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文｜火石產業大腦
基因載體(vector) 的作用是運載目的基因進人宿主細胞，使之能得到複製和進行表達。也就是說，離開染色體的外源DNA 不能複製，而插入到複製子(replicon) DNA 的外源DNA 可作為複製子的一部分在受體菌中進行複製，這種複製子就是外源基因的載體，主要應用於細胞與基因治療（CGT）、生物科研、生物製藥、轉基因食品等領域，是分子生物學科尖端技術。
在基因和細胞治療中，使用的載體可以分為病毒載體和非病毒載體；迄今為止，大多數基因療法利用病毒載體來傳遞目標基因。據Samantha L.Ginn綜述文章的統計，在1989-2017年間基因治療的所有臨床試驗中，使用病毒載體的臨床占總數的67.3%。
按照載體導入的宿主細胞類型分類，基因載體主要分為病毒載體和非病毒載體。
來源：《An Analysis Of The Gene Therapy Viral Vector Landscape》
病毒載體和非病毒載體各有優劣，可用於不同目的基因的的遞送。病毒載體具備轉導效率高、靶向特異性的優勢，但也存在插入性致瘤風險、免疫原性高等安全性問題。非病毒載體具有低免疫原型、低成本、易規模化生產等優點，但轉染效率、細胞毒性、靶向性等問題還有待解決。
病毒載體現狀
病毒載體是目前臨床試驗中使用最為廣泛的一類載體。它可作為最終產品將目的基因注入體內達到吸料效果，也可以作為中間載體，在體外將目的基因轉染整合至目標細胞中並製成細胞產品後會輸。此外，非病毒基因編輯技術也大量依賴病毒作為運送基因編輯配件的載體。同時病毒載體也是細胞與基因治療（CGT）的重要物料，期生產製備是CGT藥物商業化的核心，而伴隨著細胞治療和基因治療的高速發展，病毒載體生產行業正在迎來重大利好。
2015-2020年CGT行業臨床試驗數量複合年均增長率超60%。2021年，全球CGT基因載體市場規模達到102.53億美元，預計到2026年將達到319.39億美元，符合年增長率達25.52%。從區域看，全球CGT行業處於發展初期，但歐美地區發展較早，發展相對成熟，市場規模也更大。2021年，歐美地區市場規模占全球近八成份額，達81.03億美元。中國基因載體市場為12.41億美元，全球市場占比僅12.10%
圖1 全球各個區域細胞與基因治療基因載體市場規模（億美元）
相對於歐美等西方發達國家，我國基因載體發展起步較晚，行業整體規模較小，但處於快速成長期。由於CGT藥物全球商業化進程持續加快，在研CGT臨床試驗項目達2000項左右。在技術、資本、政策等多方面因素影響下，全球CGT行業快速升溫，大量CGT藥物研發進入臨床階段，並自2015年期呈指數型增長。截止至2020年底，全球累計在研CGT臨床試驗超1300項，到2022年第二季度臨床試驗數已超2000項。
根據弗若斯特沙利文的數據，全球CAR-T治療市場從2017年的0.1億美元增長到2020年的11億美元，預計未來幾年將加速增長。隨著CAR-T藥物上市的數量和適應症的增加，預計2030年市場將進一步增長至218億美元。
圖2 全球CAR-T細胞治療的市場規模
圖4 細胞治療與基因治療發展階段
病毒載體發展趨
病毒載體的生產是細胞與基因治療CDMO市場最核心的細分領域之一。根據相關報告，病毒載體的生產成本占CGT研發投入總費用的1/3以上。隨著市場對創新和優化的需求持續增加，促使基因治療和細胞治療的分工更為細化，推動CRO和CDMO為藥企和科研機構提供更為專業的服務，從而以降低研發成本。
CGT公司以創業型企業為主，與基礎研究轉化聯繫緊密，依賴CDMO提供產業化服務。根據ARM報告、弗若斯特沙利文分析，截至2020年12月31日，全球約500CGT公司中八成為初創公司。CGT初創新藥企業在藥物開發、臨床申報至商業化生產過程中，由於受到工藝開發能力、GMP生產經驗、臨床申報相關法規知識的限制，更多依賴專業的CRO和CDMO。據和元生物招股書的數據，基因治療外包滲透率超過65%，遠超傳統生物製劑的35%。
圖5 全球病毒載體生產廠商地區分布
病毒載體外包率遠高於傳統生物製劑，而下游產品型企業往往需要較長的等待期。根據相關報告，企業委託相關CDMO企業生產平均需要等待16個月，在部分情況下等待期可能長達兩年之久。與此同時，病毒載體生產需要預留定金這在CDMO行業罕見的行為也凸顯出其供不應求的狀態。Catalent 和 Thermo Fisher 都有在產能還沒釋放時收到客戶提前支付的產能預留定金的情況，這在傳統的 CDMO 行業中是從未存在過的，也表明該領域存在較大的產能空缺。
當前在CGT領域使用最廣泛的是腺相關病毒和慢病毒，其中AAV常用於基因治療，LV常用於細胞治療。AAV進入細胞的過程依賴於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。通過修飾、突變AAV的衣殼蛋白序列產生新的組織傾向的AAV血清型，目前已發現AAV有13種亞型近200多種變型，每一種都具有不同的組織趨向性，可靶向不同的組織。LV具有高表達效率和長表達時間的優點，同時強嗜性，能整合斤非分裂細胞和分裂細胞，在適應症的拓展上更具優勢。
圖6 AAV與LV對比
病毒載體的製備是一個十分複雜的過程，難度極高，切製備周期長。這直接導致了全球範圍內病毒載體的GMP產能接近瓶頸，同時也是阻礙整個基因治療行業發展的主要障礙。
圖7 病毒載體的生產工藝
CGT以治療載體為核心，工藝開發和質控難度大，對生產工藝及質量控制是關鍵。CGT生產過程複雜，涉及質粒轉染和純化、生產細胞大規模培養、質粒轉染、病毒純化等多個環節的工藝開發和質控方法開發，容錯率低，對於過程控制的要求非常嚴苛，整體難度較大。因此，針對生產工藝及質量控制是CGT的核心開發內容，也是細胞與基因治療 CDMO企業競爭力的主要所在。目前，全球領先的CGT新藥公司的核心技術包括腺相關病毒載體技術、T細胞治療技術、溶瘤病毒技術等，治療領域集中於各類罕見疾病和腫瘤。而國內CGT新藥公司主要專注於CAR-T、TCR-T等免疫細胞產品，以及基因修飾溶瘤病毒產品的研發，治療領域為血液瘤、淋巴系統腫瘤、實體瘤等。
表2 國內外主要細胞與基因治療藥物研發公司 來源：和元生物招股書
病毒載體發展趨勢
病毒載體的創新是CGT行業發展的重要推動力之一。未來病毒載體行業的技術發展趨勢主要集中在以下幾個方便：
（1）現有病毒載體的優化和升級，提高現有病毒載體的轉導效率、靶向特異性、安全性、目的基因的穩定表達和包裝容量，同時降低免疫原性。
（2）新型病毒載體的開發，如無細胞毒性、目的基因釋放速度可控、持續表達及具備靶向特異性的新型病毒載體。
（3）商業化生產工藝的突破，如開發新的病毒包裝體系、提升細胞培養密度、降低空殼率等。「穩定轉染+懸浮培養」工藝或將成為未來主流趨勢。