒、环境检测等参见《药品生产质量管理规范》无菌药品附录[13],干细胞制剂的生产必须在B级背景下的A级洁净区完成。根据功能需求杜绝污染，必要时设置隔离区，避免隔离区的空气进入其他区域；为减少不同批次细胞在研究中的变异性，在制备阶段应对同一批特定代次的细胞建立多级细胞库区，库区应防止混淆、差错和交叉污染。辅助功能区包括办公室、会议室，档案室，库房及洗消室等。

（二）流程与流向

布局的流程与流向应合理有序并明确标识，设置人员、物料、细胞、污物流向与医疗废弃物专用通道，确保生物安全，减少污染风险，为了便于样本、试剂、物料与细胞制剂按规定的流程和流向传递，可在入口与出口处合理设置传递窗，提高工作效率。

三、 人员配备

应建立与业务相适应的组织架构，明确管理路径、职责、权限及相互关系，配备相应资质(职称、学历、培训和实践经验)的操作人员和管理人员。对人员培训、考核并评估效果，采集人员需经培训合格并持有医师或护士执业证书，采集信息双人复核；制备人员应进行无菌服穿戴的培训；制备、质量管理负责人与质量受权人不得相互兼任；如个别岗位职责需委托他人，受委托人应同样满足该岗位职责的资质要求，委托人仍然承担最终责任。

四、设施与设备

应为所有设施设备设计充足合理的空间，根据各区域面积及功能规划供暖、通风(自然/压力)、空调、水电、照明、灭菌、监控、温湿度、氧浓度、消防、污水与医疗废弃物处理系统等，并定期清洁、维保、校准和质检，制定应急预案。应监测生物安全柜、洁净室的颗粒及生物负载系统，包括高效微粒空气过滤系统、A/B洁净室内的空调净化系统；应规定监测频率和监测项目，如静态和动态下的悬浮粒子、沉降菌、浮游菌、表面微生物、压差、风速、温湿度等；对于B级背景下的A级区应采用在线尘埃粒子监测系统悬浮粒子；定期清洗和更换初、中效过滤器，并定期在工作状态下对高效过滤器进行检漏，以防止损伤和泄漏。

存储库区应充分考虑楼面承重，设施设备规划与安全管理遵循《ISBER最佳实践2018》[14]，如配备双路供电或应急发电设施及备用存储空间、冷链监控等；缩短液氮塔到库区的距离，减少氮气的耗损；液氮与干冰区域应配备气体监测器、声光报警和排风系统，一旦房间内氧浓度低于设定的下限时自动启动强排风，液氮区地面杜绝使用磁砖，优选耐低温的环氧树脂，冰箱区应充分考虑散热，必要时安装专用散热通道；操作人员应配备厚型隔热手套、护目镜/面具以及防护外套以确保安全。

干细胞制剂的存储须杜绝交叉污染，设置合格、待检与不合格区且标识明显；集约设计监控装置，实现24 h温度连续监控及远程报警，确保液体供气系统不间断供气及外置塔的安全运转(储存、调压、气化等)，设置保护围栏和安全警示标识并定期安全检查，校验供气管道与远程液位监控系统，对于液氮补给罐或液氮输送系统所有阀门、压力表与安全阀应定期检查(年检或强检)，确保系统连续平稳、安全节气，液氮设备的运行与维修人员应具备《特种行业资格证》，可外包给专业公司进行检修。

所有设备应建档受控，专人管理且标识唯一，分光光度计、移液器、天平、离心机等需定期进行计量检定与校准。实验室必备的安全设施(通风橱、防尘罩、灭火器、洗眼喷淋装置等)应定期进行检查。

采集、制备与检验

采集前，需对供者进行入组筛查和传染病因子检测，包括人类免疫缺陷病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、人类嗜T细胞病毒、EB病毒、巨细胞病毒、梅毒螺旋体等；筛查合格的供者签署知情同意书后，遵循标准操作规程采集样本，将污染、感染和病原体传播的风险降到最低。

临床级干细胞的制备应严谨、审慎并进行独立审查和监督，确保其安全性和有效性。即使对细胞进行最小的体外操作都有可能引入额外风险，如病原体污染、培养代数增加导致的细胞基因型和表型不稳定，在长期、压力环境下可能会变为非整倍体或发生DNA重组、缺失及其他基因或表观遗传异常，从而带来严重病理改变，如癌症。故临床级干细胞的制备应遵循GMP程序，防止原料和产品在生产过程中被污染，所有试剂与制备过程均应遵守质量控制体系与规程，确保试剂质量、制备工艺与制定的方案保持一致，形成细胞鉴定、纯度和潜能分析标准，而对于传染病因子阳性的干细胞制备需在独立设置的阳性间进行。

过程中的关键性物料必须做到：

先验证性能，确保有效性且符合国家相关规定；

直接与原始样本及干细胞制剂接触的物料必须无菌且对人体无害并符合要求的级别，尽可能使用药用级别的物料；

非无菌物料和非一次性物料必须清洁和灭菌，灭菌合格并被监控；

记录使用的关键物料，确保可完整准确地追踪到每个环节中物料的详细信息，包括使用的试剂/耗材/设备清单、生产厂家、批次号、合格证等，关键试剂如血清、酶和生长因子的分析证书(certificate of analysis，COA)副本，测试过程和结果等。

在细胞培养或保存时除了尽可能避免使用抗生素外，还应避免使用动物源性或成分不明确的试剂、人源或动物源性血清，动物源性成份应尽可能用规定的化学成份替代，禁止使用同种异体人血清或血浆，以确保干细胞制剂的质量。

临床级干细胞制剂的检验分为全面质量检验、复核检验和放行检验，为确保干细胞治疗的安全性和有效性，每批干细胞制剂均须符合现有干细胞知识和技术条件下的全面质量要求,参见《干细胞制剂质量控制及临床前研究指导原则(试行)》。

标识、存储和发放

一、 标识

每份干细胞制剂应分配唯一的编码，编码规则应具唯一性和统一性，通过编码可追溯到捐赠者和制剂存放位置及处理等所有信息，标签应耐低温耐潮湿。可以使用国际血库自动化委员会推荐的ISBT128码。随着自动化设备的使用，容器自带编码(如激光蚀刻)、无线射频识别电子标签等的出现，人为编码打印和手工粘贴标签将逐步被新模式所取代。

二、 存储

（一）冷冻保存

冷冻保存过程中应避免冰晶与溶质损伤。可使用程序降温仪或其他替代方法(如Nalgene程序降温盒)控制降温速度，并使用二甲基亚砜或甘油冷冻保护剂。为防止不可抗性因素所导致的损坏或丢失，需将同一来源的细胞分成若干份，分放不同区域的不同容器中长期保存即镜像保存(mirror image storage)。对于干细胞的长期存储，国际公认使用气相液氮罐较理想，保存的温度为-150 ℃～-196 ℃，需关注干细胞稳定储存的时间以及如何在储存中防止污染等。随着自动化液氮存储设备的出现和发展，干细胞存取将走向自动化和智能化。

（二）容器

避免因容器渗漏而导致的交叉污染。容器应明确标识，且具有无菌、化学耐受、无吸附(对细胞、蛋白、RNA和 DNA)、无酶、密封(带螺纹)、耐低温等特性，限一次性使用，不含有干扰物质。临床级干细胞容器的无菌保证水平要求为10*-6(99.999 999%)，即一百万件产品中可能存在活微生物的概率为1。应使用能足够防漏、抗振、抗压力、抗温度变化、防刺穿和其他事故材料制成的外容器运输干细胞，一般使用干式液氮罐作为外容器进行转运。

三、审核、放行与分发

干细胞在分发前必须进行审核与放行控制，审核与放行的程序和记录既是质量保证/质量控制架构的缩影，也是制备过程中产生的科学数据的存储。审核与放行通过取走最终样本进行测试、成品细胞标识和运输，证明干细胞从正式进入实验室系统到实现预期功能的整个过程。

干细胞的放行处理是通过选择实用、快速、科学可控的放行检验获得COA或放行检测报告后实施的。COA总结了产品的特性、所进行的测试、分发时能否提供结果并详细介绍放行的标准和每一个测试结果、测试使用方法、敏感度或可接受的结果范围。测试结果的放行标准一般来自法规、临床研究申请及文献。证书必须经检测者、检测负责人和质量授权人审核并签署，随细胞一起发布。因此，应建立放行后测试结果和所有记录的相关审核程序，以及放行后测试结果不符合规定要求的应对机制。

临床级干细胞库应规定保存条件、周期及销毁的规范，避免混淆、污染、交叉污染和不合理的分发。发放的细胞治疗产品应明确给出新鲜和冷藏后复苏产品的失效日期和时间。分发后干细胞制剂的运输和转送程序要确保其完整性及人员的健康和卫生，需经过验证在维持细胞活力和功能完整性的情况下运输或转运到输注现场，干细胞的转运应由训练有素的物流人员或商业运输公司监管，应有证据表明在运输中保持合适的温度。温度记录仪的使用现在最为广泛，运输过程中的温度应符合收集机构标准操作规程手册的要求。

四、信息管理系统

临床级干细胞库信息管理系统的构建需根据其用途和功能来构建，着眼于干细胞全生命周期的数据跟踪，实现双向性追溯，应从干细胞临床研究全过程进行布局，实现从临床中来到临床中去的闭环管理。