技術創(chuàng)新引領基因治療行業(yè)發(fā)展

技術創(chuàng)新引領基因治療行業(yè)發(fā)展

技術創(chuàng)新引領基因治療行業(yè)發(fā)展病毒載體技術成為基因治療藥物創(chuàng)新的核心技術之一。隨著人們對基因治療藥物臨床試驗的理解加深，越來越多的基因藥物需要更高效、更低毒性和更強靶向性的載體。因此，在載體開發(fā)領域的技術革新將是基因治療領域技術發(fā)展的重心之一。生產(chǎn)工藝技術方面，細胞培養(yǎng)和病毒純化兩大主要環(huán)節(jié)均要求更先進的工藝，以克服滾瓶培養(yǎng)面臨的工藝放大慢、細胞密度低和病毒產(chǎn)量低等困難，適用于大規(guī)模生產(chǎn)的細胞培養(yǎng)技術以及新的高效層析純化技術將是未來的發(fā)展趨勢?；蛑委熜袠I(yè)下游下游是各類罕見病/遺傳病患者。包括2型先天性黑蒙癥（LCA），脊髓性肌肉萎縮癥（SMA），β-地中海貧血（TDT），A/B型血友病，遺傳性視網(wǎng)膜病變等。近年來隨著覆蓋藥品研發(fā)和生產(chǎn)服務的CDMO模式逐漸興起，基因治療領域的CRO/CDMO企業(yè)也逐漸興起，成為協(xié)助基因治療藥物研發(fā)的中堅力量?；蛑委煵糠炙幬锷鲜袣v史2003年中國國家食品藥品管理局（SFDA）批準一種重組腺病毒載體表達p53治療頭頸癌的基因療法藥物今又生（Gendicine）。今又生被認為是第一款商品化的基因治療藥物。2005年SFDA批準用于治療鼻咽癌的第一款溶瘤病毒藥物Oncorine（重組人5型腺病毒注射液H101）。遲疑和懷疑伴隨著Gendicine和Oncorine的使用，但是來自中國的這兩款基因治療藥物仍然獲得世界的認可。此后數(shù)年內歐美和中國都無基因治療產(chǎn)品獲批，直至2012年EMA批準首款基因療法Glybera，開啟基因治療的元年。基因治療行業(yè)中游中游是基因治療的制藥企業(yè)，包括基因增補，基因編輯兩類藥企?；蛟鲅a的國外企業(yè)包括已有產(chǎn)品上市的羅氏（Spark），諾華（AveXis），Orchard（GSK），Bluebird，uniQure等，基因增補的國內企業(yè)包括紐福斯生物，天澤云泰，朗信生物，北京中因，至善唯新，本導基因，輝大基因等?；蚓庉嫷膰馄髽I(yè)包括CRISPR發(fā)明者創(chuàng)立的CRISPR，Intellia，Editas。我國基因治療產(chǎn)業(yè)鏈中游并駕齊驅，產(chǎn)品審批流程相對滯后。我國目前基因治療領域累計企業(yè)500+家，絕大部分集中在藥物研發(fā)領域。我國基因治療領域中游藥物研發(fā)企業(yè)近年來不斷實現(xiàn)突破，如siRNA領域的瑞博生物；基因編輯領域的博雅輯因；溶瘤病毒領域的上海希元、澳元和力等企業(yè)均實現(xiàn)臨床及產(chǎn)品研究的突破。同時對于藥物研發(fā)的規(guī)?；a(chǎn)能力，目前企業(yè)雖加速布局，但整體市場空間尚需時日才能完全釋放?；蛑委熜袠I(yè)上游上游是病毒載體的生產(chǎn)廠商。病毒載體的生產(chǎn)步驟包括：目的基因制備，病毒載體構建，重組病毒培養(yǎng)，重組病毒純化（層析&過濾等），質量控制等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)涉及多種設備及試劑耗材。海外企業(yè)例如賽默飛，思拓凡等基本覆蓋了病毒載體生產(chǎn)的全流程，我國基因治療產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間較短，但發(fā)展速度快，企業(yè)創(chuàng)新活躍度不斷加強，整體產(chǎn)業(yè)鏈完整度不高，目前產(chǎn)品多集中在中游藥物研發(fā)領域創(chuàng)新，對產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心把控不強。國內企業(yè)在各環(huán)節(jié)上有所側重，例如主營病毒載體構建的企業(yè)包括和元生物，藥明生基，金斯瑞，諾唯贊等，重組病毒培養(yǎng)與純化的企業(yè)包括宜明細胞等。上游的難點不僅僅在于基因開發(fā)，病毒載體的生產(chǎn)面臨諸多工藝壁壘及人才壁壘。病毒載體生產(chǎn)的上游（USP）難點包括：質粒是AAV的主要成本來源，如何減少瞬時轉染所需的質粒數(shù)量以及提高轉染效率；如何提高細胞培養(yǎng)密度，擴大產(chǎn)能。下游（DSP）主要難點在層析純化環(huán)節(jié)，目前病毒載體DSP整體收率僅20-30%，難點在于USP中存在的空殼病毒（不含有治療基因但會引起免疫反應），如何降低空殼率。正是由于病毒載體的工藝開發(fā)難度大，國內具備良好病毒經(jīng)驗、工藝背景和豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗的復合型人才極度稀缺。病毒載體的生產(chǎn)有很高的資金壁壘。CGTCDMO需重資產(chǎn)投入（數(shù)億美元），才能建立符合cGMP標準的廠房及設備。病毒載體生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)需要的各類設備及試劑耗材，設備包括生物反應器，離心機，層析柱等，試劑耗材包括質粒、培養(yǎng)基、HEK293細胞等。我國基因治療上游產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)創(chuàng)新較弱，雖有上海和元、北京五加和等基因治療載體研發(fā)企業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新突破。然而，病毒載體生產(chǎn)所需的設備和試劑耗材基本依靠進口（這和其他IVD領域以及細胞治療領域面臨著同樣的難題），成本更為高昂?；蛑委熜袠I(yè)市場規(guī)模全球細胞與基因治療投融資火熱。隨著2017年FDA批準Luxturna，Kymriah和Yescarta以來，CGT行業(yè)的快速發(fā)展吸引著大量資本的流入，據(jù)alliancerm披露，全球CGT領域投融資總額從2014年約50億美元快速增長至2021年的約230億美金。2016年至2020年，全球CGT市場從0．5億美元增長到20．8億美元，復合年增長率為153%。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)與預測，2020年全球基因治療市場規(guī)模達20．8億美元，2016-2020年CAGR為153．3%，預計到2025年全球基因治療市場規(guī)模將達到305．4億美元，2020-2025年CAGR高達71．2%。2016年至2020年，中國CGT市場從0．02億美元增長到0．03億美元，復合年增長率為12%。預測未來中國CGT市場規(guī)模仍保持快速增長趨勢，于2025年整體市場規(guī)模為25．9億美元，2020到2025年（估計）中國CGT市場復合年增長率為276%?；蛑委熜袠I(yè)中國市場未來發(fā)展方向目前，基因治療主要針對罕見病與腫瘤治療。此后，基因治療也將逐漸向其他疾病擴展適應癥。例如，2020年2月，基因治療公司Genprex宣布與匹茲堡大學達成一項糖尿病基因治療技術的獨家許可協(xié)議，將對胰腺細胞進行重新編程，以恢復其補充胰島素的功能，從而治療1型和2型糖尿病。目前糖尿病尚無根治的治療手段，主要干預方式依然是注射胰島素以控制血糖水平。如果這一細胞和基因治療產(chǎn)品能夠研發(fā)成功，將對糖尿病的治療及慢性病領域產(chǎn)生重大影響。隨著基因治療研究的深入，未來的療法將不再局限于處理人類基因組中的單個基因缺陷，構建合適的載體獲得多個外源基因的高效轉移與表達將對存在多個基因缺陷的疾病有重大意義。目前，應用最為廣泛的載體當屬腺相關病毒載體、慢病毒載體等。近年來，溶瘤病毒作為免疫療法的新生力量，引起廣泛關注，其相關研究也取得巨大進展，皰疹病毒、痘病毒、腺病毒成為目前研究較多的溶瘤病毒毒株。隨著基因治療研發(fā)的深入，病毒載體將更為多樣化，不斷提高導入效率以及安全穩(wěn)定性。此外，非病毒載體例如裸露DNA、脂質體、納米載體等因具有成本低、制備簡單、便于大規(guī)模生產(chǎn)、安全性高、外源基因長度不受限制等優(yōu)點也將成為重要研發(fā)領域。CDMO企業(yè)多樣化的服務內容和積累的基因治療基礎研究與開發(fā)改造經(jīng)驗可以為基因治療企業(yè)提供包括細胞與載體選擇與優(yōu)化服務、細胞系與載體構建和病毒包裝服務、質量檢測服務、臨床階段小規(guī)模生產(chǎn)服務以及后期商業(yè)化生產(chǎn)服務，節(jié)省研發(fā)成本和時間，提高成功率。相關研發(fā)生產(chǎn)平臺齊全，可提供多樣化的選擇，并減少藥企試錯成本；專業(yè)的QA/QC人員和全過程的嚴格監(jiān)管，可確保滿足載體生產(chǎn)符合國家GMP質量標準。此外，一些CGTCDMO公司還可提供一站式新藥臨床試驗申請（IND）和新藥上市申請（NDA）等法規(guī)相關服務，進一步幫助藥企加快研發(fā)進度。因此，基因治療產(chǎn)業(yè)發(fā)展將帶動CDMO的市場規(guī)模不斷擴張。基因治療對于罕見病和惡性腫瘤的治療效果以及近年來醫(yī)保對于基因治療支付的積極探索，促進基因治療商業(yè)化進展。以治療SMA的Zolgensma為例，盡管其價格高昂，但在2019年獲批后成為SMA的重磅療法，美國商業(yè)保險機構Cigna對其全額藥價覆蓋，2020年銷售額達到9億美元。面臨高昂價格的爭議，CGT企業(yè)積極與各國政府及醫(yī)保體系進行基于價值的多元化支付模式探索。這些支付模式的探索為CGT商業(yè)化逐步鋪平道路，預計未來對于基因治療多元化的創(chuàng)新支付模式將惠及更多患者?，F(xiàn)已有CGT產(chǎn)品例如CAR-T細胞治療已經(jīng)取得臨床成功，未來有著巨大的市場潛力，將持續(xù)成為熱點研發(fā)方向。研發(fā)人員在進一步優(yōu)化技術與臨床療效的同時，也在降低研發(fā)及治療的成本。未來病毒載體優(yōu)化及生產(chǎn)、CAR-T細胞等技術的逐漸成熟將帶來成本的下降，基因治療將擴展應用到更多患者治療中?；蛑委熜袠I(yè)技術路徑與機制基因編輯技術主要經(jīng)歷了三代發(fā)展，從重組核酸酶介導的技術向以RNA引導的基因編輯技術發(fā)展，成本逐步降低，周期縮短，靶向修飾效率不斷提高。ZFNs技術是第一代基因組編輯技術，是由天然DNA轉錄因子衍生而來，其功能實現(xiàn)基于特異性識別DNA的鋅指蛋白（ZFP）和FokI內切酶的核酸酶結構域組成。每個鋅指蛋白可識別3個堿基序列，研究者可通過鋅指蛋白的排列組合進行不同靶向指定編輯。通常使用的鋅指蛋白篩選手段是噬菌體展示，以達到高通量篩選的目的。從2001年開始，ZFN開始被陸續(xù)用于不同物種的基因編輯。但是由于技術研發(fā)成本較高、專利壟斷嚴重，造成以技術平臺發(fā)展緩慢，直接導致應用和普及的滯后。特別是在第二、第三代基因編輯技術被開發(fā)出來之后，鋅指蛋白的研究和臨床使用頻率大為減少。TALENs是與ZFNs結構類似但更加靈活和高效的第二代靶向編輯技術，核心蛋白由AvrBs3蛋白衍生而來。與ZFNs不同的是，該技術使用兩個氨基酸組合來識別單個堿基序列，從而大大減少ZFNs容易脫靶的問題。得益于其低脫靶率，TALEN技術常被細胞治療平臺用于體外細胞堿基的編輯，特別是在嵌合抗原受體T細胞治療平臺開發(fā)中?？墒且廊桓甙旱难邪l(fā)費用限制該技術的大規(guī)模應用。CRISPR/Cas技術是基于原核生物抵御外來病毒及質粒DNA的一種適應性免疫系統(tǒng)開發(fā)而來的第三代基因編輯技術。通過人工設計的sgRNA（guideRNA）來識別目的基因組序列，并引導Cas蛋白酶進行有效切割DNA雙鏈，最終達到對基因組DNA進行修飾的目的。其中Cas9蛋白和Cpf1蛋白是最為常用的蛋白酶。作為當今最為廣泛使用的基因編輯技術，CRISPR/Cas平臺有著ZFNs和TALENs無法匹敵的低價格、高靈活性、多靶向等優(yōu)勢。這些優(yōu)勢促使該產(chǎn)品從科研到臨床的快速轉化。當今，CRISPR/Cas技術廣泛應用于體外分子診斷、基因標記、單堿基編輯等領域。以CrisprTherapeutics和EditasMedicine為代表的一大批新型醫(yī)藥公司正在傳染病、罕見病癌癥等領域進行大量基于此技術的臨床試驗。CRISPR/Cas作為革命性的基因編輯技術，優(yōu)勢明顯；相較于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的開發(fā)周期更短，成本較低，靶向效率更高：①低廉的開發(fā)價格、較短的開發(fā)周期、簡便的開發(fā)過程加速了基因編輯技術的迭代，促成CRIPSR/Cas技術的廣泛使用。②簡易的多重編輯、高靶向效率使CRIPSR/Cas成為基因工程研究的加速器，為臨床轉化奠定基礎。自2012首次應用以來，CRIPSR/Cas已然成為基因編輯在科研和臨床應用上的不二選擇。除常見的遺傳疾病領域的應用，CRISPR/Cas也在其他疾病領域有豐富的在研臨床試驗。CRISPR/Cas可編輯線粒體DNA、胚胎和RNA，在表觀遺傳標記和基因阻截中也有廣泛應用?；蛟鲅a目前的技術路徑主要通過各類載體的遞送?；蛟鲅a過程主要為將正常功能的基因片段插入到異常的細胞中。目前基因增補手段主要依賴核酸藥物，核酸藥物按照種類又可劃分為DNA藥物（裸質粒等）、RNA藥物[干擾RNA（RNAi）等]及反義寡核苷酸藥物以及重組病毒類藥物，其作用原理是借助一定載體將核酸藥物傳送進細胞內并進行復制轉錄繼而從基因層面起到治療效果；基因增補的技術難題體現(xiàn)在遞送方