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體外培養的細胞如何抵禦病毒

健康 更新时间:2024-06-29 21:04:00

體外培養的細胞如何抵禦病毒(穩定細胞系懸浮培養工藝)1

全文字數:2,459,精讀時間:5分鐘

細胞與基因治療産品給患者帶來了新的治愈希望,但是産品研發與生産成本居高不下,高昂的藥物價格導緻患者用不起藥,制藥企業也難以回收研發成本,陷入惡性循環。降低成本擴大生産是緩解問題的關鍵。

基于穩定細胞系 懸浮培養的慢病毒載體生産技術一方面降低了生産中的各項成本,減少了工藝步驟,使細胞治療藥物開發成本更可負擔,另一方面提升了慢病毒載體的質量,更高效、更高水平地推動細胞與基因治療藥物完成臨床、上市。未來,慢病毒載體生産技術的進步與更疊使細胞治療藥物開發成本更可負擔。

CGT技術以載體為核心,載體工藝開發和質控難度大

載體分為病毒載體和非病毒載體兩大類,目前88%的在研基因治療藥物遞送系統使用病毒載體。但是病毒載體工藝以及大規模GMP生産的難度較高、産能短缺,成為了細胞與基因療法藥物開發的主要瓶頸之一。

穩定細胞系工藝生産慢病毒載體解決病毒載體生産瓶頸

慢病毒作為替代逆轉率病毒的載體,保留了高表達效率和長表達時間的優點,還具備将其基因組整合到非分裂細胞中并進行轉導、感染能力提升等優勢。慢病毒載體生産工藝中,瞬時轉染是主流的轉染方式,瞬時轉染能夠将含目标基因的病毒質粒和多個用于輔助病毒生成的質粒遞送給細胞(主要指HEK293細胞),質粒外源基因在細胞内發生轉錄翻譯,得到少量的蛋白,導入的核酸僅在細胞中存在一段有限的時間,沒有整合到基因組中,外源基因随着細胞的生長分裂逐漸丢失。

瞬時轉染操作相對簡單,可以在較短時間内生産病毒載體,但是轉染過程中需要加入成本昂貴的質粒,質粒與細胞的結合具有随機性,引入了批間差的風險,瞬時轉染會由于過量的質粒和殘留的轉染試劑而導緻最終産品的污染風險。瞬時轉染作為實驗室技術,不适合工業化大規模生産需求。通過瞬時轉染293T細胞的方法生産慢病毒載體占據細胞治療生産成本的20%-30%,占據基因治療生産成本的50%以上。

基于穩定細胞系生産慢病毒載體的工藝是将目标基因及病毒包裝基因插入生産細胞系,構建可以穩定表達生産目标病毒的細胞系,當細胞系被擴增到一定數量時,無需轉染就可以直接生産病毒載體。穩定轉染通常是适應懸浮的細胞系,不需要基質附着、生長和生産病毒載體,“穩定細胞株轉染 無血清懸浮生産”工藝是解決慢病毒載體生産困境的有效方式,能夠避免多質粒轉染,且無需使用質粒,簡化了生産步驟,降低了生産成本,滿足大量、長期的生産。

體外培養的細胞如何抵禦病毒(穩定細胞系懸浮培養工藝)2

病毒載體通常是由四至五種蛋白協同包裝出來的有效病毒顆粒,多基因的插入策略以及篩選方法較為困難。慢病毒載體的包膜基因具有一定的毒性,細胞表達的時候會導緻細胞本身的凋亡,因此很難做到蛋白高表達,而穩定細胞系需要細胞系存活且傳代,細胞系的高通量篩選還需要引入自動化體系,以及實現無血清的懸浮工藝。

因此,穩定細胞系的構建以及基于該工藝的慢病毒載體生産在實際的生産平台搭建和商業化應用中存在一定的技術門檻。我國本土企業深研生物研發了首個商業化無需質粒瞬時轉染的慢病毒載體生産系統EuLV,深度優化了基因編輯、分子開關等分子生物學技術,設計并實現了獨有的高通量細胞自動化篩選工作站,并結合了大數據分析、生物信息學等技術,實現商業化生産。EuLV将慢病毒載體的現有生産效率提高100倍,把生産成本降低80%以上,并提高慢病毒載體的質量、增強穩定性、減少批間差。

體外培養的細胞如何抵禦病毒(穩定細胞系懸浮培養工藝)3

慢病毒載體生産系統行業屬于CGT行業的中上遊,不僅包含了上遊的慢病毒載體生産平台,還涉及到中遊的CDMO企業

目前行業中較為突出的慢病毒載體生産服務商有國外的Lonza、Thermo Fisher、Oxford Biomedica、Oxgene(被藥明生基收購)、CCRM,國内的深研生物、蓬勃生物等企業。

Lonza是全球CDMO巨頭,也是全球最大的專用細胞和基因療法制造工廠,全球範圍内合作客戶超過200個、工藝開發項目大于120個,提供基于瞬時轉染和穩定細胞系表達的慢病毒載體生産服務。

Thermo Fisher作為全球知名生物技術和醫療器械公司,通過收購方式不斷擴大自身在病毒載體領域的生産技術和能力,提供基于瞬時轉染和懸浮培養技術的慢病毒載體生産服務。

Oxford Biomedica擁有行業領先的慢病毒載體遞送系統平台,與許多生物醫藥公司建立了廣泛的合作夥伴關系,其中與諾華合作的Kymriah是首個獲得FDA批準的慢病毒載體療法。

Oxgene被藥明生基收購,與藥明康德的CDMO業務相結合,具有較強的競争力。

國内企業中,深研生物的慢病毒生産技術基于穩定細胞系工藝,而蓬勃生物的慢病毒載體生産基于瞬時轉染工藝。通過瞬時轉染技術生産慢病毒載體的應用發展較早,但是基于成本和産量的考慮,慢病毒載體生産服務商也正不斷探索通過穩定細胞系生産慢病毒載體并商業化的方式。

體外培養的細胞如何抵禦病毒(穩定細胞系懸浮培養工藝)4

CGT行業火熱發展,将會帶來更多的慢病毒載體需求

近年來,随着技術的不斷改進,基因治療的安全性和有效性得到提升,在多種遺傳性罕見病,如血友病、腦白質營養不良、杜氏肌營養不良症及先天性黑蒙症等的臨床治療中取得突破成果。此外,CGT臨床試驗應用領域逐漸擴大,對于糖尿病、心血管等慢性疾病以及艾滋病等傳染性疾病的應用也在增加,為這類疾病的治愈帶來希望。CGT最初主要應用于探索針對遺傳性疾病治療,現正廣泛應用于惡性腫瘤、感染性疾病、心血管疾病以及自身免疫性疾病的治療中。

全球及中國在研的基因治療臨床試驗均集中在腫瘤和感染性疾病領域;全球的适應症更為廣泛,中國臨床試驗的治療領域存在進一步擴展的空間。根據美國生物技術創新組織機構(BIO)發布的2011-2020年臨床研發成功率數據,基因治療從臨床Ⅰ期到獲批上市的概率約為10%,CAR-T高于基因治療,約為17%。基因治療從臨床Ⅱ期到獲批上市的概率約為19%,而CAR-T約為39%。對于基因治療和CAR-T從臨床Ⅲ期到獲批上市的概率分别為50%和67%。中國臨床試驗主要處于臨床Ⅰ期階段,CGT的研發尚處于早期;但臨床Ⅲ期的比例相較全球較高,預計在進行的臨床試驗中研發上市成功的比例也會較高,未來中國CGT産品商業化将加速。

需求層面上,中國作為人口大國,罕見病及腫瘤等患病人數衆多,存在大量尚未被滿足的醫療需求。罕見病患者人群巨大的市場需求以及基因治療為這些疾病領域帶來的希望成為了基因治療市場的重要驅動力。

政策層面上,國家對于CGT産業的鼓勵态度十分明确,國家和各級政府持續出台産業鼓勵政策,支持細胞與基因治療行業整體的發展,加強技術平台的建設和新型藥物的研發。

CGT行業火熱發展也帶動了慢病毒載體生産行業的進步。CGT産品研發和生産,将會帶來更多的慢病毒載體需求,因此,如何提高慢病毒載體的生産能力、降低慢病毒載體的生産成本成為重要方向,更高效、低價的慢病毒生産系統也會受到CGT行業中企業和研究機構的更多關注。

未來,慢病毒載體生産系統技術的更疊使細胞治療藥物開發成本更可負擔

細胞與基因治療産品給患者帶來了新的治愈希望,但是産品研發與生産成本居高不下,高昂的藥物價格導緻患者用不起藥,制藥企業也難以回收研發成本,陷入惡性循環。降低成本、擴大生産是緩解問題的關鍵。

基于穩定細胞系 懸浮培養的慢病毒載體生産技術一方面降低了生産中的各項成本,減少了工藝步驟,使細胞治療藥物開發成本更可負擔,另一方面提升了慢病毒載體的質量,更高效、更高水平地推動細胞與基因治療藥物完成臨床、上市。未來,慢病毒載體生産技術的進步與更疊使細胞治療藥物開發成本更可負擔。

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