中国细胞与基因治疗的萌芽稍落后于国外，经过近30年的发展，已累计成立数百家细胞与基因治疗企业。这些企业聚焦在药物研发领域，不断取得较大的突破，如针对肿瘤CAR-T治疗的南京传奇、科济生物、北恒生物，专注于基因编辑疗法的博雅辑因，溶瘤病毒治疗领先的上海希元等。近年来，中国在技术产品研究和临床领域都取得较大进步，也在不断地加速布局规模化生产，“内卷”，如今已成创新药领域的真实写照。有数据显示，中国创新药IND申报数量虽然由2018年超过200项爆发式增长至2021年的644项。由此可见，细胞与基因治疗已步入快速发展通道、逐渐成熟，市场化进程指日可待。

高昂的生产成本是细胞与基因治疗商业化最致命的痛点。基因治疗相关的技术工艺路线主要包含三个部分：质粒、病毒载体和细胞扩增。这三个方面的工艺开发技术的提升，能更好地促进质量和成本控制，也是细胞与基因治疗公司成功的关键。

 (一）质粒

   质粒可作为细胞与基因治疗载体，应用极其广泛，可直接输入人体，亦可作为作病毒载体生产的原料。质粒的工艺生产流程基本一致，但其不同的用途和在不同应用场景的质量控制要求不同，决定了质粒的生产规模和纯度也是成本控制的关键。

细胞与基因治疗中最常用的载体慢病毒和AAV的生产都需要质粒作为起始材料，因此每年需要大量符合质量要求的质粒来满足下游的市场需求。质粒工艺化生产流程包括菌体扩增过程和下游纯化过程，其生产工艺中面临的最大挑战是大规模的扩增放大和纯化，既要维持高超螺旋结构质粒的比例，又要保持高纯度，这两点无论对疫苗还是对下游病毒生产的质量（如减少空壳率、假病毒等）形成重大影响。

质粒通常在不同亚型的大肠杆菌中发酵扩增，大肠杆菌的生长密度的提高可扩大质粒的产量，但密度增加会带来溶氧不足，不仅会降低质粒产量，还会导致其质量下降，具有超螺旋构象的质粒含量减少，给下游纯化工艺增加难度，也会间接提高生产成本。大肠杆菌发酵过程中的溶氧量问题进行优化后，可使质粒产量提高1至50倍。

碱裂解操作中，pH的控制和适当的混合是关键，需要在狭窄的pH范围内使基因组DNA发生不可逆变性且质粒双链需要保持完整，大规模质粒生产中，裂解过程往往工艺重复性差，难以控制；该阶段的质粒对剪切力非常敏感，质粒损失较大，超螺旋也容易丢失， 影响产量和质量。不同开发阶段和使用级别对质粒的质量要求不同，质粒纯化的目的在于去除宿主DNA、RNA、蛋白和内毒素以及非超螺旋的质粒变体，以满足针对目标产品的使用要求，纯化过程的优化可提高质粒产量、降低成本。质粒作为细胞与基因治疗药品的生产原料，还需要对其理化性质进行鉴别，确保目的基因序列及整合无误；作为关键原材料或终产品，需要对其功能进行鉴定和控制；为保证安全性，对内毒素、杂菌污染和支原体残留的鉴别和检测往往需要周期约30天左右，决定着质粒生产批次放行的周期；此外，质粒因为无法终端灭菌，因此需要全程在封闭且独立的生产车间进行，且要避免交叉污染，因此自动化、封闭式的系统必定是未来趋势。

一般的高拷贝质粒经发酵工艺优化后可获得约1-2g/L的质粒，但目前行业内部分公司的质粒产量甚至不到0.5g/L，因此工艺优化的空间非常广阔。质粒由于结构简单，且理化性质相似，因此构建一个平台化的生产和纯化工艺相对简单。质粒生产周期较短，上游发酵和下游纯化罐装工艺约需5-7天，但质粒的质量控制约需30天（主要对支原体等检测周期较长），质粒生产的年产能可高达100批次。

（二）病毒载体

   细胞与基因治疗过程中，常用的病毒载体一般有AVV和慢病毒及逆转录病毒。慢病毒载体具有能整合进宿主细胞基因组和不具有组织特异性的特点，使其被广泛用于体外细胞基因治疗中。CAR-T、UCAR-T、CAR-NK和干细胞产品主要使用慢病毒载体。目前常用的第三代慢病毒载体系统由四质粒构成，其中三个质粒为标准化的质粒，另一个包含目的基因的载体质粒为个性化的质粒，质粒是慢病毒载体生产的一个重要成本来源。第三代载体系统增加了两个安全特性， 一是构建自失活的慢病毒载体，二是用异源启动子序列代替Tat基因，更加安全。

病毒生产时，血清和胰酶既占用了一部分高昂的原料成本、增加了检测成本，还增加了来自动物源的风险。近几年来，慢病毒的悬浮无血清培养已逐步替代传统的贴壁培养模式，可以极大地降低生产成本。

慢病毒载体的纯化是生产工艺中的最大瓶颈。慢病毒载体的上游包装工艺产生差异化不大，最大的挑战在于其纯化过程。慢病毒载体由于具有包膜结构，理化性质不稳定，对剪切力敏感，因此下游工艺中的回收率较低，通常只有5%-10%左右，优化后的回收率大概为20%-40%，滴度大约为 10⁷ -10⁸TU/mL，因此对下游纯化工艺的开发和优化是慢病毒规模化生产的关键。此外，慢病毒载体生产成本极高，主要来自上游一次性耗材和质粒转染体系，发展规模化生产、开发不依赖转染系统的稳定细胞培养体系是降低成本的关键所在。

（三）细胞扩增

   病毒载体和劳动力是 CAR-T细胞疗法的成本的关键，CAR-T细胞的生产包括两个环节：T细胞分离和激活及CAR-T细胞制备扩增，主要流程包括采集和分离病人的 T细胞；在体外进行T激活，可通过 Anti-CD3/CD28单抗及IL-2激活，或者Anti CD3/CD28单抗偶联磁珠激活；CAR转染，病毒载体的转染效率对于CAR的阳性率非常重要，转染效率依赖于病毒状态、T细胞状态、病毒和T细胞的相互作用和转染后细胞的生长状态、CAR-T扩增等。

自体CAR-T细胞疗法产品面临诸多挑战：自体CAR-T细胞由于其起始物料一部分来源于病人本身，因此其生产过程面临诸多挑战。CAR-T的开发周期短，放行检测时间相对较短，约15-21天需要生产出一批CAR-T细胞，从病人到病人的治疗流程Kymriah (Novartis)需要21天左右，Kite Pharma约需17天左右，生产周期越短，越有利于为重症患者争取宝贵的治疗时间。病人具有多样性的特征，患者的疾病状态和细胞状态不尽相同，对于同样的工艺，其治疗之后的效果和反应不同，因此难以评估治疗效果和工艺一致性，工艺过程控制的难度相对较高。CAR-T细胞生产的另一个特点为每批次的生产对应一位病人，一次治疗约需要阳性CAR-T细胞3-5×10⁸个，对于单次生产来看，其工艺控制难度相对较高，需要具备专业知识的人员操作。同种异体CAR-T细胞疗法（UCAR-T）的开发有望解决这些难题。

“逆水行舟，不进则退”，为了能在激烈的市场竞争中始终保持优势，济南泰和医药科技有限公司将进一步加大研发投入及产业化，对产品质量和性能进行不断升级、更好地服务于医药行业。

参考出处：

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU5MjA3Njc2Mg==&mid=2247496719&idx=1&sn=299c6b75e704ca176dc50dbb149cbcfa&chksm=fe27febac95077ac855e13d55b28fafa86dc1a718527ae3813d9041910a15ce5fc89545ac971&mpshare=1&scene=1&srcid=0330uLKhbkkOgJaU2R8WfPtE&sharer_sharetime=1648615639080&sharer_shareid=20347f7335c5a9b836cffcd64608137d&version=4.0.2.6061&platform=win#rd