生物藥細胞基因治療行業(yè)研究報告

生物藥細胞基因治療行業(yè)研究報告導(dǎo)語細胞與基因治療是指將外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入靶細胞，以修飾或操縱基因的表達，改變細胞的生物學(xué)特性以達到治療效果的一種新興治療方式。一、細胞與基因治療逐漸成熟，已步入快速發(fā)展通道（一）細胞與基因治療直接作用于遺傳物質(zhì)，臨床應(yīng)用前景廣闊細胞與基因治療是指將外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入靶細胞，以修飾或操縱基因的表達，改變細胞的生物學(xué)特性以達到治療效果的一種新興治療方式。其作用機制主要包括以下三個方面：（1）替換：用正常的基因替換引起疾病的基因；（2）失活：使功能異常的基因失去活性；（3）插入：向體內(nèi)引入一個新的或者經(jīng)過修改過的基因。不同于小分子、抗體類藥物，細胞與基因治療由于可以直接作用于遺傳物質(zhì)，對于很多無法找到成藥靶點的疾病具有較大的應(yīng)用潛力。自20世紀(jì)90年代以來，細胞與基因治療領(lǐng)域的相關(guān)研究呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，此領(lǐng)域的研究關(guān)注度逐漸提升。根據(jù)DrugDiscoveryToday披露，截止2020年7月，全球共開展了2106項細胞與基因治療臨床試驗，其中美國、中國和歐盟的細胞與基因治療臨床試驗數(shù)量占據(jù)了半壁江山。美國政策法規(guī)體系更為完善，促進了基因治療臨床研究的快速發(fā)展。而中國近年來也在逐步完善相關(guān)政策法規(guī)體系，加大科研和臨床投入力度，成為了基因治療臨床試驗的重要孵化地。從適應(yīng)癥來看，腫瘤仍然是基因治療的第一大疾病種類，占比65.2%，各類腫瘤，包括血液、皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、前列腺、胃腸、乳房、肺部和甲狀腺可癌都有臨床試驗在進行中；其次是遺傳性罕見病、心血管疾病和感染性疾病等。盡管細胞與基因治療的概念由來已久，但第一次臨床試驗直到1990年才在NIH開展，用于針對一種罕見的免疫缺陷病的治療，從此細胞與基因治療經(jīng)過了初步興起、黯然沉寂和謹(jǐn)慎復(fù)蘇三個階段。作為一種可以替代傳統(tǒng)療法的新興治療方式，細胞與基因治療在眾多疾病，特別是癌癥、遺傳疾病和傳染病的治療中展現(xiàn)出巨大的潛力，伴隨著技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的不斷發(fā)展，預(yù)計未來獲批產(chǎn)品將迎來進一步增長。截止目前，全球共有19款細胞與基因治療藥物已經(jīng)獲批上市，包括CAR-T療法、干細胞療法、溶瘤病毒療法和基因療法等。第一款基因治療藥物于2003年在中國上市，有兩款藥物Zalmoxis和Glybera已經(jīng)黯然退出市場。CAR-T療法Kymriah、Yescarta和基因療法Zolgensma等自上市以來，銷售額增長可觀，市場滲透率逐步提升，根據(jù)諾華2021年中報披露，Zolgensma在2021年上半年的銷售額更是達到了6.34億美元，同比增長69.07%。據(jù)DrugDiscoveryToday披露，自2017年開始全球細胞與基因治療產(chǎn)品商業(yè)化進程持續(xù)加快，預(yù)測到2022年將有40款細胞與基因治療產(chǎn)品批準(zhǔn)上市。截止目前，中國僅兩款經(jīng)NMPA批準(zhǔn)在售的細胞與基因治療產(chǎn)品，安科瑞和阿吉倫塞注射液均為腫瘤治療藥物。隨著國內(nèi)研發(fā)投入的增加、技術(shù)不斷成熟以及相關(guān)監(jiān)管體系的不斷完善等因素推動下，預(yù)計在未來將有更多的產(chǎn)品進入中國市場。1.細胞與基因治療按形式可分為體外治療和體內(nèi)治療體外治療指從病人體內(nèi)獲得細胞，在體外系統(tǒng)中經(jīng)過基因操縱后再輸回病人體內(nèi)的治療方式。這類治療通常需要一個能遞送基因并且整合進基因組的載體（例如慢病毒載體、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體等），并且依賴于能用來進行一系列細胞操作的先進設(shè)備。體外基因治療主要包括兩大方面，針對T細胞的療法和針對造血干細胞的療法。其中發(fā)展最為成熟的為CAR-T細胞治療，諾華的Kymriah、Kite的Yescarta和Tecartus、Juno的Breyanzi以及Celgene的Abecma近幾年都已獲批上市。國內(nèi)復(fù)興凱特的阿基倫塞注射液也已獲批上市，藥明巨諾的瑞基侖賽注射液預(yù)計將于今年下半年獲批成為第二款國內(nèi)CAR-T療法。體內(nèi)治療指直接在病人體內(nèi)進行基因治療來補償或者抑制缺陷基因。在體內(nèi)治療模式下，遺傳物質(zhì)可直接或者間接地被遞送入體內(nèi)。體內(nèi)治療操作相對簡單，但是對遞送載體的要求更高，需要載體具有組織趨向性、穩(wěn)定的表達能力和較低的免疫原性。2.細胞與基因治療按產(chǎn)品可分為五種類型根據(jù)FDA對于細胞與基因治療產(chǎn)品的分類，細胞與基因治療也可分為質(zhì)粒DNA、病毒載體、細菌載體、基因編輯系統(tǒng)和體外編輯細胞產(chǎn)品。質(zhì)粒DNA：通過基因工程改造過的環(huán)狀DNA分子可以攜帶治療基因，進而導(dǎo)入人體細胞中。病毒載體：由于病毒天生具有能傳遞遺傳物質(zhì)到哺乳細胞中的能力，因此一些基因治療產(chǎn)品由病毒衍生而來。通過修飾可以去掉病毒引起傳染病的能力，使病毒可以被用作載體來攜帶治療基因進入人體細胞中。細菌載體：和病毒類似，細菌也可以通過修飾去掉其能引起感染疾病的能力，然后作為遺傳物質(zhì)的載體將其遞送入細胞中。基因編輯系統(tǒng)：基因編輯系統(tǒng)不同于病毒載體只能介導(dǎo)基因的增補，其能作為一把基因剪刀發(fā)揮強大的功能，包括基因增補、基因刪除、甚至對基因進行精確的校正。體外編輯細胞產(chǎn)品：從病人體內(nèi)獲得細胞，經(jīng)過遺傳修飾后再回輸回病人體內(nèi)的一種治療模式。在癌癥的CAR-T治療中應(yīng)用尤為廣泛。（二）細胞與基因治療遞送載體：腺相關(guān)病毒載體的臨床應(yīng)用最為廣泛細胞與基因治療的載體主要包括病毒和非病毒載體，病毒載體由于其遞送效率高、具有組織特異性、可插入宿主基因組等特性，在藥物研發(fā)中被廣泛使用，約70%細胞與基因治療的臨床試驗使用病毒載體；而非病毒載體具有操作簡單、成本小、免疫原性低等特點，也受到越來越多的關(guān)注。1.病毒載體仍是細胞與基因治療主流遞送載體逆轉(zhuǎn)錄病毒載體、腺病毒載體、慢病毒載體和腺相關(guān)病毒載體是目前臨床上使用最多的病毒載體，其中逆轉(zhuǎn)錄病毒載體、慢病毒載體由于能整合進宿主細胞基因組這一特性，常用于體外細胞與基因治療中將目的基因?qū)敫杉毎騎細胞中，實現(xiàn)基因的長期表達；腺相關(guān)病毒載體和腺病毒載體則常用于體內(nèi)細胞與基因治療，降低外源基因整合的風(fēng)險。逆轉(zhuǎn)錄病毒載體：逆轉(zhuǎn)錄病毒為具有囊膜的單鏈RNA病毒，直徑為100～120nm，γ逆轉(zhuǎn)錄病毒載體能整合到宿主細胞基因組中，1990年作為第一個被FDA批準(zhǔn)的病毒載體用于針對ADA-SCID的臨床試驗中。Kitepharma的兩款已上市CAR-T產(chǎn)品均使用逆轉(zhuǎn)錄病毒作為載體。γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組結(jié)構(gòu)簡單，僅含三個編碼蛋白gag（編碼衣殼蛋白），pol（編碼復(fù)制相關(guān)酶）和env（編碼囊膜蛋白）。慢病毒載體：慢病毒載體來源于HIV-1型病毒，也是具有囊膜的單鏈RNA病毒。由于其能感染分裂細胞和非分裂細胞、感染效率高、能整合到宿主基因組中和具有相對較大的裝載容量等優(yōu)勢，在體外細胞和基因治療中被大量使用。FDA已上市的五款CAR-T產(chǎn)品中，Abecma、Breyanzi和Kymriah均使用慢病毒作為載體。目前常用的慢病毒載體包被系統(tǒng)為四質(zhì)粒系統(tǒng)：包含目的基因片段的載體，表達Gag/Pol的載體、表達Rev的載體和包膜載體VSV-G。腺病毒載體：腺病毒載體為非包膜的雙鏈DNA病毒，直徑約70～100nm，不能整合到染色體上。腺病毒載體在機體內(nèi)表達時間較短，并且免疫原性相對較高。目前常用的腺病毒載體亞型為5型和2型。我國目前有兩款已上市的腺病毒載體藥物，深圳賽百諾的重組人P53腺病毒注射液（今又生）和上海三維的重組人5型腺病毒注射液（安柯瑞）。另外，康希諾生物的重組腺病毒載體新冠疫苗也采用5型腺病毒載體。重組腺病毒載體包含兩個質(zhì)粒與一個細胞系：包裝質(zhì)粒、包含目的基因的質(zhì)粒和穩(wěn)定表達E1基因的細胞系（如HEK293）。腺相關(guān)病毒載體：腺相關(guān)病毒載體是一種單鏈DNA病毒，直徑約25nm，是目前被認(rèn)為最安全有效的基因治療載體，單次注射就可以實現(xiàn)目的基因的長期表達。天然的AAV有12種不同的血清型（AAV1-12），每一種AAV血清型具有不同的組織趨向性，可靶向不同的組織。重組AAV為三質(zhì)粒系統(tǒng)：包含目的基因的質(zhì)粒，與復(fù)制和包被有關(guān)的質(zhì)粒和輔助質(zhì)粒。腺相關(guān)病毒載體是全球目前臨床研究和使用得最多的載體。根據(jù)NatureReviewsDrugDiscovery披露，從2003年到2019年，使用AAV作為載體的臨床研究逐年增多，就目前來看，大多數(shù)研究處于臨床早期階段。從臨床試驗來看，AAV主要用于眼部、大腦、肌肉和肝臟疾病的治療中。據(jù)DmitryA.Kuzmin等人對AAV的臨床試驗進行統(tǒng)計分析的結(jié)果，其中，使用得較多的亞型是AAV2，有大約40個關(guān)于AAV2的臨床試驗已經(jīng)完成，其中有4個臨床III期試驗，其余為臨床I、II期試驗，因此AAV2的安全性和有效性得到了較好的驗證。自2015年以來，AAV8和AAV9也逐步成為更多針對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床試驗的選擇。AAV進入細胞的過程依賴于細胞表面糖基化受體識別AAV衣殼蛋白，因此AAV衣殼蛋白決定了其組織靶向的特異性。為了獲得較低免疫原性和特異組織趨向性的載體，行業(yè)發(fā)展的重點在于尋找新的AAV衣殼蛋白，多家公司都已布局該發(fā)現(xiàn)平臺，包括Sarepta、Roche/Spark、諾華/Avexis、武田和CRISPRTherapeutics。AAV進入細胞核之后，絕大多數(shù)情況會以游離的環(huán)狀DNA的形式存在，能在宿主細胞中穩(wěn)定并持續(xù)表達。根據(jù)FDA、EMA披露，目前已經(jīng)有3個基于AAV的基因治療產(chǎn)品獲批上市，其中Glybera于2012年在歐盟上市，使用的血清型為AAV1，但由于其高昂的治療費用，目前已經(jīng)退市。而另外兩個在美國上市的AAV治療產(chǎn)品分別使用了AAV2和AAV9作為載體，分別用于治療眼部疾病和肌肉萎縮癥。2.非病毒載體是基因遞送技術(shù)未來的發(fā)展方向非病毒載體包括裸露DNA，外泌體、聚合物納米顆粒和基于多肽的復(fù)合物等，近來來技術(shù)平臺正在快速發(fā)展，有望在將來替代病毒載體，降低細胞與基因治療藥物開發(fā)成本。（三）CAR-T細胞治療：研發(fā)熱情高漲，成果轉(zhuǎn)化在即CAR-T細胞治療是2013年以來腫瘤免疫治療領(lǐng)域最具突破性的療法，目前已經(jīng)有5款產(chǎn)品成功獲得美國FDA批準(zhǔn)上市，有多款具有潛力的產(chǎn)品也會在近期陸續(xù)推向市場。CAR-T細胞的設(shè)計：CAR主要由三部分組成，胞外識別域為針對腫瘤相關(guān)抗原的單鏈抗體，決定了CAR的特異性和安全性，是CAR-T療法成功的關(guān)鍵，目前臨床上最常用的靶點為CD19，主要用于治療血液腫瘤；胞內(nèi)激活域來自于第一、第二信號受體的胞內(nèi)段，用于激活T細胞；連接胞外域和胞內(nèi)域的跨膜區(qū)和鉸鏈可將胞外刺激轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信號。CAR-T細胞療法已經(jīng)歷五代技術(shù)更迭，第二代CAR仍是當(dāng)前臨床試驗主流。第一代CAR的胞內(nèi)域只含有CD3ζ，治療效果不甚理想。第二代CAR的胞內(nèi)域在第一代的CD3ζ基礎(chǔ)上引入了共刺激受體（CD28或4-1BB）的胞內(nèi)段，具有更強的T細胞增殖能力和持久性，目前臨床上多使用第二代CAR，已獲批的CAR-T療法均采用第二代CAR。據(jù)NatureReviewsCancer數(shù)據(jù)，諾華的Kymriah和Celgene的Abecma使用4-1BB作為共刺激受體，Kite的Yescarta則使用CD28作為共刺激受體。第三代CAR同時引入兩個共刺激受體進一步增強CAR-T細胞的增殖和治療效果，第四代和第五代CAR通過激活或增強下游基因的表達以增強治療效果。CAR-T細胞的治療流程：從病人外周血中分離出T細胞是CAR-T治療的第一步，在體外激活T細胞后，對其進行基因修飾，使T細胞表達相應(yīng)的CAR結(jié)構(gòu)，再在體外擴增培養(yǎng)至一定數(shù)量后，回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。CAR-T細胞將越過MHC呈遞機制，直接識別并消滅腫瘤細胞。在整個治療流程中，對T細胞的基因修飾是CAR-T細胞治療的技術(shù)核心，直接決定了CAR-T的靶向性和有效性；而短時間內(nèi)體外激活T細胞和擴增CAR-T細胞是對技術(shù)工藝挑戰(zhàn)最大的部分。CAR-T治療中存在的兩個主要問題為針對于實體瘤的有效性和治療的安全性：盡管CAR-T在血液腫瘤的治療中取得了很多突破性進展，但是針對實體瘤的治療效果仍然非常有限，因為實體瘤的微環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致回輸?shù)腃AR-T細胞很難到達實體瘤內(nèi)部，限制了其療效的發(fā)揮。另外，細胞因子釋放綜合癥也會出現(xiàn)在CAR-T治療中，這是由于大量激活的T細胞釋放過多的TNF-α，IFN-γ和IL-1、2、6、8等和炎癥相關(guān)的細胞因子，使患者出現(xiàn)發(fā)燒、低血壓、呼吸衰竭等副作用，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致患者死亡。目前FDA已批準(zhǔn)5款CAR-T細胞療法，其中4款療法靶向CD19抗原，1款靶向BCMA抗原，以上5款CAR-T療法均針對血液腫瘤，針對實體瘤的CAR-T細胞療法仍有很長的道路去走。我國CAR-T療法研究進展：我國CAR-T療法臨床試驗的注冊數(shù)目已超越美國，成為臨床研究數(shù)目最多的國家。目前國內(nèi)CAR-T療法的開發(fā)主要依賴于三種模式。（1）合作引進開發(fā)：包括已經(jīng)上市的阿吉倫塞注射液，由KitePharma與上海復(fù)星醫(yī)藥的合資企業(yè)復(fù)星凱特生物科技有限公司開發(fā)；以及瑞吉倫塞注射液由JunoTherapeutics與藥明康德的合資公司藥明巨諾開發(fā)，引進Juno的Breyanzi。（2）國內(nèi)企業(yè)自主開發(fā)：代表公司南京傳奇生物自主研發(fā)的cilta-cel是一款靶向BCMA的療法，有望于今年上市。（3）外企獨立開發(fā)：諾華的CTL-019(tisagenlecleucel)為國內(nèi)獨自開發(fā)，目前正在開展針對侵襲性B細胞非霍奇金淋巴瘤的III期臨床試驗。2021年6月我國批準(zhǔn)了首款CAR-T細胞治療產(chǎn)品阿吉倫塞注射液，復(fù)星凱特于2017年引進自KitePharma的Yescarta。阿吉倫塞注射液同樣靶向CD19，用于治療二線或以上系統(tǒng)性治療后復(fù)發(fā)或難治性大B細胞淋巴瘤，包括彌漫性大B細胞淋巴瘤（DLBCL）非特指型、原發(fā)性縱隔B細胞淋巴瘤（PMBCL）、高級別B細胞淋巴瘤和濾泡淋巴瘤轉(zhuǎn)化的DLBCL。藥明巨諾的瑞吉倫塞位于第二梯隊，于2020年6月申報上市，預(yù)計近期將會獲批。據(jù)金斯瑞生物財報披露，傳奇生物的cilta-cel將在下半年在中國遞交上市申請，并預(yù)計年底將在美國上市。（四）基因編輯技術(shù)助力細胞與基因治療蓬勃發(fā)展不同于已經(jīng)日趨成熟的病毒載體和細胞療法，基因編輯系統(tǒng)向臨床的轉(zhuǎn)化正處于早期階段，目前尚無產(chǎn)品上市，但是多個臨床試驗正在進行中，并且取得了不錯的臨床效果，預(yù)計基因編輯治療在未來十年將迎來更加快速的發(fā)展，也會逐步有產(chǎn)品陸續(xù)上市?；蚓庉嫷哪繕?biāo)在于破壞有害基因的表達，修復(fù)突變基因。1.ZFNs：臨床轉(zhuǎn)化和開發(fā)被壟斷的第一代基因編輯技術(shù)ZFN技術(shù)發(fā)展于1996年，其目的基因特異性識別基于鋅指蛋白，DNA切割依賴于FokI核酸內(nèi)切酶。每個鋅指蛋白可識別并結(jié)合一個特異的三聯(lián)體堿基，通過鋅指蛋白的排列，可實現(xiàn)對DNA序列的靶向性。但是ZFN的研發(fā)成本相對較高，合成較為困難，涉及到蛋白篩選體系，因此技術(shù)開發(fā)和臨床研究發(fā)展緩慢。SangamoTherapeutics具有ZFN的數(shù)個關(guān)鍵專利，幾乎壟斷了ZFN技術(shù)的所有臨床轉(zhuǎn)化和開發(fā)。2.TALEN：臨床應(yīng)用發(fā)展較為滯后的第二代基因編輯技術(shù)TALEN技術(shù)發(fā)展于2011年，工作原理與ZFN基本類似，DNA切割同樣依賴于FokI核酸內(nèi)切酶，但其目的基因特異性識別基于轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物，每兩個氨基酸組合對應(yīng)一個特定的堿基。TALEN的識別技術(shù)相比較于ZFN設(shè)計更加簡便，操作更加靈活，但其高昂的研發(fā)費用仍然在一定程度上阻止了其發(fā)展。3.CRISPR/Cas9：突破性的第三代基因編輯技術(shù)2012年，基于細菌獲得性免疫系統(tǒng)的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)出現(xiàn)并運用于哺乳動物中。CRISPR/Cas9的sgRNA可與基因組上特定序列結(jié)合，招募Cas9核酸內(nèi)切酶并產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂。作為目前最熱門最強大的基因編輯系統(tǒng)，CRISPR/Cas9技術(shù)由于其簡單快捷的設(shè)計和構(gòu)建方法、低廉的成本和較低的脫靶效率，被迅速運用于各類疾病的細胞與基因治療中，為其帶來了革命性的突破，在臨床上極具應(yīng)用潛力。2016年，四川大學(xué)華西醫(yī)院為國際上首個開展CRISPR/Cas9臨床研究（NCT02793856）的機構(gòu)，利用基因編輯技術(shù)在T細胞中敲除PD-1基因治療非小細胞肺癌。2019年，EDIT-101被FDA批準(zhǔn)用于Leber先天性黑蒙癥10型的臨床治療研究中，這是第一個體內(nèi)開展的CRISPR/Cas9臨床試驗。目前為止，在ClinicalTrials有超過30個基于CRISPR/Cas9的細胞與基因治療臨床試驗注冊，其中絕大多數(shù)為針對腫瘤的臨床試驗，也有針對血液和眼部疾病的臨床試驗。中國是目前為止基于CRISPR/Cas9技術(shù)開展臨床試驗最多的國家。新型CRISPR/Cas9技術(shù)：近幾年基因編輯技術(shù)不斷創(chuàng)新，更迭迅速，除了傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9技術(shù)以外，一些新型的基于CRISPR/Cas9的基因編輯技術(shù)也逐步出現(xiàn)，包括CRISPRi，CRISPRa，堿基編輯器和引導(dǎo)編輯等。這些新型編輯技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了CRISPR/Cas9的靈活性和精確性，對未來應(yīng)用提供了新的方向。二、細胞與基因治療行業(yè)國外蓬勃發(fā)展，國內(nèi)乘勢追擊根據(jù)和元生物招股說明書披露，全球細胞與基因治療市場規(guī)模呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢，從2016年至2020年，全球市場規(guī)模從5040萬美元增長到20.75億美元，復(fù)合增長率達71.2%，預(yù)計至2025年，細胞與基因治療市場規(guī)模將達到305.39億美元。2017年以來，中國細胞與基因治療市場規(guī)模仍然較小，只在千萬級別，2017年至2020年市場規(guī)模為1500萬人民幣增長至2380萬人民幣，復(fù)合增長率為12.2%。但隨著我國政策的利好、臨床試驗的廣泛開展和科研技術(shù)的逐步推進，預(yù)計2025年中國細胞與基因治療市場規(guī)模將達到178.85億人民幣。（一）細胞與基因治療臨床管線數(shù)目逐年上升，未來將迎來商業(yè)化熱潮近幾年隨著基礎(chǔ)研究的進步、相關(guān)政策的落地，細胞與基因治療發(fā)展態(tài)勢良好，臨床試驗的數(shù)目呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，腫瘤的治療是這個領(lǐng)域的核心。細胞與基因治療臨床管線的數(shù)目在2020年達到了405個，2017年到2020年的年復(fù)合增長率達28%，遠遠超過了2012年到2017年的12%的水平。其中大部分試驗都集中在臨床I期和II期，只有少部分進入了臨床III期，細胞與基因治療正在從一個新興的治療形式逐漸走向成熟。（二）資本熱情高漲，細胞與基因治療投融資及兼并收購火熱近年來細胞與基因治療行業(yè)的蓬勃發(fā)展吸引了大量資本的流入，風(fēng)險投資、私募股權(quán)、IPO等異常火熱。尤其是2017年FDA批準(zhǔn)Luxturna，Kymriah和Yescarta上市以來，細胞與基因治療市場融資規(guī)模更是快速增長。據(jù)L.E.K.披露，細胞與基因治療融資總額從2017年的約80億美元增長到2020年的約200億美金，大大促進了細胞與基因治療市場的發(fā)展。自2017年以來，細胞與基因治療合作開發(fā)和兼并收購數(shù)目顯著增多。據(jù)DealForma數(shù)據(jù)庫披露，僅2020年就有24起合作開發(fā)項目，總計達112億美元的交易金額。其中，Biogen與Sangamo以27.2億美金對價達成了神經(jīng)疾病基因療法開發(fā)的獨家合作；澳大利亞血制品藥企CSLBehring以20.5億美金與基因治療先驅(qū)uniQure就B型血友病的開發(fā)達成協(xié)議。大型藥企與基因治療技術(shù)公司之間強強聯(lián)手合作開發(fā)的模式將極大地加快細胞與基因治療藥物的開發(fā)和商業(yè)化進程。2019年至2020年總共發(fā)生了9起兼并收購項目，總計達134億美金的交易金額。前有Roche以43億美金收購基因療法領(lǐng)先企業(yè)Spark的全部產(chǎn)品和研發(fā)管線，后有Bayer40億美金收購AAV基因療法領(lǐng)先公司AskBio，布局細胞與基因治療領(lǐng)域。基因療法市場前景廣闊，資本不斷涌入，大型藥企也通過收購、合作開發(fā)、自主研究等形式踏足基因療法，為細胞與基因治療的發(fā)展提供持續(xù)動力，據(jù)McKinsey披露，到2020年2月為止，全球Top20藥企中已有16家布局細胞基因治療研發(fā)管線。（三）中國細胞與基因治療加速布局，市場化進程指日可待中國細胞與基因治療萌芽略落后于美國，1991年開展了國際上第二個基因治療臨床試驗，標(biāo)志著中國基因治療的開端，2003年我國率先批準(zhǔn)了世界上第一款基因治療藥物“今又生”。我國細胞與基因治療行業(yè)經(jīng)過近30年的發(fā)展，已累計成立近500家細胞與基因治療企業(yè)。這些企業(yè)聚焦在藥物研發(fā)領(lǐng)域，并不斷取得較大的突破。國內(nèi)孕育了一批細胞與基因治療本土企業(yè)，如針對腫瘤CAR-T治療的南京傳奇、科濟生物、藝妙神州，深耕基因編輯療法的博雅輯因，溶瘤病毒治療領(lǐng)域領(lǐng)先的上海希元、澳元和力等。這些企業(yè)在技術(shù)產(chǎn)品研究和臨床領(lǐng)域都取得較大進步，也在不斷地加速布局規(guī)?；a(chǎn)，中國細胞與基因治療市場化進程指日可待。三、細胞與基因治療工藝化技術(shù)的壁壘和成本控制的關(guān)鍵（一）細胞與基因治療CDMO行業(yè)主要底層工藝路線：質(zhì)粒、病毒載體和細胞工廠細胞與基因治療CDMO能為研發(fā)公司提供從工藝開發(fā)、生產(chǎn)制造到商業(yè)化的端到端全套服務(wù)。其上游主要涉及到試劑、耗材、儀器和設(shè)備的供應(yīng)，下游為基于病毒載體、CAR-T細胞等細胞與基因治療藥物研發(fā)公司。不管是體內(nèi)基因治療還是體外基因治療，相關(guān)CDMO的底層技術(shù)工藝路線主要包含三個方面：質(zhì)粒、病毒載體和細胞工廠。提升這三個方面的工藝開發(fā)技術(shù)、大規(guī)模生產(chǎn)能力，從而更好地進行質(zhì)量控制和成本控制對于CDMO公司的成功至關(guān)重要。（二）質(zhì)粒：細胞與基因治療的關(guān)鍵起始物料和生產(chǎn)的主要成本來源質(zhì)粒具有共價封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是獨立于宿主染色體進行自主復(fù)制的核酸分子。質(zhì)粒常見于原核細菌和真菌中，典型的質(zhì)粒元件包括原核復(fù)制起點、抗性基因、多克隆位點、啟動子、目的基因篩選標(biāo)記和目的基因，細菌質(zhì)粒是細胞與基因治療中最常用的質(zhì)粒載體，用于大量擴增DNA片段、進行基因改造或者直接作為目的基因的導(dǎo)入工具。質(zhì)粒作為絕大部分細胞與基因治療產(chǎn)品的起始物料，其應(yīng)用場景非常廣泛?？勺鳛榧毎c基因治療載體直接作用于人體，也可用作病毒載體生產(chǎn)的原料或者mRNA疫苗生產(chǎn)的模版。盡管質(zhì)粒的工藝生產(chǎn)流程基本一致，但其不同的用途和在不同應(yīng)用場景的質(zhì)量控制要求不同，決定了質(zhì)粒的生產(chǎn)規(guī)模和純度也是成本控制的關(guān)鍵。質(zhì)粒工藝化生產(chǎn)流程包括逐級放大的菌體擴增過程和下游純化過程，細胞與基因治療中最常用的載體AAV和慢病毒的生產(chǎn)都需要質(zhì)粒作為起始材料，因此每年需要大量符合質(zhì)量要求的質(zhì)粒來滿足下游細胞與基因治療的市場需求。質(zhì)粒生產(chǎn)工藝中面臨的最大挑戰(zhàn)是大規(guī)模的生產(chǎn)放大和純化，即要維持高超螺旋結(jié)構(gòu)質(zhì)粒的比例，又要保持高純度，以上兩點無論對于DNA疫苗還是對于下游病毒生產(chǎn)的效率與質(zhì)量（如減少空殼率等）形成重大影響。質(zhì)粒通常在大腸桿菌中發(fā)酵擴增，提高大腸桿菌的生長密度可擴大質(zhì)粒的產(chǎn)量。但細菌密度增加會帶來溶氧不足的問題，不僅會降低質(zhì)粒產(chǎn)量，還會導(dǎo)致質(zhì)粒質(zhì)量下降，具有超螺旋構(gòu)象的質(zhì)粒含量減少，給下游純化工藝帶來困難，也會間接提高生產(chǎn)成本。對大腸桿菌發(fā)酵過程中的溶氧量問題進行優(yōu)化后，可使質(zhì)粒產(chǎn)量提高1至50倍。大腸桿菌的裂解包含化學(xué)方法（堿、洗滌劑、酶、滲透沖擊）和物理方法（加熱、剪切、攪拌、超聲波和凍融），其中堿性裂解是最常用的方法。堿裂解步驟中，pH的控制和適當(dāng)有效的混合是關(guān)鍵，需要在狹窄的pH范圍內(nèi)使基因組DNA發(fā)生不可逆變性且質(zhì)粒雙鏈需要保持完整，大規(guī)模質(zhì)粒生產(chǎn)中，裂解過程往往工藝重復(fù)性差，難以控制；該階段的質(zhì)粒對剪切力非常敏感，質(zhì)粒損失較大，超螺旋也容易丟失，影響產(chǎn)量和質(zhì)量。質(zhì)粒生產(chǎn)過程中常用層析法或色譜法進行純化，不同開發(fā)階段和使用級別對質(zhì)粒的質(zhì)量要求不同。質(zhì)粒純化的目的在于去除宿主DNA、RNA、蛋白和內(nèi)毒素以及非超螺旋的質(zhì)粒變體，以滿足針對目標(biāo)產(chǎn)品的使用要求，純化過程的優(yōu)化可提高質(zhì)粒產(chǎn)量、降低成本。質(zhì)粒作為細胞與基因治療藥品的生產(chǎn)原料，需要對其理化性質(zhì)進行鑒別，確保目的基因序列及整合無誤；作為關(guān)鍵原材料或終產(chǎn)品，需要對其功能進行鑒定和控制；為保證安全性，對內(nèi)毒素、雜菌污染和支原體殘留的鑒別和檢測的周期往往約30天左右，決定著質(zhì)粒生產(chǎn)批次放行的周期；此外，質(zhì)粒因為無法終端滅菌，因此需要全程在封閉且獨立的生產(chǎn)車間進行，且要避免交叉污染，因此自動化、封閉式的系統(tǒng)是未來趨勢。當(dāng)使用高拷貝數(shù)質(zhì)粒、采用優(yōu)化的發(fā)酵工藝可獲得約1-2g/L的質(zhì)粒，但目前行業(yè)內(nèi)絕大部分公司的質(zhì)粒產(chǎn)量不到0.5g/L，工藝優(yōu)化的空間還非常廣闊。質(zhì)粒由于結(jié)構(gòu)簡單，且理化性質(zhì)相似，因此構(gòu)建一個平臺化的生產(chǎn)和純化工藝相對簡單。質(zhì)粒生產(chǎn)周期較短，上游發(fā)酵和下游純化罐裝工藝約需6天，但質(zhì)粒的質(zhì)量控制約需30天（主要對支原體等檢測周期較長），質(zhì)粒生產(chǎn)的年產(chǎn)能可達100批次。綜上，質(zhì)粒生產(chǎn)的工藝優(yōu)化對于提升質(zhì)粒的產(chǎn)量和質(zhì)量具有極大的意義，在大腸桿菌大規(guī)模發(fā)酵、質(zhì)粒的提取和純化工藝上，目前仍然具有非常廣闊的優(yōu)化空間。（三）病毒載體：高昂的生產(chǎn)成本是細胞與基因治療商業(yè)化的痛點1.AAV生產(chǎn)成本的關(guān)鍵在于質(zhì)粒和細胞培養(yǎng)體系HEK293細胞/三質(zhì)粒系統(tǒng)是AAV生產(chǎn)的主流系統(tǒng)：AAV生產(chǎn)系統(tǒng)包括HEK293細胞/三質(zhì)粒系統(tǒng)和依賴于昆蟲桿狀病毒、腺病毒、單純皰疹病毒或痘病毒的包裝系統(tǒng)。以HEK293細胞/三質(zhì)粒系統(tǒng)和昆蟲桿狀病毒系統(tǒng)最為常見，但由于昆蟲桿狀病毒系統(tǒng)的單個細胞生產(chǎn)效率低、病毒活性低等特點，目前業(yè)內(nèi)最主流的還是采用HEK293細胞/三質(zhì)粒生產(chǎn)系統(tǒng)。AAV載體生產(chǎn)成本的控制較為關(guān)鍵。據(jù)NatureReviewsDrugDiscovery披露，目前約有238個基于AAV的細胞與基因治療臨床試驗正在開展，是臨床試驗中使用最多的病毒載體之一。AAV細胞與基因治療產(chǎn)品價格高昂的主要原因在于其工業(yè)化生產(chǎn)的多個方面未得到全面優(yōu)化，如何降低成本、擴大商業(yè)化生產(chǎn)能力是AAV基因治療產(chǎn)業(yè)化的最大難題。我們以AAV的生產(chǎn)工藝過程為基礎(chǔ)，分析AAV載體生產(chǎn)過程中的成本控制關(guān)鍵。質(zhì)粒是AAV生產(chǎn)成本的主要來源：根據(jù)Polyplus公司披露，AAV載體生產(chǎn)過程中，質(zhì)粒約占了生產(chǎn)成本的40-60%，除此以外，細胞和培養(yǎng)基以及血清約占生產(chǎn)成本的20-30%。質(zhì)粒價格約為10-30萬美元/g，質(zhì)粒用量大約為1μg/106個細胞。對于病毒載體生產(chǎn)，每升生物反應(yīng)器大約平均需要0.5mg質(zhì)粒DNA進行瞬時轉(zhuǎn)染細胞，各廠家依據(jù)所用轉(zhuǎn)染試劑的不同，每升生物反應(yīng)器的質(zhì)粒需求量也有所差異。因此優(yōu)化的質(zhì)粒生產(chǎn)工藝（提升產(chǎn)率與質(zhì)量）和減少下游質(zhì)粒的使用量（如開發(fā)效率高的轉(zhuǎn)染試劑）能大幅降低AAV載體生產(chǎn)成本。懸浮培養(yǎng)是AAV生產(chǎn)的未來趨勢：AAV的規(guī)?；a(chǎn)包括貼壁培養(yǎng)體系和懸浮培養(yǎng)體系。傳統(tǒng)的貼壁培養(yǎng)工藝放大難、人力需求高且必須使用血清，達到的細胞密度低，因而產(chǎn)量更低；微載體或片狀載體培養(yǎng)系統(tǒng)在提高細胞產(chǎn)量的同時還能大大減少人力成本，但是最大的缺點在于高效轉(zhuǎn)染難；而懸浮細胞培養(yǎng)技術(shù)能更大程度滿足臨床規(guī)模生產(chǎn)，并且無血清懸浮培養(yǎng)能減少血清的使用，不僅能降低生產(chǎn)成本，還能簡化下游純化技術(shù)（上游生產(chǎn)不需要添加血清）。然而，懸浮培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展的難點在于細胞易成團并且馴化無血清懸浮細胞系的過程比較難，耗時長。然而，基因治療方式從局部給藥拓展到系統(tǒng)性給藥過程中，基于AAV的基因治療藥物治療劑量也將指數(shù)級增加，成本也相應(yīng)的大幅提升，因此開發(fā)生產(chǎn)成本更低的懸浮培養(yǎng)模式代表著未來發(fā)展方向。目前大部分公司正在從貼壁培養(yǎng)技術(shù)過渡到懸浮培養(yǎng)技術(shù)，據(jù)CRB披露，約有65%的公司正在建設(shè)或預(yù)計建設(shè)懸浮細胞病毒載體生產(chǎn)平臺。國內(nèi)宜明細胞的200L無血清AAV制備平臺采用懸浮細胞培養(yǎng)技術(shù)，可制備包括rAAV2、rAAV5、rAAV8和rAAV9等多種符合GMP的AAV血清型，病毒產(chǎn)量可高達1E14vg/L，細胞的密度可達1E7cells/mL。Pall公司EmmanuelleCameau等人于2019年在Cell&GeneTherapyInsights上對不同培養(yǎng)體系下AAV生產(chǎn)成本進行了拆分，懸浮培養(yǎng)體系單劑量的生產(chǎn)成本為11953美元，相比細胞工廠的成本15152美金，降低了20%，質(zhì)粒DNA是生產(chǎn)成本的主要來源之一，成本占比約38%；采用Pall的iCELLis固定床生物反應(yīng)器，能提高細胞濃度和轉(zhuǎn)染效率，大大減少質(zhì)粒用量，因此進一步降低了生產(chǎn)成本，單個劑量的AAV生產(chǎn)成本僅7723美金至9654美金，質(zhì)粒成本占比降低至20%以下。綜上，對培養(yǎng)體系的優(yōu)化對于AAV生產(chǎn)成本的降低至關(guān)重要，培養(yǎng)體系的優(yōu)化方向主要在于增加細胞培養(yǎng)密度、減少質(zhì)粒用量并提高轉(zhuǎn)染效率。高質(zhì)量的轉(zhuǎn)染試劑是AAV生產(chǎn)的核心要素，決定了質(zhì)粒用量、病毒得率和純度：轉(zhuǎn)染試劑在很大程度上決定了質(zhì)粒的用量、病毒得率和純度。大規(guī)模生產(chǎn)上常用的轉(zhuǎn)染方式有兩種，磷酸鈣轉(zhuǎn)染法和PEI轉(zhuǎn)染法（聚乙烯亞胺），賽默飛的LIPO2000（一種脂質(zhì)體）轉(zhuǎn)染效率最高，然而價格昂貴，大規(guī)模生產(chǎn)中使用較少。磷酸鈣轉(zhuǎn)染的優(yōu)點為價格便宜，但缺點為效率非常低，并且誤差很大，很難達到工藝的一致性，因此難以用于臨床級病毒載體的生產(chǎn)。目前主流的方式為PEI轉(zhuǎn)染法，PEI為陽離子聚合物，可以與帶有負(fù)電荷的核酸結(jié)合從而形成復(fù)合體通過內(nèi)吞作用進入細胞中，成本相對較適中。PEI決定了達到高轉(zhuǎn)染效率時所需的質(zhì)粒用量。據(jù)轉(zhuǎn)染試劑供應(yīng)商Polyplus數(shù)據(jù)顯示，PEI轉(zhuǎn)染HEK293細胞時所需質(zhì)粒用量約為1~2.5μg/106個細胞，這決定了病毒生產(chǎn)時需要大量的質(zhì)粒。因此對于PEI的優(yōu)化可以減少質(zhì)粒用量、提供病毒生產(chǎn)效率，從而降低成本。Polyplus的FectoVIR-AAV轉(zhuǎn)染體系使用PEI轉(zhuǎn)染后，使病毒生產(chǎn)中的空殼率有效降低，病毒產(chǎn)量實現(xiàn)提升2至10倍，并且病毒的感染能力也大大提升，同時質(zhì)粒的用量能減少1/3，使得單個批次的生產(chǎn)成本得到大幅降低。AAV生產(chǎn)下游工藝復(fù)雜，整體回收率低：AAV病毒載體生產(chǎn)的下游工藝包括細胞裂解、澄清、核酸酶處理、超濾、色譜柱純化、超濾濃縮、除菌過濾及罐裝等，涉及的工藝復(fù)雜。由于AAV常用于在體的基因治療，因此對純度和濃度的要求都非常高。下游需要有較強的純化能力，用于去除工藝相關(guān)雜質(zhì)和產(chǎn)品相關(guān)雜質(zhì)，特別是空殼病毒。工藝相關(guān)雜質(zhì)如細胞基質(zhì)、細胞培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)基組分等的去除相對容易，可采用核酸酶、超濾和親和層析的方式去除；而產(chǎn)品相關(guān)雜質(zhì)如空殼病毒、聚集體和降解產(chǎn)物等較難去除，特別是空殼病毒，其在患者體內(nèi)不僅會競爭細胞表面有限的受體，而且還有引起過度免疫反應(yīng)的隱患。由于當(dāng)將它們輸注給患者時，一方面會競爭細胞表面有限的受體數(shù)量；另一方面對基因治療無益處，還有可能引起副反應(yīng)。由于空殼病毒和完整病毒僅等電點存在細微差異，因此分離困難，通過高分辨率陰離子交換樹脂可以降低空殼比。為了得到最佳收率和分離效率，不同的AAV血清型需要設(shè)計不同的層析方案。原因在于AAV血清型與陰離子交換填充的結(jié)合特性不同，BenjaminAdams等在BiotechnologyBioengineering對AAV的精制層析進行了研究，指出AAV5需要在偏酸性條件下才能有效地與陰離子交換填料結(jié)合，而AAV8則在偏堿性條件下最佳。所以工藝上難以針對AAV設(shè)計一個平臺化的通用純化方法，從而增加了生產(chǎn)成本。為了達到治療所用的AAV濃度，原液產(chǎn)物通常需要濃縮100倍至10000倍，下游純化也會有部分損失，因此對GMP設(shè)備提出了較大的挑戰(zhàn)。上游工藝獲得的病毒約為1E4-5E5vg/細胞的載體滴度，粗收獲液中的單位體積滴度約為1E10-2E11vg/mL，而AAV的臨床給藥范圍通常為1E12vg/kg/mL-1E14vg/kg/mL，因此產(chǎn)物需要濃縮達100倍至10000倍。AAV的下游整體回收率僅30-40%，還存在很大的優(yōu)化空間，提升下游回收率可大幅增加產(chǎn)量，控制生產(chǎn)成本。系統(tǒng)性給藥方式對AAV的需求量增加，成本更會成為商業(yè)化的一大痛點。根據(jù)NatureReviewsDrugDiscovery的數(shù)據(jù)顯示，從局部眼睛的用藥到肌肉、血液等大范圍、系統(tǒng)性的用藥，其所需病毒載量呈現(xiàn)10至10000倍增長，局部給藥與系統(tǒng)給藥劑量具有數(shù)量級的差異。從支付端來說，直接導(dǎo)致了大范圍系統(tǒng)性給藥的價格的大幅提高，例如針對眼部疾病的Luxturna售價為85萬美金，而肌肉給藥的Zolgensma售價達210萬美金；從成本端來說，未來針對系統(tǒng)性給藥的治療方式，成本和難以滿足的需求更會成為商業(yè)化的一大痛點?？偟膩碚f，作為目前臨床試驗使用最多的病毒載體，AAV的生產(chǎn)成本控制至關(guān)重要，不僅能降低上游CDMO企業(yè)的成本，還能使終端產(chǎn)品價格降低，提升病人用藥的可及性。AAV基因治療產(chǎn)品高昂成本的降低可以從優(yōu)化培養(yǎng)體系、提高質(zhì)粒轉(zhuǎn)染效率、提升下游回收工藝和構(gòu)建通用的AAV純化平臺等方面入手，注重布局以上工藝體系的細胞與基因治療CDMO企業(yè)，必將在行業(yè)中占據(jù)優(yōu)勢地位。2.慢病毒載體的純化是生產(chǎn)工藝中的最大瓶頸慢病毒載體能整合進宿主細胞基因組和不具有組織特異性的特點，使慢病毒載體被廣泛用于體外細胞基因治療中。CAR-T、UCAR-T、CAR-NK和干細胞產(chǎn)品主要使用慢病毒載體。目前常用的第三代慢病毒載體系統(tǒng)由四質(zhì)粒構(gòu)成，其中三個質(zhì)粒為標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)粒，另一個包含目的基因的載體質(zhì)粒為個性化的質(zhì)粒，同AAV一樣，質(zhì)粒也是慢病毒載體生產(chǎn)的一個重要成本來源。第三代載體系統(tǒng)增加了兩個安全特性，一是構(gòu)建自失活的慢病毒載體，二是用異源啟動子序列代替Tat基因，更加安全。懸浮無血清培養(yǎng)逐漸替代貼壁培養(yǎng)體系：慢病毒的懸浮無血清培養(yǎng)已逐步替代傳統(tǒng)的貼壁培養(yǎng)模式，慢病毒貼壁培養(yǎng)的制備需要使用大量進口血清，而這些進口血清價格高昂，是成本中不可忽略的因素，慢病毒懸浮無血清培養(yǎng)可以極大地降低生產(chǎn)成本。另外，貼壁培養(yǎng)中，Cellstack替代細胞工廠也是一個趨勢。慢病毒載體理化性質(zhì)不穩(wěn)定，活性易喪失，回收率低，下游純化工藝是關(guān)鍵：慢病毒載體的上游工藝難以產(chǎn)生差異化，最大的挑戰(zhàn)在于慢病毒載體的純化過程。慢病毒載體由于具有包膜結(jié)構(gòu)，理化性質(zhì)不穩(wěn)定，對剪切力敏感，因此下游工藝中的回收率較低，通常只有10%左右，優(yōu)化后的回收率大概為30-40%，滴度大約為106-108TU/mL，因此對下游純化工藝的開發(fā)和優(yōu)化是慢病毒規(guī)?；a(chǎn)的瓶頸和關(guān)鍵。慢病毒載體生產(chǎn)成本測算：

根據(jù)Ruxandra-MariaComisel等在BiochemicalEngineeringJournal中對五種不同細胞培養(yǎng)體系下慢病毒載體的生產(chǎn)成本（GOG）進行了測算（基于模型假設(shè)），并且基于此對慢病毒載體的生產(chǎn)成本進行拆分，細胞培養(yǎng)體系為10層細胞工廠（CF10）、中空纖維生物反應(yīng)器（HF）、固定床生物反應(yīng)器（FB）、微載體搖擺式生物反應(yīng)器（RMmc）和懸浮培養(yǎng)下的一次性攪拌槽式生物反應(yīng)器（SUB（STR））。不同培養(yǎng)體系下成本測算：SUB、RM和FB可獲得最大程度的規(guī)模效應(yīng)，隨著規(guī)模放大到生產(chǎn)10,000劑量，每劑量的慢病毒生產(chǎn)成本可低至1200美金；CF10和HF難以實現(xiàn)規(guī)?；?yīng)，每劑量的生產(chǎn)成本分別約38000美金和9300美金。因此，懸浮培養(yǎng)、固定床生物反應(yīng)器和微載體對于規(guī)?；a(chǎn)慢病毒載體最為經(jīng)濟，可有效降低生產(chǎn)成本。慢病毒生產(chǎn)成本拆分：假設(shè)慢病毒的年產(chǎn)量為1000劑/年，HF和CF10的上游一次性耗材的成本占比達82%和34%，是生產(chǎn)成本的主要來源；而在規(guī)模化培養(yǎng)體系如RMmc600、SUB500和FB333下，質(zhì)粒和轉(zhuǎn)染試劑花費是生產(chǎn)成本的主要來源，占比約46%、41%和36%。綜上，慢病毒載體生產(chǎn)成本主要來自上游一次性耗材和質(zhì)粒轉(zhuǎn)染體系，發(fā)展規(guī)?；a(chǎn)、開發(fā)不依賴轉(zhuǎn)染系統(tǒng)的穩(wěn)定細胞培養(yǎng)體系是降低成本的關(guān)鍵所在?？偟膩碚f，慢病毒載體由于理化性質(zhì)不穩(wěn)定，回收率低，對下游純化工藝的開發(fā)和優(yōu)化是慢病毒規(guī)?；a(chǎn)的瓶頸和關(guān)鍵。此外，慢病毒載體生產(chǎn)成本主要來自上游一次性耗材和質(zhì)粒轉(zhuǎn)染體系，發(fā)展規(guī)?；a(chǎn)、開發(fā)不依賴轉(zhuǎn)染系統(tǒng)的穩(wěn)定細胞培養(yǎng)體系是降低成本的關(guān)鍵所在。3.逆轉(zhuǎn)錄病毒載體生產(chǎn)技術(shù)門檻高，成本相對更低，轉(zhuǎn)染效率更高逆轉(zhuǎn)錄病毒載體生產(chǎn)技術(shù)門檻高，需要一定的技術(shù)積累，但其發(fā)展比較早，因此工藝生產(chǎn)相對更加完善。逆轉(zhuǎn)錄病毒能通過穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞系進行生產(chǎn)，因此產(chǎn)品質(zhì)量相比慢病毒載體更加穩(wěn)定，工藝放大容易，單個批次生產(chǎn)的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體可供500名病人進行細胞治療。Kite和Brammer公司均采用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體技術(shù)進行基因治療研究，Kite的Yescarta以PG13-CD19-H3穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞系為起始物料。逆轉(zhuǎn)錄病毒的成本更低：相比于慢病毒載體，逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的成本低10倍以上。Novartis的Kymriah采用慢病毒載體進行制備，定價為47.5萬美元，Kite的Yescarta采用逆轉(zhuǎn)錄病毒進行制備，定價為37.3萬美元，相較于Kymriah降低了約21.5%。原因在于慢病毒載體的生產(chǎn)需要毫克級別的質(zhì)粒進行轉(zhuǎn)染，而逆轉(zhuǎn)錄病毒載體僅需微克級別的質(zhì)粒，在大規(guī)模生產(chǎn)上大大節(jié)約了成本。逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染效率更高：逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染效率高，應(yīng)用于細胞治療時相對于慢病毒來說，CAR的陽性率也更高，因此盡管逆轉(zhuǎn)錄病毒的生產(chǎn)工藝門檻高，但從長遠的應(yīng)用和效益來看，逆病毒載體仍然具有很大的優(yōu)勢。逆轉(zhuǎn)錄病毒的插入毒性是其臨床應(yīng)用發(fā)展的障礙。早期的體外細胞與基因治療多采用γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒作為遞送載體，直到在治療一項X連鎖的重癥聯(lián)合免疫缺陷病的臨床試驗中，γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒在9位受試者中造成了4位受試者發(fā)生了T淋巴細胞白血病的嚴(yán)重副反應(yīng)，γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒的安全性再次受到質(zhì)疑，慢病毒載體的臨床使用逐漸增多。盡管兩種載體都能插入到基因組中，但γ-逆轉(zhuǎn)錄病毒載體更傾向于整合到轉(zhuǎn)錄起始位點附近，更容易具有致癌風(fēng)險，加上逆轉(zhuǎn)錄病毒只能感染分裂中的細胞，制約了其臨床應(yīng)用的發(fā)展。4.腺病毒載體生產(chǎn)工藝相對成熟，成本低廉腺病毒載體被廣泛用于溶瘤病毒、腺病毒載體疫苗等，重組腺病毒載體包括二型或五型，以五型最為常用。目前常用的腺病毒包裝體系為AdEasy和AdMAX，均通過穿梭載體將目的基因重組到腺病毒骨架上。由于與腺病毒早期轉(zhuǎn)錄復(fù)制相關(guān)基因E1和E3在包裝系統(tǒng)是缺陷的（E3基因為病毒產(chǎn)生非必須基因），因此腺病毒的包裝需要表達E1的細胞系，生產(chǎn)中常用穩(wěn)定表達E1基因的HEK293細胞作為腺病毒包裝系統(tǒng)。腺病毒載體的構(gòu)建技術(shù)相對更加成熟，并且可以實現(xiàn)大規(guī)模懸浮細胞培養(yǎng)，因此生產(chǎn)成本相對低廉。由于腺病毒可以通過病毒毒液感染細胞的方式來擴大病毒產(chǎn)量，因此相比于需要使用大量pDNA的AAV、慢病毒等病毒載體的生產(chǎn)，其成本非常低。（四）細胞工廠：病毒載體和勞動力是CAR-T細胞療法的成本所在CAR-T細胞的生產(chǎn)包括三個環(huán)節(jié)：病毒載體生產(chǎn)、T細胞分離和激活及CAR-T細胞擴增，主要流程包括采集和分離病人的T細胞；在體外進行T激活，可通過Anti-CD3/CD28單抗及IL-2激活，或者AntiCD3/CD28單抗偶聯(lián)磁珠激活；病毒載體生產(chǎn)，病毒載體主要包括慢病毒載體和逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，目前兩種載體都有使用；CAR轉(zhuǎn)染，病毒載體的轉(zhuǎn)染效率對于CAR的陽性率非常重要，轉(zhuǎn)染效率依賴于病毒狀態(tài)、T細胞狀態(tài)、病毒和T細胞的相互作用和轉(zhuǎn)染后細胞的生長狀態(tài)；CAR-T擴增等。自體CAR-T細胞療法產(chǎn)品面臨諸多挑戰(zhàn)：自體CAR-T細胞由于其起始物料一部分來源于病人本身，因此其生產(chǎn)過程面臨諸多挑戰(zhàn)。CAR-T的開發(fā)周期短，放行檢測時間短，約15-21天需要生產(chǎn)出一批CAR-T細胞，從病人到病人的治療流程Kymriah?(Novartis)約需要21天，KitePharma約需17天，生產(chǎn)周期越短，越有利于為重癥患者爭取寶貴的治療窗口。病人具有多樣性的特征，患者的疾病狀態(tài)和細胞狀態(tài)不盡相同，對于同樣的工藝，其治療之后的反應(yīng)不同，因此難以評估治療效果和工藝一致性，同種異體CAR-T細胞療法（UCAR-T）的開發(fā)有望解決這一難題。工藝過程控制的難度相對較高，CAR-T細胞生產(chǎn)的另一個特點為每批次的生產(chǎn)對應(yīng)一位病人，一次治療約需要陽性CAR-T細胞300-500X106個，對于單次生產(chǎn)來看，其工藝控制難度相對較高，需要具備專業(yè)知識的人員操作。CAR-T細胞療法成本測算：自體細胞CAR-T療法的價格居高不下的原因除了其在目標(biāo)市場良好的治愈潛能外，還在于高昂的制造成本、專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備和人力成本。同種異體細胞治療的制造過程與傳統(tǒng)生物制劑類似，可以建立一個主細胞庫，并使用可放大的技術(shù)進行規(guī)模生產(chǎn)；而自體細胞療法是一種完全不同的制造模式，AdrianaGLopes等人對自體細胞療法的成本進行了測算。該測算下的主要假設(shè)：以自體細胞CD19CAR-T療法為背景，假設(shè)細胞濃度為2×1010cells/L，慢病毒載體的價格為$300/批次（根據(jù)模型假設(shè)，實際價格可能更高）。自體CD19CAR-T細胞療法成本測算：半自動化生產(chǎn)可以實現(xiàn)每批次（每位病人）最低的CoGs，達到$83k，而全自動化的CoGs最高，達到$118k，手動化生產(chǎn)的CoGs介于兩者之間，為$85k。全自動化生產(chǎn)費用最高的原因在于，盡管全自動化使勞動力需求減少，但是由于全自動化目前的年生產(chǎn)批次更少，所以每批次的勞動力成本反而更高，導(dǎo)致總成本有所增加，可通過在生產(chǎn)線中添加并行工作自動化設(shè)備的數(shù)量來突破這一瓶頸。原材料和勞動力是CAR-T細胞生產(chǎn)中最大的成本驅(qū)動因素，分別占比39-50%和32-36%。原材料成本可進一步分解為直接性原材料，培養(yǎng)基和緩沖液及QC，CAR-T細胞生產(chǎn)過程中，QC和直接性原材料成本占了主要部分?？偟膩碚f，勞動力和病毒載體占據(jù)CAR-T細胞療法成本的主要部分，病毒載體和質(zhì)粒是CAR-T生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵物料。四、細胞與基因治療CDMO行業(yè)：有望率先獲益，迎來高速發(fā)展期細胞與基因治療已經(jīng)成為全球最具發(fā)展?jié)摿Φ尼t(yī)藥領(lǐng)域之一，特別是2017年Kymriah、Luxturna、Zolgensma等產(chǎn)品的獲批，更是將這一領(lǐng)域推向了發(fā)展的熱潮。但是細胞與基因治療由于技術(shù)機制復(fù)雜、工藝開發(fā)難度大門檻高、法律法規(guī)監(jiān)管嚴(yán)苛、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗和平臺技術(shù)不足等因素，使得細胞與基因治療行業(yè)對CRO/CDMO的需求相比傳統(tǒng)制藥更高，這一行業(yè)特點加速了細胞與基因治療CDMO的快速崛起。（一）細胞與基因治療CRO/CDMO行業(yè)發(fā)展迎來黃金時期據(jù)弗若斯特沙利文披露，全球細胞與基因治療CRO市場規(guī)模從2016年的3.96億美元增長至2020年7.05億美元，年復(fù)合增長率為15.5%，預(yù)計2025年市場規(guī)模將達到17.41億美元。中國細胞與基因治療CRO市場規(guī)模從2016年的1.7億人民幣增長至2020年的3.1億人民幣，預(yù)計2025年市場規(guī)模將達到12億人民幣。全球細胞與基因治療CDMO行業(yè)市場規(guī)模從2016年的7.67億美元增長至2020年的17.19億美元，年復(fù)合增長率為22.4%。預(yù)計2025年市場規(guī)模將達到78.66億美元，2020年至2025年的年復(fù)合增長率預(yù)計將達到35.5%。中國細胞與基因治療CDMO行業(yè)從2018年至2022年，市場規(guī)模由8.7億人民幣預(yù)計將增長至32.6億人民幣，預(yù)計2027年市場規(guī)模將達到197.4億人民幣。細胞與基因治療CDMO行業(yè)發(fā)展將迎來黃金時期，未來預(yù)計將有更多公司通過并購或者擴張布局這一領(lǐng)域。據(jù)J.P.Morgan統(tǒng)計，傳統(tǒng)生物制劑的外包滲透率為35%，而細胞與基因治療外包滲透率高達65%，這一切得益于CDMO公司契合細胞與基因治療特點的商業(yè)模式。細胞與基因治療具有以下特點：（1）基礎(chǔ)研究和技術(shù)孵化往往源自高校、科研院所和醫(yī)療機構(gòu)，盡管其在基因功能研究、基因編輯技術(shù)和疾病模型等方面具有扎實的背景，但對產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化知之甚少，因此CDMO一體化端到端的服務(wù)成為了細胞與基因治療藥物研發(fā)的加速劑，為科研機構(gòu)所依賴；（2）細胞與基因治療的主要參與者多為初創(chuàng)型技術(shù)公司，盡管近幾年大型藥企也紛紛布局這一領(lǐng)域，但作為高壁壘行業(yè)，細胞與基因治療的工藝化難度大、生產(chǎn)成本高，初創(chuàng)企業(yè)難以對細胞與基因治療工藝和生產(chǎn)平臺布局，因此依賴于CDMO專業(yè)的服務(wù)以降低藥物研發(fā)成本，提高公司研發(fā)效率。（二）細胞與基因治療CDMO行業(yè)增長動力顯著細胞與基因治療藥物研發(fā)投入增多，研發(fā)進程加快。近年來不管是政府還是資本對細胞與基因治療的熱情高漲，不管是基礎(chǔ)研究還是臨床開發(fā)，資金和資本流入明顯增多。另一方面，臨床審批和藥物上市時間縮短，流程加快，對細胞與基因治療的發(fā)展起到了重要的推動作用。臨床前研究和臨床研究增多，臨床研究的增多必將帶來后期藥物上市和生產(chǎn)需求的增多，未來CDMO行業(yè)預(yù)計將會迎來爆發(fā)式增長。據(jù)MolecularTherapy:Methods&ClinicalDevelopment的數(shù)據(jù)顯示，自2017年以來，遞交IND申請的細胞與基因治療項目加速增長。近三個世紀(jì)的發(fā)展也讓細胞與基因和治療臨床推動更加順利，1988年至1998年的IND申請撤回率為97%，平均延續(xù)時間為8.6年；1999年至2008年的撤回率為67%，平均延續(xù)時間為7.5年；而2009年至2019年的撤回率為13%。IND數(shù)量的增多、研發(fā)速度的加快預(yù)示著細胞與基因治療商業(yè)化已開啟，CDMO行業(yè)將引來兌現(xiàn)期。細胞與基因治療研發(fā)成本高，大型制藥公司和中小型科技公司利用專業(yè)的外包團隊降低成本。細胞與基因治療藥物的生產(chǎn)專業(yè)化和技術(shù)化水平高，平臺的搭建需要一定的固定成本的投入，考慮到細胞與基因治療研發(fā)機構(gòu)多為初創(chuàng)公司或大型制藥公司，尚未積累足夠的工藝開發(fā)經(jīng)驗，同時沒有配套的平臺和廠房，借助CDMO從臨床前工藝開發(fā)到商業(yè)化生產(chǎn)的一體化生產(chǎn)服務(wù)，可控制研發(fā)投入。CDMO在細胞與基因治療的滲透率能達到75%的一個主要考量在于54%的細胞與基因治療企業(yè)缺乏GMP級細胞與基因治療產(chǎn)能，以及18%的公司主要從成本角度出發(fā)選擇外包給CDMO公司。藥品上市許可人制度（MAH）優(yōu)化市場結(jié)構(gòu)，促進CDMO行業(yè)發(fā)展。藥品上市許可人制度的正式實施，使藥物研發(fā)機構(gòu)對CDMO的需求得到進一步釋放，CDMO企業(yè)加快對病毒載體和CAR-T等細胞與基因治療生產(chǎn)的布局，目前中國有超過20家細胞與基因治療CDMO企業(yè)，與細胞與基因治療企業(yè)布局相適應(yīng)。細胞與基因治療產(chǎn)能瓶頸迫切需要解決。目前市場上能夠大規(guī)模生產(chǎn)質(zhì)粒DNA和病毒載體的CDMO公司相對較少，限制了細胞與基因治療產(chǎn)能。大多數(shù)具備生產(chǎn)能力的CDMO公司都處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，導(dǎo)致生物制藥公司需要等待較長時間，據(jù)L.E.K.統(tǒng)計，細胞與基因治療CDMO平均等待時間約16個月，成為細胞與基因治療行業(yè)的痛點。另外保守估計未來5年，細胞與基因治療增長的管線和藥物上市會讓接受細胞與基因治療的患者數(shù)量增長20%-25%，產(chǎn)能瓶頸將進一步加劇。針對細胞與基因治療產(chǎn)能不足的情況，各大藥企和CDMO公司也正在積極布局進行產(chǎn)能擴張，試圖打破細胞與基因治療產(chǎn)能瓶頸。盡管如此，據(jù)RootsAnalysis分析，細胞與基因治療載體產(chǎn)能至少需要增加1-2個數(shù)量級未來才能滿足產(chǎn)品需求，未來CDMO產(chǎn)能建設(shè)仍有較大空間。（三）中國CDMO市場具有成本和制度優(yōu)勢外包服務(wù)向具有成本優(yōu)勢的新興市場轉(zhuǎn)移：據(jù)Informa數(shù)據(jù)披露，美國和歐洲的CDMO市場份額從2011年的43.8%和29.1%下降至2017年的41.4%和24.7%，與此同時，中國和印度的CDMO市場份額從2011年的5.9%和5.6%上升至8.9%和7.3%。成本優(yōu)勢、勞動力優(yōu)勢和工程師紅利是促進CDMO業(yè)務(wù)向國內(nèi)新興市場轉(zhuǎn)移的主要因素，未來幾年有望進一步向國內(nèi)傾斜。據(jù)弗若斯特沙利文分析披露，2020年至2025年細胞與基因治療CMO/CDMO復(fù)合年增長率為34.0%，而其中中國的增長最為快速，符合年增長率為51.1%，美國和歐洲CMO/CDMO的復(fù)合年增長率為35.4%和30.6%。新冠疫情所帶來的供需缺口也有望進一步加速CDMO向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。政策利好促進中國CDMO市場的蓬勃發(fā)展：2018年6月國家發(fā)改委聯(lián)合工信部、國家衛(wèi)健委、國家藥監(jiān)局頒布了《關(guān)于組織實施生物醫(yī)藥合同研發(fā)和生產(chǎn)服務(wù)