技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)基因治療行業(yè)發(fā)展

技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)基因治療行業(yè)發(fā)展

技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)基因治療行業(yè)發(fā)展病毒載體技術(shù)成為基因治療藥物創(chuàng)新的核心技術(shù)之一。隨著人們對基因治療藥物臨床試驗(yàn)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(qiáng)靶向性的載體。因此，在載體開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)革新將是基因治療領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重心之一。生產(chǎn)工藝技術(shù)方面，細(xì)胞培養(yǎng)和病毒純化兩大主要環(huán)節(jié)均要求更先進(jìn)的工藝，以克服滾瓶培養(yǎng)面臨的工藝放大慢、細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)以及新的高效層析純化技術(shù)將是未來的發(fā)展趨勢。基因治療行業(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(wù)的CDMO模式逐漸興起，基因治療領(lǐng)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(jiān)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(zhǔn)一種重組腺病毒載體表達(dá)p53治療頭頸癌的基因療法藥物今又生（Gendicine）。今又生被認(rèn)為是第一款商品化的基因治療藥物。2005年SFDA批準(zhǔn)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(rèn)可。此后數(shù)年內(nèi)歐美和中國都無基因治療產(chǎn)品獲批，直至2012年EMA批準(zhǔn)首款基因療法Glybera，開啟基因治療的元年?；蛑委熜袠I(yè)中游中游是基因治療的制藥企業(yè)，包括基因增補(bǔ)，基因編輯兩類藥企?；蛟鲅a(bǔ)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(bǔ)的國內(nèi)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(dǎo)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(qū)，產(chǎn)品審批流程相對滯后。我國目前基因治療領(lǐng)域累計(jì)企業(yè)500+家，絕大部分集中在藥物研發(fā)領(lǐng)域。我國基因治療領(lǐng)域中游藥物研發(fā)企業(yè)近年來不斷實(shí)現(xiàn)突破，如siRNA領(lǐng)域的瑞博生物；基因編輯領(lǐng)域的博雅輯因；溶瘤病毒領(lǐng)域的上海希元、澳元和力等企業(yè)均實(shí)現(xiàn)臨床及產(chǎn)品研究的突破。同時(shí)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(shí)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(gòu)建，重組病毒培養(yǎng)，重組病毒純化（層析&過濾等），質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)涉及多種設(shè)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(shí)間較短，但發(fā)展速度快，企業(yè)創(chuàng)新活躍度不斷加強(qiáng)，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(lǐng)域創(chuàng)新，對產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心把控不強(qiáng)。國內(nèi)企業(yè)在各環(huán)節(jié)上有所側(cè)重，例如主營病毒載體構(gòu)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(xì)胞等。上游的難點(diǎn)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(diǎn)包括：質(zhì)粒是AAV的主要成本來源，如何減少瞬時(shí)轉(zhuǎn)染所需的質(zhì)粒數(shù)量以及提高轉(zhuǎn)染效率；如何提高細(xì)胞培養(yǎng)密度，擴(kuò)大產(chǎn)能。下游（DSP）主要難點(diǎn)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(diǎn)在于USP中存在的空殼病毒（不含有治療基因但會(huì)引起免疫反應(yīng)），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(nèi)具備良好病毒經(jīng)驗(yàn)、工藝背景和豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的復(fù)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(biāo)準(zhǔn)的廠房及設(shè)備。病毒載體生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)需要的各類設(shè)備及試劑耗材，設(shè)備包括生物反應(yīng)器，離心機(jī)，層析柱等，試劑耗材包括質(zhì)粒、培養(yǎng)基、HEK293細(xì)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(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破。然而，病毒載體生產(chǎn)所需的設(shè)備和試劑耗材基本依靠進(jìn)口（這和其他IVD領(lǐng)域以及細(xì)胞治療領(lǐng)域面臨著同樣的難題），成本更為高昂。基因治療行業(yè)市場規(guī)模全球細(xì)胞與基因治療投融資火熱。隨著2017年FDA批準(zhǔn)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(lǐng)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(fù)合年增長率為153%。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)與預(yù)測，2020年全球基因治療市場規(guī)模達(dá)20．8億美元，2016-2020年CAGR為153．3%，預(yù)計(jì)到2025年全球基因治療市場規(guī)模將達(dá)到305．4億美元，2020-2025年CAGR高達(dá)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(fù)合年增長率為12%。預(yù)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(jì)）中國CGT市場復(fù)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(kuò)展適應(yīng)癥。例如，2020年2月，基因治療公司Genprex宣布與匹茲堡大學(xué)達(dá)成一項(xiàng)糖尿病基因治療技術(shù)的獨(dú)家許可協(xié)議，將對胰腺細(xì)胞進(jìn)行重新編程，以恢復(fù)其補(bǔ)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(yù)方式依然是注射胰島素以控制血糖水平。如果這一細(xì)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(lǐng)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(gè)基因缺陷，構(gòu)建合適的載體獲得多個(gè)外源基因的高效轉(zhuǎn)移與表達(dá)將對存在多個(gè)基因缺陷的疾病有重大意義。目前，應(yīng)用最為廣泛的載體當(dāng)屬腺相關(guān)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(guān)注，其相關(guān)研究也取得巨大進(jìn)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(dǎo)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(zhì)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(diǎn)也將成為重要研發(fā)領(lǐng)域。CDMO企業(yè)多樣化的服務(wù)內(nèi)容和積累的基因治療基礎(chǔ)研究與開發(fā)改造經(jīng)驗(yàn)可以為基因治療企業(yè)提供包括細(xì)胞與載體選擇與優(yōu)化服務(wù)、細(xì)胞系與載體構(gòu)建和病毒包裝服務(wù)、質(zhì)量檢測服務(wù)、臨床階段小規(guī)模生產(chǎn)服務(wù)以及后期商業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)，節(jié)省研發(fā)成本和時(shí)間，提高成功率。相關(guān)研發(fā)生產(chǎn)平臺(tái)齊全，可提供多樣化的選擇，并減少藥企試錯(cuò)成本；專業(yè)的QA/QC人員和全過程的嚴(yán)格監(jiān)管，可確保滿足載體生產(chǎn)符合國家GMP質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，一些CGTCDMO公司還可提供一站式新藥臨床試驗(yàn)申請（IND）和新藥上市申請（NDA）等法規(guī)相關(guān)服務(wù)，進(jìn)一步幫助藥企加快研發(fā)進(jìn)度。因此，基因治療產(chǎn)業(yè)發(fā)展將帶動(dòng)CDMO的市場規(guī)模不斷擴(kuò)張?；蛑委煂τ诤币姴『蛺盒阅[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(jìn)基因治療商業(yè)化進(jìn)展。以治療SMA的Zolgensma為例，盡管其價(jià)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(xiǎn)機(jī)構(gòu)Cigna對其全額藥價(jià)覆蓋，2020年銷售額達(dá)到9億美元。面臨高昂價(jià)格的爭議，CGT企業(yè)積極與各國政府及醫(yī)保體系進(jìn)行基于價(jià)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(yù)計(jì)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(xì)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(diǎn)研發(fā)方向。研發(fā)人員在進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)與臨床療效的同時(shí)，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(xì)胞等技術(shù)的逐漸成熟將帶來成本的下降，基因治療將擴(kuò)展應(yīng)用到更多患者治療中。基因治療行業(yè)技術(shù)路徑與機(jī)制基因編輯技術(shù)主要經(jīng)歷了三代發(fā)展，從重組核酸酶介導(dǎo)的技術(shù)向以RNA引導(dǎo)的基因編輯技術(shù)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(shù)是第一代基因組編輯技術(shù)，是由天然DNA轉(zhuǎn)錄因子衍生而來，其功能實(shí)現(xiàn)基于特異性識別DNA的鋅指蛋白（ZFP）和FokI內(nèi)切酶的核酸酶結(jié)構(gòu)域組成。每個(gè)鋅指蛋白可識別3個(gè)堿基序列，研究者可通過鋅指蛋白的排列組合進(jìn)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(dá)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(shù)研發(fā)成本較高、專利壟斷嚴(yán)重，造成以技術(shù)平臺(tái)發(fā)展緩慢，直接導(dǎo)致應(yīng)用和普及的滯后。特別是在第二、第三代基因編輯技術(shù)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(jié)構(gòu)類似但更加靈活和高效的第二代靶向編輯技術(shù)，核心蛋白由AvrBs3蛋白衍生而來。與ZFNs不同的是，該技術(shù)使用兩個(gè)氨基酸組合來識別單個(gè)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(shù)常被細(xì)胞治療平臺(tái)用于體外細(xì)胞堿基的編輯，特別是在嵌合抗原受體T細(xì)胞治療平臺(tái)開發(fā)中?？墒且廊桓甙旱难邪l(fā)費(fèi)用限制該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。CRISPR/Cas技術(shù)是基于原核生物抵御外來病毒及質(zhì)粒DNA的一種適應(yīng)性免疫系統(tǒng)開發(fā)而來的第三代基因編輯技術(shù)。通過人工設(shè)計(jì)的sgRNA（guideRNA）來識別目的基因組序列，并引導(dǎo)Cas蛋白酶進(jìn)行有效切割DNA雙鏈，最終達(dá)到對基因組DNA進(jìn)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(dāng)今最為廣泛使用的基因編輯技術(shù)，CRISPR/Cas平臺(tái)有著ZFNs和TALENs無法匹敵的低價(jià)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(zhuǎn)化。當(dāng)今，CRISPR/Cas技術(shù)廣泛應(yīng)用于體外分子診斷、基因標(biāo)記、單堿基編輯等領(lǐng)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(lǐng)域進(jìn)行大量基于此技術(shù)的臨床試驗(yàn)。CRISPR/Cas作為革命性的基因編輯技術(shù)，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(jià)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(shù)的迭代，促成CRIPSR/Cas技術(shù)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(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。自2012首次應(yīng)用以來，CRIPSR/Cas已然成為基因編輯在科研和臨床應(yīng)用上的不二選擇。除常見的遺傳疾病領(lǐng)域的應(yīng)用，CRISPR/Cas也在其他疾病領(lǐng)域有豐富的在研臨床試驗(yàn)。CRISPR/Cas可編輯線粒體DNA、胚胎和RNA，在表觀遺傳標(biāo)記和基因阻截中也有廣泛應(yīng)用?；蛟鲅a(bǔ)目前的技術(shù)路徑主要通過各類載體的遞送?；蛟鲅a(bǔ)過程主要為將正常功能的基因片段插入到異常的細(xì)胞中。目前基因增補(bǔ)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(zhì)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(jìn)細(xì)胞內(nèi)并進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)錄繼而從基因?qū)用嫫鸬街委熜Ч?；基因增補(bǔ)的技術(shù)難題體現(xiàn)在遞送方