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줄기세포치료제 종양원성 평가

가이드라인 (안)

(Considerations in Tumorigenicity Assessment of

Stem Cell Therapy Product) (DRAFT)

2014. 9. (예정)

본 가이드라인은 현재까지의 경험과 과학적 사실에 근거하여 줄기세포치료제 비임상 종양원성 평가에 대한 식품의약품안전처의 최근 입장을 기술하고 있습니다. 이 가이드라에 기술된 사항 중 법령적, 규정적으로 정하고 있는 사항 외에는 식품의약품안전처의 권고사항이며, 이는 새로운 과학적 근거가 있을 경우 개정될 수 있으며 이러한 사항이 있을 경우 식품의약품안전처에 의견을 제시하여 주시기 바랍니다.

※ 본 가이드라인에 대하여 의견이 있는 경우 아래로 문의하시기 바랍니다.

식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 세포유전자치료제과	Tel : 043-719-3537 Fax : 043-719-3530	Email : e.han@korea.kr

목    차

1. 서 론	1

1.1. 도입	1

1.2. 배경	3

2. 개요	4

3. 시험방법	5

3.1. 시험동물의 선택	5

3.2. 동물 수	5

3.3. 투여방법	6

3.3.1. 투여경로	6

3.3.2. 용량 설정 및 투여 횟수	6

3.3.3. 대조군	7

3.4. 관찰	7

3.4.1. 시험기간	7

3.4.2. 종양형성 관련 검사	8

3.4.3. 일반검사	8

4. 평가방법	9

4.1. 시험결과의 판정기준	9

5. 맺음말	9

6. 용어정의	10

7. 참고문헌	12

부록. 종양원성 평가 기준 (표)	13

제‧개정이력	14

줄기세포치료제 종양원성 평가  가이드라인 (안)

1. 서론

1.1. 도입

본 가이드라인의 발간 목적은 줄기세포치료제의 비임상 종양원성 평가시 시험 설계, 결과해석 등에서의 고려사항을 제시하는데 있다.

적용대상은 「생물학적제제 등의 품목허가‧심사 규정」(식품의약품안전처 고시) 제2조 14호에 따른 “세포치료제”로서, ‘줄기세포를 이용한 세포치료제’이다. 여기서의 ‘줄기세포를 이용한 세포치료제’에는 완제품의 주성분이 줄기세포인 경우도 있겠으나, 이 외에 줄기세포에서 분화된 세포가 완제품으로서 미분화된 줄기세포의 혼입가능성으로 인하여 종양원성 평가가 필요한 경우도 포함될 수 있다. 또한 ‘줄기세포를 이용한 세포치료제’로 분류되지는 않으나, 사용된 세포의 특성상 이상증식 등이 예상되어 비임상 종양원성 평가가 필요한 경우에도 본 가이드라인이 적용될 수 있다.

줄기세포치료제 종양원성 평가 자료는 품목허가 신청이나 임상시험계획승인 신청 시 제출되는 자료이다.

품목허가 시 제출자료는「약사법」제31조, 제35조, 제42조 및「의약품 등의 안전에 관한 규칙」제4조, 제8조부터 제12조에 따라 세포치료제의 제조판매(수입)품목허가 및 변경허가를 위한 심사에 관한 세부사항은 「생물학적제제 등의 품목허가‧심사 규정」(식품의약품안전처 고시)에서 정하고 있다. 동 고시 6조에서는 품목(변경)허가 시 제출되는 심사자료의 종류를 정하고 있는데, 세포치료제에 대해서는 “[별표 2] 세포치료제의 제출자료”에서 그 세부사항을 정하고 있다.

줄기세포치료제의 종양원성 평가는 위 “[별표 2] 세포치료제의 제출자료”에서 “주 5. 독성에 관한 자료”의 “라. 발암성시험(종양원성시험)”에 따라 줄기세포, 핵형분석시험 결과 이상이 확인된 세포 등 종양형성 가능성이 있는 세포의 경우 실시하도록 하고 있다. 또한 동 규정에서 종양원성 평가는 면역이 결핍된 동물 등 적절한 동물을 이용하여 종양형성 여부를 충분히 관찰할 수 있는 기간(예; 6개월 정도)을 두어 수행 하도록 정하고 있다.

줄기세포치료제의 종양원성 시험자료는 독성에 관한 자료의 하나로서「생물학적제제 등의 품목허가‧심사 규정」(식품의약품안전처 고시) 제7조에서 정하고 있는 독성에 관한 자료의 요건을 만족시켜야 한다. 이 요건에 따르면 종양원성 시험자료를 포함한 독성에 관한 자료는 「비임상시험관리기준」(식품의약품안전처 고시)에 적합하며, 「의약품등의독성시험기준」(식품의약품안전처 고시)에 부합하거나 시험방법 및 평가기준 등이 과학적․합리적으로 타당한 자료여야 한다.

또한 임상시험계획승인 시 제출되는 자료는「약사법」제34조제7항 및 「의약품 등의 안전에 관한 규칙」제24조에 따라 세포치료제의 임상시험계획승인에 필요한 자료의 작성요령, 범위, 요건 등에 대한 세부사항은 「의약품 임상시험 계획 승인에 관한 규정」(식품의약품안전처 고시)에서 정하고 있다. 동 고시 제4조에서는 임상시험계획 (변경)승인 신청시 안전성·유효성과 관련하여 제출하는 자료의 범위를 정하고 있는데,  [별표 1]에 따라 세포치료제는 특성에 따라 제출자료의 범위를 판단하게 된다.

위의 세포치료제의 특성에 따른 제출자료의 범위는 「생물학적제제 등의 품목허가‧심사 규정」(식품의약품안전처 고시)의 “[별표 2] 세포치료제의 제출자료”를 참고할 수 있다.

1.2. 배경

그동안 줄기세포치료제의 종양원성 평가는 생물의약품 생산에 사용되는 세포기질에 대한 종양원성 평가 시험법이 적용된 경우가 많았다. 이 시험법은 세포기질 자체의 종양형성 가능성을 평가하기 위한 시험법이기 때문에 체내에 투입된 줄기세포치료제의 체내 미세환경에 따른 특성 변화, 종양형성과 관련된 변화 등 줄기세포치료제의 특수성이 반영된 종양원성 평가시험법이 필요하다는 측면에서 이 가이드라인을 제시하게 되었다.

또한, 배아줄기세포유래 세포치료제 등 그 자체의 종양형성 위험성이 높은 세포치료제 개발이 이루어지고 있고, 줄기세포치료제 제조과정이 복잡·다양화 되어가는 경향이 있어 이에 따른 종양발생 위험성을 면밀히 평가해야 하는 경우가 늘어나고 있다. 이에 본 가이드라인에서는 줄기세포치료제 종양원성 평가에 적합한 시험방법이나 관찰기간 등 시험법 설계 시 고려해야할 세부사항을 제시하고자 하였다.

줄기세포치료제의 비임상 종양원성 평가를 주 내용으로 하는 가이드라인은 국내 또는 해외 주요국, 국제기구 등에서 발간된 이력이 없는 것으로 알려져 있다. 다만, 생물의약품 생산에 사용되는 세포(주)의 종양원성 평가에 대해서는 「생물의약품 생산에 사용되는 세포 기질 관리 가이드라인」(식품의약품안전청, 2010)의 “종양형성능 (tumorigenicity) 시험” 부분과, 「Recommendations for the evaluation of animal cell cultures as substrates for the manufacture of biological medicinal products and for the characterization of cell banks」(WHO, 2010), 「Characterization and Qualification of Cell Substrates and Other Biological Materials Used in the Production of Viral Vaccines for Infectious」(FDA, 2010)의  "Tumo(u)rigenicity"에서 그 세부 내용을 참고할 수 있다. 또한, 여기에 기술되지 않은 독성 평가와 관련된 일반적인 사항은 「의약품등의 독성시험기준」(식품의약품안전처 고시) 또는 「의약품등의 독성시험기준 해설서」(식품의약품안전평가원, 2012)의 “발암성시험”을 참고할 수 있다.

2. 개요

줄기세포치료제는 다분화능이라는 세포 자체의 특성, 세포배양, 세포배양 중의 조작 과정 등으로 인하여 종양발생의 위험성이 존재하고 있다. 종양원성에 영향을 미치는 요인으로는 다음과 같으며 이를 종합적으로 고려한 적절한 접근법이 요구된다.

가. 세포종류별로 분화상태의 프로파일(미분화/배아상태부터 최종분화 및 특화된 상태까지)

나. 완제품 제조과정 중 세포조작 정도, 이로 인한 성장프로파일(예, 최소 조작, 배양증식, 성장인자 유무에 따른 배양증식, ex vivo 분화, 세포증식 유무와 함께 ex vivo 유도)

다. 유도된 세포 내에서 발현된 유전자(예, 성장인자)

라. 기 존재하는 무증상 악성종양세포로부터 종양형성을 유도할 개연성

마. 대상 환자 집단, 투여부위

종양원성을 평가하기 위해서는 시험동물을 이용한 in vivo 평가가 기본이 며, in vitro 시험인 핵형분석, 분자세포유전학분석(FISH, CCGH, SNP 등) 등을 통한 유전적 안정성을 평가한 결과가 참고될 수 있다. in vivo 시험은 적절한 동물모델에서 동물세포(analogous animal cells)가 아닌 임상시험용의약품을 사용하여 평가한다. 줄기세포치료제의 in vivo 종양원성 평가를 위한 동물모델을 선택할 때는 줄기세포의 잠재적 종양원성을 확인할 수 있도록 충분한 기간 동안 생존이 가능하고 임상에서의 종양유발 가능성을 예측할 수 있는 모델을 선택하는 것이 중요하다. 이러한 in vivo, in vitro 시험을 통한 종양원성 위해성 평가는 각 제품의 특성을 고려하여 적절한 평가방법에 대해 개별적 접근이 요구되고 있으며, 안전성 확보를 위해 최초 임상시험에 진입하기 전에 수행되는 것이 바람직하다.

3. 시험방법

3.1. 시험동물의 선택

줄기세포치료제의 종양원성 평가는 임상시험용의약품 투여가 원칙임을 고려하여 시험물질이 생착 가능하고 활성도를 나타낼 수 있는 적절한 동물 종을 선택할 필요가 있다. 또한 잠재적 종양형성을 관찰하기 위해 충분한 시간동안 생존이 가능한 동물모델을 선택하는 것이 중요하다. 시험물질이 사람유래 세포이므로 시험물질과 시험동물 사이의 이종거부반응을 피하기 위해서 면역저하(immunocompromised), 면역결핍(immune-deficient), 또는 인간화된(humanized) 설치류나 다른 적합한 시험동물을 선정할 수 있으며, 시험동물에 면역억제제(immunosuppressant)를 투여하는 방법을 고려할 수 있다. 또한, 적절한 질환/손상 모델(disease/injury model)을 선택하는 방법도 고려할 수 있다.

3.2. 동물 수

동물 수를 정할 때는 사용하고자 하는 동물의 시험물질에 대한 감수성, 시험방법 및 검사하고자 하는 항목의 정밀도를 고려해야 한다. 일부 종양의 경우, 오랜 시간에 거쳐 드물게 발생하여 시험기간이 길어질 경우 돌연사 등 시험 과정 중에 소실될 수 있는 동물수를 고려하여야 한다. 또한, 시험 중간시점에서의 생착, 병변 유무, 종양발생의 과정 등의 평가를 위한 중간 도살군이 필요할 경우 추가적인 동물 확보를 고려할 필요가 있다. 따라서 최종 판정시점에 종양원성 결과에 대한 해석(필요할 경우 통계적 분석 포함)이 가능한 동물 수를 사용할 필요가 있다.

3.3. 투여방법

3.3.1. 투여경로

줄기세포치료제는 생체 내 환경에 따라 종양원성이 달라질 수 있으므로, 시험물질은 임상적용 경로와 동일한 경로로 투여하여 임상적으로 분포가 예상되는 부위와 해부학적으로 동일한 부위에 시험물질이 분포되는 것이 중요하다. 기술적으로 유사한 해부학적 부위에 투여하여 시험을 수행하는 것이 불가능할 경우, 미세 환경이 유사한 부위에 투여하여 시험하는 것을 고려할 수 있다. 임상적용경로와 다른 대체 경로로 투여할 때는 그 이유와 대체 투여경로의 타당성 및 시험과정이 시험목적에 부합한다는 과학적 근거가 제시될 필요가 있다. 또한, 임상적용 경로로 투여하는 것이 어려울 경우 대동물을 이용하여 평가하는 것이 고려될 수도 있다.

종양원성 평가 시험에는 적절한 양성대조군을 두고 이에 대한 수용기준(acceptance criteria)을 설정하여 종양원성 평가가 적합하게 이루어졌음을 검증하여야 한다. 다만, 해당 투여경로에 대한 현재 보고된 양성대조군이 없거나 과학적이고 합리적인 수용기준 확립이 어려울 경우, 체내동태 등 과학적인 근거를 바탕으로 대체 투여경로(예. 피하투여) 종양원성 평가를 기본으로 하고 임상 투여 경로의 시험군을 추가하거나 다른 비임상시험과 조합하여 평가하는 방법을 고려할 수 있다. 투여경로에 따른 종양원성 결과 차이가 있을 경우, 이에 대한 적절한 분석과 정당화가 요구될 수 있다.

3.3.2. 용량 설정 및 투여 횟수

줄기세포치료제에 의한 종양원성 결과는 용량 의존적일 수 있으므로 설정한 투여용량 및 횟수에 대한 근거가 제시될 필요가 있다. 이를 설정할 때는 임상에서 투여되는 용량 및 횟수를 고려하여 약물동태학적 사람 노출량 대비 충분히 높은 용량 및 횟수를 포함하도록 설정한다. 통상 투여가능 최대량(MFD; Maximum feasible dose)이 포함된다. 저·중·고용량의 투여용량단계의 설정은 이상병변(예, 이형성(dysplasia), 과형성(hyperplasia)) 등 시험물질 투여에 의한 반응성과 시험물질의 상관관계 해석 등 평가 결과를 사람에게 외삽하여 적용하는데 유용한 정보가 될 수 있다.

3.3.3. 대조군

시험결과는 대조군과 시험군을 비교함으로써 평가되기 때문에 반드시 대조군을 설정하여야 한다. 적절한 양성대조군을 설정하고, 이에 대한 수용기준이 제시되어야 한다(예, 피하투여의 경우, 양성대조군이 투여된 동물의 90%이상에서 투여물질에 의한 종양발현이 확인됨). 제시된 수용기준은 그 적절성에 대한 타당한 근거가 제출되어야 할 것이다.

양성대조군을 설정할 때는 유사한 세포주인 줄기세포유래 종양형성 세포주를 고려할 수 있다. 배아줄기세포유래 분화된 세포의 종양원성을 평가하는 경우, 분화되지 않은 배아줄기세포를 분화된 세포에 적정 농도로 혼합한 단계적 희석군을 설정하여 각 희석단계의 종양발생 프로파일을 관찰하는 방법을 고려할 수 있다.

음성대조군(부형제 또는 종양 발생 가능성이 있는 물질(예, 성장호르몬)을 세포 배양이나 처리과정에 사용하는 경우 같은 방법으로 처리한 종양원성을 가지지 않는 음성세포 등) 설정은 결과의 해석을 위하여 필요하고, 적절한 형태의 음성대조군을 설정하는 것이 권장된다.

3.4. 관찰

3.4.1. 시험기간

줄기세포의 특성이나 해당 시험에서의 세포 생착기간 등에 따른 종양형성의 속도나 빈도가 제품별로 다를 수 있어 충분한 시험기간이 확보되어야 한다.

3.4.2. 종양형성 관련 검사

종양의 발생과정을 평가하기 위하여 외관관찰이 가능한 경우(예, 피하투여) 주 1회 이상 정량적인 외관 종양 형성 검사(예, 종양 크기 측정)를 수행한다. 종양성 병변이 비가역적인 병변임을 고려하여 최종시점에서 종양관찰을 수행할 수도 있으나, 중간 도살군을 두어 세포의 생착양상 및 가역적 병변(주로 과형성) 등 종양 발생과 연관이 있는 징후를 분석하는 것이 권장된다.

발생된 종양병변을 평가하기 위한 병리학적 검사는 상세한 육안 부검 및 조직병리학적 검사가 실시되어야 하며, 종양의 발생학적 기원을 염두에 둔 종양의 조직학적 분류 및 기타사항(크기, 형태, 유래 등)을 평가할 필요가 있다. 종양원성 평가를 위한 부검은 「의약품등의 독성시험기준 해설서」(식품의약품안전평가원, 2012)의 "발암성시험"의 "부검"의 내용을 참고할 수 있다. 종양의 전이를 분석하기 위해서는 양성대조군을 포함하여 전 장기에 대한 육안적인 병리소견 관찰을 실시하고, 투여부위를 포함한 주요 전이 예상조직에 대한 조직병리학적 검사를 수행하고, 육안적으로 관찰되는 모든 병변 및 결절조직에 대해서 조직병리검사를 수행하여야 한다.

일반 조직병리 검사 외의 종양유래 평가(예. 인간 유래 항체 염색 실험 등)는 종양 기원의 정확한 분석을 위하여 필요할 수 있으며, 양성대조군에서 투여한 물질에 의한 종양임이 명확히 확인되는 경우에는 생략할 수 있다.

3.4.3. 일반검사

일반증상·사망 등 이상 외관 관찰(1회/일), 체중변화, 부검 등은 일반적인 독성시험의 방법에 따라 수행한다. 다만, 종양의 특성에 따라 추가 검사항목(예, 혈액학적 검사)등이 필요할 수 있다.

4. 평가방법

4.1. 시험결과의 판정기준

조직병리 검사, 통계학적 분석 등을 통하여 시험물질에 의한 종양여부를 판정한다.

5. 맺음말

이 가이드라인을 바탕으로 줄기세포치료제의 종양원성에 대한 합리적인 평가 시험법이 개발‧적용되어 줄기세포치료제 비임상 평가가 선진화될 수 있는 초석이 되기를 바란다.

6. 용어정의

다능성(Pluripotent)

초기 세 가지 배엽층으로부터 다양한 종류의 세포로 분화 가능한 상태

미세 환경(Microenvironment (niche))

세포의 성질을 결정함에 있어서 중요한 역할을 하는 영영분이나 성장인자와 같은 분자나 복합인자들이 존재하는 장소

배아줄기세포(Embryonic stem cells)

수정 후 5일 정도 착상 직전의 배아에서 유래되며 초기 세 가지 배엽층으로 발달할 수 있는 미분화 세포

배아줄기세포주(Embryonic stem cell line)

시험관내 조건에서 몇 개월 혹은 몇 년에 이르기까지 미분화 상태로 증식· 배양할 수 있는 배아줄기세포

성체줄기세포(Somatic (adult) stem cells)

자가 재생산과 분화능에 있어 제한된 능력을 가진 다수 기관이나 분화 조직에서 발견되는 미분화 세포

세포기질 (Cell substrate)

생물의약품 제조에 사용되는 세포

세포주 (Cell line)

초대배양세포를 순차적으로 계대 배양하여 만들며, 지정 특성을 갖는 세포

집단으로 세포은행을 만들어 관리할 수 있는 세포

유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cell, iPS)

성체세포로부터 유래된 만능줄기세포

전능성(Totipotent)

수정된 난자의 경우처럼 인체 모든 세포로 분화할 수 있는 상태

종양형성능 (Tumorigenicity)

동물 모델에 접종한 세포 집단이 접종 부위에서 증식하거나 전이에 의해

멀리 떨어진 부위에서 증식하여 종양을 발생시킬 수 있는 능력

중간엽줄기세포(Mesenchymal stromal/stem cells)

골수기질, 제대혈, 지방조직에 존재하며 주로 연골, 지방, 근육세포로 분화할 수 있는 분화능 비조혈계 세포

중복성(Multipotent)

한 종류 이상의 세포로 분화 가능하나 제한적인 상태

7. 참고문헌

식품의약품안전청 가이드라인: 생물의약품 생산에 사용되는 세포기질 관리 가이드라인 (식품의약품안전청, 2010)

의약품등의 독성시험기준 해설서(식품의약품안전평가원, 2012)

줄기세포치료제 심사평가(식품의약품안전평가원, 2010~2013 연구사업)

첨단바이오의약품 심사평가(식품의약품안전평가원, 2014 연구사업)

Alexander M. Bailey. Balancing tissue and tumor formation in regenerative medicine. Sci Transl Med,  4(147), 149fs28 (2012)

Cellular Therapies Derived from Human Embryonic Stem Cells - Considerations for Pre-Clinical Safety Testing and Patient Monitoring (Cellular, Tissue and Gene Therapies Advisory Committee (CTGTAC) Meeting#45, 2008)

EMA, Guidance : Reflection paper on stem cell-based products (2011)

NIH/FDA, Workshop : pluripotent stem cells in translation : preclinical consideration (2012)

US FDA, Guidance for industry : Characterization and qualification of cell substrates and other biological materials used in the production of viral vaccines for infectious disease indications (2010)

US FDA, Guidance for industry : Preclinical assessment of investigational cellular and gene therapy product (2013)

WHO, Guideline: Recommendations for the evaluation of animal cell cultures as substrates for the manufacture of biological medicinal products and for the characterization of cell banks (2010)

부록. 종양원성 평가기준 (표)

시험동물수	- 면역저하·면역결핍 동물 또는 면역억제제 투여 동물 등 (예. SCID 마우스) - 최종시점 해석 가능한 동물 수(예. 군당 10~15마리)
시험물질	- 임상시험용의약품
투여경로·부위	- 임상투여 경로·부위, 또는 (타당한 경우) 피하 투여에 임상 투여 경로 군 추가
용량· 투여횟수	- 투여가능 최대량(MFD) 포함한 약물 동태학적 사람 노출량 대비 충분히 높은 용량 - 임상투여 횟수 또는 단회투여(총 누적용량 이상 포함시)
양성물질	- 시험동물에 종양형성능이 있는 물질 (예. HeLa, 배아줄기세포주 등)
음성물질	- 부형제 또는 음성세포
수용기준	- 투여경로 별로 적절히 제시 (예. 피하투여의 경우 양성대조군 90% 이상 투여물질에 의한 종양발현)
시험기간	- 시험물질에 의한 종양형성을 평가할 수 있는 충분한 기간 (예. 6~12 개월)
종양형성 관련 검사	※ 양성대조군 포함 - 종양 발생과정 평가 (예. 피하투여의 경우 정량평가 주 1회 이상) - 모든 병변, 결절 조직 조직병리검사 (병변, 결절의 조직학적 분류 및 기 타사항(크기, 형태, 유래 등) 평가) - 종양유래 평가 (예. 인간 유래 항체 염색 실험)
종양 전이 평가	※ 양성대조군 포함 - 전 장기에 대한 육안적인 병리 검사 - 투여부위 및 주요 전이 예상조직에 대한 조직병리학적 검사
일반 검사	- 일반증상·사망 등 이상 외관 관찰(1회/일), 체중변화, 부검 등
판정 기준	- 조직병리 검사, 통계학적 분석 등을 통한 판정

제‧개정 이력

줄기세포치료제 종양원성 평가 가이드라인
제․개정번호	승인일자	주요 내용
B1-2014-#-###	2014. 9 (예정)	줄기세포치료제 종양원성 평가 가이드라인 제정 (예정)

줄기세포치료제 종양원성 평가 가이드라인 (안)

발 행 일	2014월 9월 (예정)
발 행 인	바이오생약심사부장 손여원
발행위원
발 행 처	식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 바이오생약심사부 세포유전자치료제과