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2020年细胞和基因治疗CDMO行业布局

根据Frost & Sullivan 团队的报告,细胞和基因疗法在发现和临床阶段的研发费用在9亿美元至11亿美元,临床阶段的费用在8亿美元至12亿美元。下面一起来看看细胞和基因疗法相关布局


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细胞和基因治疗:创新疗法的新方向



(一)细胞治疗:CAR-T 是目前商业化的主流方向

细胞疗法的原理是通过向患者移植正常或生物工程改造过的人体细胞以替代失去正常功能的细胞。人体中包含200多种不同的特殊细胞类型,例如肌肉,骨骼或脑细胞。这些细胞在体内执行特定功能,疾病或衰老可能导致人体细胞失去这些分化细胞。在许多情况下,这种缺失是不可逆的,也就意味着患病或丢失的细胞不再能被健康的细胞所补充。细胞疗法旨在将新的健康细胞人为地引入患者体内,以替代患病或缺失的细胞。


细胞治疗最早可以追溯到上个世纪30年代,而近代细胞治疗的快速兴起则是在2011年之后。2011年10月,法国科学家拉尔夫·斯坦曼因“发现树突状细胞和其在后天免疫中的作用”获得诺贝尔医学奖,标志着生物免疫治疗成为癌症治疗的新型疗法。此后,细胞治疗迅速兴起,在一些复杂的肿瘤疾病治疗中率先进行临床试验,被Science杂志评为2013年10大科技突破之首。


细胞疗法按照引入的细胞种类可以分为干细胞治疗和免疫细胞治疗。


干细胞治疗是利用人体干细胞的分化和修复原理,把健康的干细胞移植到病人体内,以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。干细胞是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细胞、能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞,具有多能性和全能性、自我更新能力和高度增殖能力等优点。患者自体干细胞较易获得,致癌风险也很低,同时也没有免疫排斥及伦理争议等问题,被更多地应用于临床。用于临床治疗的干细胞种类主要有骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞等。干细胞治疗被广泛应用于临床各类疾病的治疗,主要包括血液类疾病、器官移植、心血管系统疾病、肝脏疾病、神经系统疾病、组织创伤等方面。


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免疫细胞治疗的原理是采集人体自身的免疫细胞并进行体外培养扩增,同时加强其靶向性和杀伤力,最后再输入到病人体内以消灭病原体、癌细胞。免疫细胞是指参与免疫应 答或与免疫应答有关的细胞,包括NK细胞、T细胞、B细胞、巨噬细胞等。目前免疫细胞疗法主要被运用于癌症的治疗,根据所使用的的免疫细胞不同,分为细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)疗法、API生物免疫治疗、DC+CIK细胞疗法、自然杀伤细胞(NK)疗法、 DC-T细胞疗法等。


免疫细胞疗法在癌症治疗上的应用主要是通过过继性免疫治疗实现的。过继性免疫治疗是指从肿瘤患者体内分离免疫活性细胞,在体外进行扩增和功能鉴定,然后向患者回输, 从而达到直接杀伤肿瘤或激发机体的免疫应答杀伤肿瘤细胞的目的。过继性免疫治疗主要分为三大类:一种方法是利用从患者的肿瘤中分离出的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL),在实验室中扩大其数目,然后再注入患者体内;第二种方法是改造从患者身上收获的T细胞,使其表达肿瘤抗原特异性T细胞受体(TCR),以便T细胞可以识别和攻击表达这种抗原的肿瘤细胞;第三种方法与TCR类似,区别在于其在T细胞上构建的是一个嵌合型抗体受体(CAR),从而让免疫T细胞不仅能够特异性地识别癌症细胞,同时可以激活T细胞杀死癌症细胞。


目前CAR-T是唯一被FDA批准的过继性免疫疗法。TIL和TCR治疗只能靶向和消除在特定情况下(当抗原与主要组织相容性复合物或MHC结合时)呈递其抗原的癌细胞。而CAR的主要优势在于,即使不通过MHC将抗原呈递到表面,它们也能与癌细胞结合,这会使更多的癌细胞容易受到攻击。但是,CAR-T细胞只能识别自身在细胞表面自然表达的抗原,因此潜在的抗原靶标范围比TCR小。


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(二)基因治疗:腺相关病毒载体平台得到广泛布局 

广义的基因治疗指通过纠正或补偿异常基因缺陷以达到治疗疾病的一种治疗方法。基因作为遗传物质的基本单位,具有控制遗传性状表达和活性调节的作用。当人类的基因出现异常时往往会出现一些病状,基因突变最典型的病症就是镰刀性贫血症,此外还有唐氏综合征、白化病、色盲、血友病、巨脑症,同时癌症、脑积水、癫痫、自闭症、脉管性疾病、皮肤生长异常等疾病都与基因突变有一定的相关性。基因治疗可以通过基因转移或基因调控对的方法,将带有治疗性的基因导入患者体内,正常基因的表达可以治疗患者的疾病。


基因治疗的最早尝试可追溯到上个世纪70年代,基因治疗的发展可以根据人类的技术水平与认知水平划分为三个阶段:


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萌芽期(1970~1989):1970年美国医生Stanfield Rogers试图通过注射含有精氨酸酶的乳头瘤病毒来治疗一对姐妹的精氨酸血症,但试验不幸失败。两年后美国著名生物学家 Theodore Friedmann等人在《Science》发表具有划时代意义的前瞻性评论《基因治疗能否用于人类遗传病?》提出了基因治疗是否可以用于人类疾病治疗的设问。这些尝试 和设想在医学、学术、法律、宗教、伦理各界引发了人们的争议,对于这种全新的治疗方法,当时社会的态度更多是恐惧与质疑。直到1989年,FDA才同意现将载体导入作为 “基因标记”的临床试验。1990年才正式批准进入临床试验。


狂热期(1990~1995)1990年9月,美国国立卫生研究院的William French Anderson 医生团队针对重症联合免疫缺陷病开展了临床基因治疗。他们从一4岁女孩体内抽取白细胞,在体外利用逆转录病毒载体将能够正确编码腺苷脱氨酶的ADA基因插入到白细胞基因组中,最后将这些基因工程改造过的白细胞重新输入女孩体内。接受治疗后,其机体产生ADA的能力有所提高。William French Anderson也因此被称为“基因治疗之父”。这一次临床治疗的成功极大地鼓舞了医学界,此后基因治疗出现一段爆发期,这几年内超过100个临床方案经过FDA批准进入了临床试验阶段。


理性期(1996~2012):1999年,18岁的美国男孩Jesse Gelsinger参与了美国宾夕法尼亚大学基因治疗项目并接受腺相关病毒载体注射,4天后,男孩因多器官衰竭死亡。基因 治疗进入最艰难的寒冬时期。热潮退去后,人们开始对基因治疗进行冷静的思考。2003 年,FDA暂时中止了所有用逆转录病毒来基因改造血液干细胞的临床试验;经过3个月严 格审核权衡后,又允许基因治疗临床试验继续进行。同年10月,中国批准了基因治疗药 物“今又生”上市,成为世界上第一个国家批准的基因治疗药物,这是一个腺相关病毒介导 的P53病毒载体,用于晚期鼻咽癌配合放疗的联合治疗,但它的批准上市一直存在争议,临床应用也很有限,2008年被吊销生成许可。


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成长期(2012至今):2012年,荷兰UniQure公司的Glybera由欧盟审批通过,这个项目采用腺相关病毒作为载体,用于治疗脂蛋白脂肪酶缺乏引起的严重肌肉疾病,它的获批上市开启了基因治疗的新时代。虽然这个Glybera被证明有效,但当时只有一名病人使用 Glybera接受了治疗。此后,基因治疗的商业化进程出现了停滞。2016年,意大利San Raffaele Telethon研究所与葛兰素史克(GSK)公司合作开发的基因疗法Strimvelis实现 了18位腺苷脱氨酸缺乏性重度联合免疫缺陷症(ADA-SCID)患儿的完全治愈,同年, Strimvelis获得欧盟的上市许可,使基因治疗技术的商业化迈出重大的一步。2017年12 月,美国公司Spark Therapeutics的基因疗法Luxturna获批上市,成为首款在美国获批、 靶向特定基因突变的“直接给药型”基因疗法。自2012年来,基因治疗发生了一个重要的模式转变:基因补充策略变得更为全面,基因编辑、目标基因重组、反义寡核苷酸诱导外显子跳跃以及RNA干扰都进入临床,这对于那些简单增加功能正常的基因不足以改善的显性疾病十分重要。

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基因治疗可根据实现手段的不同分为离体治疗和体内治疗两大类。体内基因治疗和体外 基因治疗的研发管线各占一半,病毒仍是最常用的基因载体。采用体内方法还是体外方法由很多因素决定,比如疾病产生部位、体内细胞的获取难度等等,总体来说,体内方法和体外方法没有显著的优劣差异。大多数的体外细胞基因治疗采用的是自体细胞,占体外基因治疗管线的58%,只有14%的管线使用的是同种异体细胞。这主要是因为异体细胞虽然减少了患者的治疗时间和压力,但是存在免疫反应的问题。无论是体内和体外治疗,59%的研发管线都使用病毒载体,仅13%采用质粒、信使RNA、脂质体等非病毒载体。病毒载体中,腺相关病毒(AAV)由于其低毒力、高转导率、成本可控、低插入风险的特点被广泛运用于基因治疗中。


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目前应用最广泛的平台依次是腺相关病毒、慢病毒、腺病毒等,CDMO龙头普遍都有这几个平台的技术布局,如Lonza主要生产腺相关病毒和慢病毒、同时也生产腺病毒和溶瘤病毒等。


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基因和细胞治疗CDMO:龙头加紧布局的潜力市场



(一)行业内研发参与者显著增加,企业联合推进研发管线

目前细胞和基因治疗行业内的企业大约有391家这些公司中有一些非常小的参与者, 他们只研究一两种疗法,行业内的大公司产品线则能达到十几个项目。参与基因治疗产品研发的公司包括生物科技公司、新兴制药公司以及中大型制药公司。在最活跃的前20 家公司中,REGENXBIO以16种正在开发的基因疗法的数量领先。REGENXBIO一方面 利用NAVAAV平台推进基因治疗候选产品的内部管道,另一方面与其他基因治疗公司合作,利用NAV技术来创造收入。该公司最先进的内部基因疗法处于II期,其中RGX-121是一种治疗粘多糖多西症(Hunter综合征)的一次性疗法,RGNX-001则可用于治疗家族性高胆固醇血症。2018年1月被Celgene收购的Juno Therapeutics与Genethon合并,成为第二大最活跃的细胞基因治疗公司。在大型制药公司中,诺华和Kite Pharma (现已归吉利德所有)进入前20名。前20的企业还有基因编辑公司Sangamo Therapeutics、CRISPR Therapeutics和Editas。大型制药公司包括赛诺菲、Biogen、葛兰素史克、辉瑞和强生虽然没有进入前20的行列,但也已经在基因治疗上有所布局。


企业的合作联盟在推动基因治疗的管线研究上起到了不容忽视的作用。对于合作协议的 双方来说,联盟有助于基因治疗业务的成长。2012-18年期间(截至2018年9月),共签署了351个基因治疗合作,交易总价值为410亿美元。总体看,合作协议的数量和金额都在逐年增加。值得注意的是,2017年签署的合作协议金额大幅下降,但同时又是合作协议 数量最多的一年。相比之下,2018年是2012年以来签署金额最多的一年,其中包括一笔40多亿美元的协议。而最重要的是一笔32亿美元的交易,这笔交易中吉利德的Kite Pharma获得了Sangamo Therapeutics公司锌指核酸酶基因编辑技术的专有权,Kite将利 用该技术开发AAV T细胞和自然杀伤细胞疗法,包括自体和异体疗法。吉利德在2017年收购了凯特制药,以建立一个专注于肿瘤细胞治疗的平台。

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(二)基因治疗和细胞治疗CDMO市场有望迎来爆发增长

由于基因疗法的发展出现了积极的转变,在研管线开始迅速增长。学术研究与临床实践的成功吸引了风险投资者和大型制药公司以及中大型制药公司对再生医药公司的大力投资,使该领域得以向前发展。临床前到注册前阶段的活跃基因疗法在研管线数量已经发生了巨大的变化。长时间以来,特别是在2004-2014年期间,正在进行 的治疗数量几乎没有变化。但近年来,这个项目的数量迅速增长,达到了700多个项 目,表明人们对这个领域的投入显著增加。


随着医学技术与相关法规的成熟,全球的基因治疗市场将迎来数量级的增长根据 Evaluate Pharma的预测,基因治疗产品的销售额将从2017年的1000万美元增长到2024年的136亿美元,其CAGR可达180%。相比之下更为成熟的细胞疗法将从2017年2亿美元的销售额增长到2024年的168亿美元,CAGR为88%。

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与传统药物研发相比,基因疗法和细胞疗法需要的研发投入更高。根据Frost & Sullivan 的报告,细胞核基因疗法在发现和临床阶段的研发费用在9亿美元至11亿美元,临床阶段的费用在8亿美元至12亿美元。因此在基因疗法和细胞疗法研发领域,对于利用专业的外 包研发生产团队以降低成本的需求很高。


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由于行业内的研发规模有限,细胞与基因疗法仍处于初期阶段。但随着市场对于创新和优化的需求持续增加,会使得基因治疗和细胞治疗的分工更为细化,从而推动药企和生物科技会寻求专业的CRO和CDMO服务以降低成本。根据Frost & Sullivan的估计,基因和细胞治疗的CMO/CDMO外包市场由2013年的5亿美元增长到2017年的12亿美元,复合年增长率为23.2%,预计2022年可达到36亿美元,2017年后的复合增长率可达到 24.3%。


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细胞和基因治疗CDMO的全球布局


与传统化学药生产相比,基因治疗产品的生产要求更高,病毒载体的生产是目前基因治 疗商业化的一个瓶颈。在公司从小规模试验转向大规模研究,最后进行大规模商化的过 程中,基因治疗的载体供应成为了一个至关重要的问题。FDA专员Scott Gottlieb强调载 体生产是目前基因疗法商业化中的一个大问题,他指出,基因治疗标准审查时间的大约 80%花在了生产和质量问题上。病毒载体制造过程繁琐复杂、成本高昂且受到高度调节。在监管上,在临床试验的早期难以满足cGMP的所有要求。在产品分析上,也缺乏评估载体效力和安全性的标准化分析方法。在运输上,病毒载体需要在远低于传统生物制剂的温度下进行保存。


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