FDA对IVD的监管框架以及制定NGS检测监管政策的挑战

Jinjie Hu, Ph.D.

本文作者现任Biologics ConsultingGroup, Inc. 资深顾问，12年FDA工作经验，CBER审查委员会主任，IVDMIA评审专家，IVD装置申请CMC/临床前/临床阶段的查首席审查官，尤其擅长IVD、生物药以及血液制品的提交与答复。

FDA对IVD的监管以及NGS产品的监管涉及很多内容，本文涵盖以下几个主题：

1. FDA IVD法规框架介绍

FDA对IVD器械有非常清晰的定义，根据联邦法规第21条（21 CFR）809.3(a)中对IVD器械的定义：“体外诊断产品是指用于诊断疾病或其他情况，包括确定健康状态，以治愈、减轻、治疗或预防疾病或其后遗症的试剂、仪器和系统。这些产品旨在用于人源样本的收集、制备和检查。这些产品是‘联邦食品，药品和化妆品法’（法案）第201（h）部分所定义的器械，也可能是‘公共卫生服务法案’第351条规定的生物制品。”

然而，我们的产品在获批为正式的IVD器械之前，会经过一些过程，这些过程中的产品并不是所谓的IVD器械。例如RUO（researchuse only ）器械是指正处于开发的设计验证即实验室研发阶段，可用于检测去识别的人样本，但仅用于研究目的的器械，不适用于疾病或其他情况的诊断。在这个阶段所积累的数据是非常有价值的。RUO器械的结果不应该报告给临床医生或用于患者护理。产品的标签必须符合21 CFR 809.10 (c)(2)(i)。

另外一种仅用于研究的IUO（investigational use only ）器械，是指正在开发的设计验证即最终临床测试阶段，IUO器械也不适用于疾病或其他疾病的诊断。在研究期间，仅在满足某些要求的情况下，可以将器械的结果报告给临床医生，并用于患者护理。而IUO产品的标签必须符合21 CFR 809.10(c)(2)(ii)。

除此之外，在美国还有一种实验室开发检测（LDT LaboratoryDeveloped Test），LDT是非常复杂的，FDA对其的定义是用于临床用途并在单个实验室内设计、制造和使用的IVD，而一直以来FDA对CLIA认证的临床实验室提供的LDT实施了执法自由裁量权。FDA也有一个团队致力于讨论制定未来如何监管LDT。

几年前，在IVD领域引入了伴随诊断（CDx）的概念，尽管体外诊断检测的结果主要指导临床管理，但大部分IVD器械不作为CDx，CDx与普通IVD的主要区别在于使用CDx对于药物适应症是必不可少的。

2. FDA 许可/批准程序

FDA对IVD的审批主要通过两种途径，分别是510（k）和PMA。510（k）上市前通知是器械上市的重要途径，大多数的Ⅱ类器械需要510（k），每种类型的器械都有一个三字母代码（产品代码），对于没有产品代码的新器械，遵循513（g）方案，上市前通知的目的是使FDA能够确定器械的实质等同性。FDA会基于新器械和等效参比器械的比较结果来许可新器械上市。新器械和等效参比器械应具备相同的预期用途，采用相同的技术，如果技术不同，应能证实技术差异不会引起安全有效性的差异。FDA有90天的时间来审查510(k)的提交。以下几种情况需要510（k）：第一，该器械产品为首次推向市场；第二，对已上市器械进行了重大变更；第三，变更了已上市器械的预期用途。PMA上市前申请是大多数Ⅲ类医疗器械的监管途径，在审查小组中由多学科审查员进行科学和法规审查，在批准前FDA会进行生产地点检查（GMP）和外部检测机构检查（BIMO）。FDA有180天的时间来审查PMA的提交。针对PMA，申办者可以提交预申请，这也是近年来FDA灵活监管的体现。在预申请过程中，申办者有责任向FDA全面阐明其产品，使FDA了解到其设计原理、主要组成、预期用途，甚至是分析性能验证方案等，从而指导申办者如何准备其申请资料。

医疗器械临床研究的实施必须遵循临床试验质量管理规范（GCP）。CFR中用于临床试验监管的法规主要包括：21 CFR 812试验用器械豁免、21CFR 50临床试验中人类受试者的保护、21 CFR56伦理审查委员会、21 CFR 54临床试验机构财务信息的披露以及21 CFR 820 Subpart C质量体系法规的设计控制。这些法规适用于生产商、申办者、研究者以及伦理审查委员会（IRB）。另外，在美国，在人体上应用未获批准的医疗器械进行临床试验需要取得IDE（研究用器械豁免）许可，其监管控制的级别取决于风险级别，依据21 CFR 812.3（m）的定义，如果器械属于重大风险器械（SR），则除IRB批准之外，还需要向FDA申请许可，如果属于非重大风险器械（NSR），则仅需要IRB批准，除非FDA另向申办者进行通知。临床研究中，申办者的职责如下：开展试验前，申办者要向FDA和IRB递交IDE申请以获得批准，选择具有资质的研究者并获得研究者签字的协议。另外，向所有研究者提供相同的方案及其他信息并向有资质的研究者运送和管理研究用器械。试验进行过程中，确保适当的实施和监查包括IRB审查、批准及继续审查，必要时通过补交资料获得IRB和FDA批准，最后，保证充分的记录和报告。而研究者的职责是在开始研究之前，确保IRB和/或FDA批准IDE，遵循研究者协议、研究计划及适用的法规并保护人类受试者，获得知情同意。在试验过程中，采取适当的患者护理和监测，控制和监督器械的使用。最后，公开财务并保证及时和适当的记录和报告。关于FDA对IDE的监管，FDA会在收到IDE申请后的30天内进行回应。最终确定批准、有条件的批准或不予批准。

3. 制定NGS检测监管政策的挑战

NGS能够快速测序人类基因组并鉴定数千种遗传变异，在精准医疗方面具有很好的应用前景，可寄希望于NGS开发出更有针对性的治疗或确定患者对现有治疗的反应更好。正因为有NGS技术，使基因组测序的成本迅速下降，从数十亿美元降至1000美元。然而，基因组学的瓶颈是从测序实验转向分析和解释测序数据。对个体基因组进行测序时，在进行PCR之前要将细胞收集并打断成片段，以制备NGS平台读取所需的文库，由此产生的序列包括数以百万计的“原始读取”，可能高达数千个碱基对，并可能占用几千兆字节的内存。因此，NGS面临的一个巨大挑战是数据分析即有效准确地映射NGS检测产生的数据，而选择合适的算法及其参数来进行基因数据分析是必要的步骤，原始读取必须与参考人类基因组进行比对以进一步分析遗传变异。

针对这一挑战，有两种主要的策略，第一种策略是“seed-andextend”，它从读取中获取短序列，并查找两个序列之间的确切或非确切的匹配；第二种策略是寻找一定数量的编辑操作（插入、缺失和替换）内的序列，并将这些序列与称为q-grams的小读取片段相匹配。至于哪一种算法更适宜，必须在算法的速度和灵敏度之间进行适当的折衷，由于大约50％的人类基因组具有重复的或相似的基因序列，因此对参照基因组的绘制可能是困难和耗时的。

从FDA监管角度，作为奥巴马精准医疗倡议的组成部分，FDA一直在努力为NGS诊断制定监管框架。2014年12月，FDA发表了讨论文件“优化FDA对二代测序诊断检测的监管”。文件中提出了分析标准以确保NGS检测产生准确和可靠的结果，制定了使用充分校准的遗传变异数据库来指导NGS检测结果的临床解释的方法。2015年12月，FDA 发布了一项新的讨论文件“制定NGS检测的分析标准”，提出了可能的方法来确保基于NGS检测的有效性。一种是设计概念标准方法，研发人员基于设计的原理和性能的需求对检测进行验证，从而开发出满足用户需求的检测，其性能特征可确保产生正确的临床解释。另一种是性能标准方法，即研发人员为了验证NGS诊断，必须进行单独的性能评估研究并且满足具体的性能标准。早期的反馈表明更多人支持设计概念标准方法，而最终两种方法的结合得到了专家组的赞同。另外，监管过程中还需要解决命名的问题，需要制定一个命名规则以便于在实验室间进行比较，同时有标准来定义NGS检测覆盖的部分基因组。但问题在于由谁进行确认以及进行何种类型的确认，另外，定义覆盖的基因组将如何影响各检测的指标。因此，建议NGS开发者将内部验证公开，以便更好的交流各检测的优点和缺点，并提供有效性的保证。

基于NGS的检测是一个系统，包括从采集标本到获得临床结果的所有过程，因此FDA将其作为完整的系统进行管理。同时该类检测系统还有以下特点：第一，可以对患者或感染的病原体基因组进行测序；第二，可用于多种样本，例如血液、粪便或尿液。实际上，每种独特的样本类型可能需要不同的核酸提取过程，不同的文库制备方案，甚至不同的生物信息学算法以产生最终的临床结果。因此，FDA认为这些因素的存在使得不可能进行“简单的分析前准备，生化反应或生物信息学过程”。关于NGS检测传染病，FDA使用“单一系统”的方法，将用于传染性疾病的基于NGS的检测作为Ⅱ类器械进行管理，该系统由五个或六个步骤组成，其中，FDA计划涵盖的步骤包括样本收集、测序样本制备、测序/化学反应过程/数据收集、数据存储/数据分析以及报告，而可能会受到监管的部分是数据库或基因组装（assembly）、基因组注释（annotation）、基因组完成（finishing）。申办者应使用来自微生物遗传序列公共数据库的“alternative comparator”。FDA表示已经开发了一个这样的数据库，称为FDA-ARGOS（FDA监管级微生物序列数据库），为申办者提供“一组经过验证的监管级微生物基因组序列”。在进行任何临床或分析验证研究之前，可在提交前与FDA联系以获得反馈，以讨论由于这一领域的新进展，是否有其他建议可供使用。FDA对NGS的灵活管理还体现在模块化PMA，在获得FDA的同意后，申办者可以提交模块化的PMA，与传统PMA相比，这种模式可以开启早期审查，并在提交临床研究结果之前，消除CMC（Chemistry, Manufacturingand Controls）和分析缺陷。如果检测是伴随诊断，则只有最后一个模块与新药申请（NDA）/生物制品许可申请（BLA）重叠。

4. 伴随诊断产品的开发

伴随诊断（Companion Diagnostics，CDx）是体外诊断的一种，它通过检测特殊药物在特定患者体内的疗效和安全性来指导治疗方案的制定。FDA发布的指导原则和行业指南认为，理想的“药物-诊断”合作开发方案应当是在药物研发早期阶段就共同开发伴随诊断，并同时上市。通常，药物开发方（Rx）希望诊断开发方（Dx）在六个月内开发出可上市的产品，该项检测可以诊断出人群中对开发的药物反应更好的患者，并且在产品开发过程中要遵循药物开发的时间表。而对于Dx来说，现实情况是检测涉及复杂的技术，包括检测试剂、自动或半自动仪器以及软件。并且开发资源有限，从研究到上市通常需要2到10年甚至更长的时间，而市场销售未知，至少需要3到5年才能建立供市场使用的或由医生常规开具的产品。此外，产品的利润低，监管的要求也愈加严格。因此，Rx与Dx以何种方式进行联合开发还需要双方的共同努力探索。

FDA在审查基于NGS的IVD器械时，重点关注以下方面，包括预期用途/适应症、器械描述、分析前准备、分析性能、临床性能、仪器及软件验证、标签和说明书。而对于PMA，在批准前FDA还会进行GMP和BIMO。其中，分析性能主要涉及分析灵敏度、分析特异性、精密性/重复性、样本基质、样本稳定性和试剂稳定性等。虽然已提供证据证明其安全性和有效性，但是仍可能产生错误结果，其中，假阳性结果的可能来源是交叉反应、内源性干扰、现有的医疗条件以及样本污染。而假阴性结果的可能限制原因包括检测限或定量限的限制、基质效应以及外源性物质的干扰。在临床验证方面，需要入组预期用途人群，使用预期的样本类型及检测流程在多临床中心开展试验，验证要有特定的实施方案并选择临床决策的cutoff值。

编译：于婉婷

审校：韩泯