行研 | 基因治療產業(yè)化成敗之得病毒者得天下
基因治療是指將外源正常基因導入靶細胞，以糾正或補償缺陷和異常基因引起的疾病，能實現治療性蛋白的長期表達和組織特異性表達，無需藥物干預、放療或手術治療，即可從根源上解決傳統(tǒng)療法存在的一系列問題?[1]。并且這一新興的治療方法可針對單基因遺傳病、心血管疾病、免疫缺陷性疾病和癌癥等多種疾病。基因治療包括在體基因治療和離體基因治療（CAR-T等）。2010年以前基因治療處于迂回式發(fā)展，挫折性前進。直到2010之后，隨著基因治療“科學”的進一步成熟，載體安全性和傳遞效率的提升，才最終促成了重大的臨床進展。尤其2016年以來，歐洲藥品管理局（EMA）和美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準了六種基因治療產品（圖一），極大加速了基因治療的發(fā)展。
同時，全球資本市場對基因治療領域投融資及并購異?；馃?，2018年全球基因療法的融資額同比增長了一倍以上（圖二）?[2]。大型生物制藥公司正越來越多地尋求接觸這一新的治療類別，并于2017年開始一系列收購 (圖三)。和如火如荼的歐美基因治療市場相比，我國基因治療產業(yè)（除CAR-T外）的發(fā)展仍處于行業(yè)小量維持、謹慎跟進的狀況，僅有很少的方案進入臨床。據資料顯示，到2019年11月份為止，全球基因治療（除CAR-T外）在ClinicalTrial.gov上注冊的臨床試驗數。中國（48）較美國（198）和歐洲（98）仍有較大差距。病毒載體是基因治療產業(yè)化的主要挑戰(zhàn)
基因治療在歷史上曾出現兩次重大危機，均與載體技術直接相關。一次是由于使用了免疫原性強烈的腺病毒載體，在病人體內引起了過度的免疫反應并最終導致病人的死亡；另外一次由于逆轉錄病毒整合突變效應激活了癌基因，導致接受基因治療的20名病人當中5位出現了白血病病征?[3]。因此，降低病毒載體的免疫原性與隨機插入導致基因突變的風險，開發(fā)和優(yōu)化新型的基因遞送載體系統(tǒng)，將極大地促進基因治療在臨床應用中的進程。從成本考慮，Glybera退市的很重要原因之一為價格昂貴。而制造定制病毒的費用占生物技術公司開發(fā)預算的1/3甚至更多?[2]，因此規(guī)模化的載體生產能力將是降低研發(fā)成本、上市后獲得價格優(yōu)勢的關鍵技術。全球來看，基因療法CDMO行業(yè)獲得病毒平均等待時間為16個月，某些情況下甚至為兩年?[4]。導致病毒產能嚴重不足的原因除了自2017年基因治療首次獲得FDA批準以來的需求激增，更主要的是病毒載體比傳統(tǒng)生物制劑更難制備。同時在可預見的將來，尚未有其他載體可以替代病毒載體在基因治療商業(yè)化中的主導地位。迄今為止有2/3的臨床試驗通過病毒載體進行。用于基因治療的最常用病毒載體包括逆轉錄病毒、腺病毒、腺伴隨病毒（AAV）和慢病毒（圖四），其中AAV是使用最廣泛的（70％的基因療法）。非病毒載體主要通過物理和化學方法來轉染治療性遺傳物質，包括針、基因槍、電穿孔、聲孔效應、磁場轉換、質粒、脂質體、細菌載體和金納米粒子等。但體內轉染效果差以及毒性過大嚴重制約了非病毒載體的臨床轉化。（圖五）屬于重資產行業(yè)，建立符合 cGMP 要求的設施對資本要求很高，前期需要大量資本投入，建設一座新的廠房投資可能高達數億美金。大規(guī)模生產成本包括設備儀器、原材料/消耗品以及人才成本等。儀器設備（生物反應器）現在絕大部分依靠從美國進口，包括默克、賽多利斯、通用電氣、頗爾、艾貝泰等；生產過程中用到的原材料和耗材同樣如此，包括培養(yǎng)基、填料、一次性反應袋、接口管道等。
我們已經逐漸關注到了一些開發(fā)和銷售培養(yǎng)基的國產企業(yè)，而致力于開發(fā)國產填料的企業(yè)則相對較少。所以，國內病毒制造除了在人才成本上有些許優(yōu)勢（高級別人才成本差別不大），和歐美制造商相比在生產成本方面沒有太大優(yōu)勢。
病毒載體的生產是定制的，沒有“one-size-fits-all”的解決方案。載體的選擇取決于目標器官/組織和治療基因片段的大小。業(yè)界正在不斷努力開發(fā)具有改進工藝結果的病毒載體平臺，例如CAP-GT（CEVEC）、LentiVector（Oxford Biomedica）和NAV技術（ Regenxbio）。病毒生產上游的主要挑戰(zhàn)包括：缺乏穩(wěn)定的細胞系供應，現在的細胞系主要靠進口，且有國外專利的保護；優(yōu)化瞬時轉染步驟，以減少所需的質粒DNA和其他昂貴試劑的數量，并提高病毒生產率；培養(yǎng)更高密度的細胞以增加病毒滴度；貼壁細胞通常在滾瓶或細胞工廠中生長，但是這些技術難以擴大規(guī)模（200L規(guī)模即存在挑戰(zhàn)），并且存在交叉污染的風險?[6]。下游的主要挑戰(zhàn)包括：減少初次回收，澄清和純化步驟中病毒顆粒的損失；提高病毒載體產物庫的純度；開發(fā)可擴展的純化過程；減少從生產過程中生產和純化的病毒載體的批次間差異；目前用于純化和拋光步驟的離心色譜法或體積排阻色譜法不易擴大規(guī)模。缺乏具有病毒經驗的訓練有素的人員。疫苗制造是最密切相關的領域，但仍然不盡相同。國內病毒相關人才更為匱乏，需到海外去找，或者從相近的疫苗行業(yè)轉型。需要建立成熟可靠的質量控制、成本及效率控制和 EHS 管理體系。尤其是質量控制，其挑戰(zhàn)在于改進病毒載體配方，使其在低溫和高溫下具有更高的穩(wěn)定性，以及嚴格的無菌產品灌裝線，避免額外的無菌過濾?[6]。國家藥典委在今年6月份發(fā)布的《人用基因治療制品總論》（草案）給企業(yè)質控方面提供了更多的指導。圖七-圖九列舉了美國、歐洲和中國的主要基因治療CDMO公司。主要差異體現在以下方面：1. 國內CDMO成立時間大部分在2015年以后，缺乏技術和經驗上的積累，能夠達到臨床級別病毒生產的只有寥寥幾家。而國外臨床級別的開發(fā)已經趨于成熟，正在朝商業(yè)化大規(guī)模生產發(fā)展，并且近幾年由于行業(yè)產能不足，幾乎所有歐美主要CDMO都增加了產能，預計在未來幾年內將增長約40％?[2]。2.國外基因治療生物科技公司傾向于病毒生產外包，65％臨床階段的基因療法選擇外包（與傳統(tǒng)生物制劑的35％相比）?[2]。國內基因治療公司由于CDMO擴大化工藝水平經驗不足，并且市場還在起步階段，臨床試驗數以及所需病毒量少，以及為了更好的CMC靈活性，更傾向于自建管線生產。3.國外基因治療CDMO專業(yè)度更高，有的專注于質粒生產，有的只專注于AAV或是慢病毒生產，有的只提供質控管理與測試，而國內服務商傾向于提供全流程所有類型病毒的一站式生產服務。圖九：中國主要基因治療CDMO（到2019年11月不完全統(tǒng)計）
綜上所述，現在全球基因治療還處于早期產業(yè)化階段，中國的基因治療在上游的科學創(chuàng)新迅速跟進了，但在病毒制備的工藝和大規(guī)模生產上差距較明顯，需要從知識、技術、人才和資本等各方面的深度投入來逐漸彌補差距。歐美病毒載體制造商巨頭尚不能滿足當地市場以及病毒進出口嚴格的問題，因此國內的基因治療公司需要不斷地進行大額融資來自己解決病毒產能問題。同時，這也為國內的CDMO提供了一定的市場空間。但國內市場處于早期起步階段，市場容量小并且還需要培養(yǎng)，國內基因治療CDMO需要有與歐美CDMO對接合作的能力甚至是拓展國際市場的潛力。
國內基因治療產業(yè)化的差距是否會隨著更多的人才回流而逐漸消失，是否會有一兩家發(fā)展較快的先發(fā)巨頭把能力建設起來形成寡頭壟斷？相信會在未來幾年給出答案。
Reference：[1]? “NEJM最新綜述 | 簡述基因治療的最新臨床研究進展,” 08 2019. [Online].
[2]? “Cell ? & Gene Therapy Deep Dive,” J.P. Morgan, 2019.
[3]? “基因治療：趨勢與風險,” 新華網, 6 5 ? 2019. [Online].
[4]? ?Gina?Kolata, ? “Gene?Therapy?Hits?a?Peculiar ? Roadblock:?A?Virus?Shortage,” The New York Times, 2017.
[5]? Y. H. K. ? M. S. &. D. B. L. Chen, ” Viral vectors for gene transfer,” ? Current Protocols in Mouse Biology, e58. , 2018.
[6]? Q. Shi, ? “Global Gene Therapy Market, CMC Challenge and Trend,” Merck, 2019.
*部分圖片源于網絡，侵刪
藍色彩虹是由華大發(fā)起，服務于全球生命科學與精準醫(yī)療初創(chuàng)公司的孵化與創(chuàng)投平臺，關注在DNA、RNA、蛋白、細胞、組織等多組學尺度上的前沿研究與技術，致力營造全要素支持的創(chuàng)新生態(tài)，提升產業(yè)轉化效能。BGI生命健康加速營由藍色彩虹組織運營，是一個針對生命健康領域天使輪初創(chuàng)公司和創(chuàng)業(yè)團隊打造的加速項目。每年定期全球招募創(chuàng)業(yè)項目，并在六個月營期內，為入營團隊提供種子資金、商業(yè)和技術指導、實驗室及儀器設備等資源和服務，加速團隊成長。在營期結束后，持續(xù)為項目提供后續(xù)相關服務，包括投融資對接、潛在業(yè)務合作機會挖掘等。
本文系作者 @華大集團 授權發(fā)布在 肽度TIMEDOO。未經許可，禁止轉載。
