扬帆起航正当时，基因检测与基因治疗的未来与挑战

---

基因治疗通过操作遗传物质来干预疾病的发生、发展或者进程，基因治疗有望从根本上治愈一些现有的常规疗法不能解决的疾病。现阶段基因治疗主要被研究用于治疗癌症、遗传病和传染病等。其中罕见病成为基因治疗行业的又一强大驱动因素，全球罕见病患病总人数已经超过了艾滋病与癌症，但是超过90%的罕见病缺乏有效的治疗手段，罕见病的治疗成为国际难题。基因治疗为罕见病的治愈带来了巨大希望。

未来医疗科技

传统的药物治疗是采取生化反应来杀死人体内有害的病毒、细菌、真菌以及癌细胞，传统的手术治疗是直接切除病变的组织，而基因治疗提供了一种更加的高级方法，生物都拥有遗传物质，可以说生物存在的意义就是遗传物质的延续，基因是生物与自然界的交互方式，基因通过变异来跟上自然环境不断变化的节奏，然而现实中的基因进化是残酷的，因为不符合自然环境的基因将会被淘汰。

生病的本质可以说是人体与周围的环境无法适应，或者是人体自身无法协调，拿癌症来说，在接受了同样的外界刺激之后，每个人得癌症的几率是不同的，在不同物种之间患癌症的几率也是不同，有的生物物种甚至几乎不会患癌症吗，例如裸鼹鼠，迄今为止科学界没有发现一只野生裸鼹鼠患癌症。如果人类能够弄明白其中的机制，或许可以终结癌症。

传统常规的治疗方法针对的是因基因异常而导致的各种症状，基因治疗针对的是疾病的根源——异常的基因本身。

基因治疗的历史沿革

自20世纪70年代基因治疗的概念首次被提出，经过半个多世纪的发展，基因治疗衍生出了新的内涵，例如与免疫技术结合，赋予T细胞抗肿瘤的新功能；跟基因编辑工具结合，精准修复突变的基因，治疗遗传疾病。

2010年是基因治疗历史的分割线，2010年之后基因治疗翻开新纪元，其中一个里程碑事件是2012年荷兰基因治疗公司UniQure的基因治疗药物Glybera在欧盟获批上市。Glybera用于治疗一种极其罕见的脂蛋白酯酶缺乏症，是世界上第一个遗传疾病的基因治疗药物。同时，其一次注射费用125万欧元，也刷新了整个医药领域的价格纪录。

2016年，传统药物巨擘葛兰素史克（GSK）与意大利San Raffaele Telethon基因治疗研究中心合作开发的基因治疗药物Strimvelis再次在欧盟获批，它用于治疗一种罕见的重度联合免疫缺陷症（ADA-SCID），也即著名的“气泡男孩症”。这是一种罕见的先天免疫缺乏症，与一个名为IL2rg的基因发生突变有关，相关基因突变会影响骨髓造血功能，产生不正常的血细胞进而造成免疫缺陷。

2017年底，美国食品药品监督管理局（FDA）批准将Spark Therapeutics公司的Luxturna作为RPE65突变的视网膜疾病的基因治疗药物。Luxturna是美国FDA批准的第一个遗传疾病的基因治疗药物。Glybera、Strimvelis及Luxturna的上市证明，遗传疾病不再是不可治愈的疾病。人类第一次可以通过改变自身的基因治疗疾病。

两种载体

在基因治疗的发展历程中，曾因为缺乏将目的基因高效导入细胞的载体而停滞不前，直到逆转录病毒载体的出现。

基因治疗发展中出现的两次重大危机，也都和载体技术直接关联，一次是因为使用了免疫原性强的腺病毒载体，在病人体内引起了过度的免疫反应导致病人死亡；另一次是由于逆转录病毒整合突变效应激活了原癌基因，导致接受基因治疗的20名病人中5位出现了白血病病征。所以基因治疗的未来必定与载体息息相关。

目前基因治疗最常用的两种载体分别是腺病毒载体（AAV）和慢病毒载体。其中AAV是临床上最常用的载体技术，虽然AAV被认为免疫原性低，但是免疫反应仍然是限制其广泛应用的巨大挑战。60%左右的人群存在针对AAV衣壳蛋白的中和抗体。中和抗体会组织AAV载体进入细胞，并可能引起严重的免疫毒性。免疫反应是AAV载体未来需要克服的最关键的问题。

除了AAV载体，慢病毒载体是目前临床应用最广泛的载体，与AAV不同，慢病毒载体是整合型病毒载体，优点是可以保持非常长的疗效，缺点是整合的同时可能会激活原癌基因，导致癌症。

基因编辑工具的选择很多，递送功能工具十分有限，体内递送主要依赖于AAV载体，利用AAV载体递送基因编辑酶，基因编辑酶将会在体内长时间停留甚至永久性表达，实际上只需要数天的时间基因编辑酶就能完成任务，基因编辑酶在体内的长时间停留表达只会造成不可预测的脱靶风险以及免疫反应，如何保证基因编辑的安全性，是未来基因编辑技术需要在载体上取得的突破。

基因治疗的复杂性是规模化的难题

蛋白质药物是使用成熟的细胞系制造的，一批蛋白质或者单抗是相当均匀一致的，我们可以通过分析整个批次以确定其特性和质量。但是用于基因治疗的病毒载体却不是如此，两到四个质粒必须转染每个细胞，并产生一个结构适合封装转基因并能产生病毒载体的衣壳蛋白。没有稳定的细胞系可以产生同样的病毒载体。每一个细胞都必须被一系列质粒复合物转染才能产生病毒载体。这就导致失败的概率和诱导异质性的程度非常高。

所以改善基因治疗生产的关键是开发一致的、可以扩展的平台，以提高生产产量。低产量问题可以通过改善转染技术和载体设计来解决，以提高细胞系和病毒包装的稳定性。与此同时，更高细胞密度工艺的发展、改进的下游纯化工艺以及更好的关键原料控制将提高生产的质量和产量。

目前实现稳健工业生产的另一个障碍是缺乏快速的分析方法。如果没有快速的检测，完全了解所有相关工艺参数，及其对产品质量属性影响的能力就很有限。这阻碍了稳健工艺的发展。

用速度来突破

许多用于制造基因治疗产品的过程借用了基于贴壁细胞的传统抗体生产过程，导致滴度非常低。许多用于基因治疗的分析方法也都是传统的病毒分析方法。这些检测方法都需要大量的时间。例如：目前的效能、功效和其他特性的检测都是以细胞为基础的，可能需要长达三周的时间。

下游纯化后的感染研究 (TCID50) 对于确认衣壳蛋白结构也很重要，但它们可能需要长达一周的时间。为了开发一个坚实的制药生产工艺，实时检测很重要。为了开发真正优化的流程，并对是否推进一批生产做出有效决策，需要快速得到结果。

缺乏优化的流程和及时的检测是造成基因疗法成本高的巨大因素。使问题更加复杂的是，目前许多分析方法所得的结果是可变的。有些方法的正 / 负差异为 50%。拥有坚实的、接近实时的、易于使用的、可重复的检测方法对基因疗法的进一步发展至关重要。

自动化和数据分析的进步有可能减少分析耗时。完全集成的系统可以在多孔板中制备样品，自动将样品放入仪器中进行分析，然后无缝地将采集到的数据转移到分析软件中，这将简化分析，同时提高一致性和准确性。

临床样本的缺乏

病毒载体生产过程中的滴度低导致了对检测所需样品量的挑战。比如:在一项研究中，赛诺菲发现，用于早期临床试验的标准批次单抗生产了 2003 瓶，其中 664 瓶被用于测试，剩下的 1339 瓶用于临床研究。基因治疗的生产批量要小得多，然而，如果是全身性的治疗，那么需要检测的数量将会更高。

低产量和蛋白浓度仅在 0.01 mg/mL 数量级是一个复杂的挑战，因为还存在分析方法不成熟和对产品了解有限的因素。“低产量就需要有战略性的方法来减少检测量。由于蛋白质浓度低和一般的安全要求，基因疗法的分析需要更加灵敏。

挑战即是机遇

目前中国基因治疗行业尚未形成完善的产业链，多数基因治疗产品应用于实验室开发与临床前、临床申报项目等。从全球来看，病毒载体供需有很大缺口，基因治疗企业需要侧重于采用和实施创新技术放大工艺。

由于基因治疗产品的复杂性，产品外包将成为趋势。一方面，中国细胞和基因疗法热度显现，龙头企业纷纷布局，小型企业大量涌现，但基因治疗研发生产的瓶颈始终存在。药企不仅尚未积累足够的细胞治疗研发经验，同时也没有配套的生产厂房，因此在基因疗法和细胞疗法研发领域，对于利用专业的CDMO团队以降低成本的需求很高。而CDMO不仅具备定制研发能力，同时具备生产能力，能够提供从临床前研 究到商业化生产的一体化服务，可明显缩小研发投入。另一方面，CDMO作为一种新型研发生产外包模式，可提供的服务包括载体选择与优化服务、载体构建和病毒包装服务、质量检测服务、临床阶段小规模生产服务以及后期商业化生产服务。

香港先知基因作为香港领先的基因检测服务机构，多年来整合市场渠道已为众多合作伙伴提供创业机会，汇聚香港各地生物医药行业学术界和基因检测接的顶级机构，分享生物工艺研发、放大、质量和分析等方面的最新研究，共谋产业化发展之路。