【探秘GCT智造】从临床需求到2,000L大规模生产，， ，，基因治疗产能思索和工艺挑战剖析
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浅析基因治疗行业产能需求与生产工艺挑战
近年来，， ，，依赖于基因载体的基因疗法和基因修饰的细胞疗法正在成为新型治疗手段而被普遍研究。。唬唬基因治疗指修改人的基因以治疗或治愈疾病的手艺，， ，，详细指的是将一种新的或经由刷新的基因导入体内有助于治疗某种疾病，， ，，例如对致病基因的替换或者失活。。唬唬基因治疗可分为体内基因治疗（将携带治疗性基因的病毒或者非病毒载体直接递送到患者体内，， ，，如AAV和溶瘤病毒）和体外基因治疗（将患者的细胞在体外举行遗传修饰后回输，， ，，如CAR-T免疫细胞治疗）。。
凭证ASGCT 2022 Q4报告显示，， ，，阻止2022年尾，， ，，全球累计有2,053个基因治疗管线（包括基因治疗及基因修饰的细胞治疗），， ，，其中284个项目处于II期及之后，， ，，6个项目处于上市前注册阶段（NDA）。。2022年，， ，，3款AAV基因治疗产品上市，， ，，划分是PTC公司开发的治疗AADC缺乏症的Upstaza，， ，，BioMarin公司开发的治疗A型血友病的ROCTAVIAN，， ，，以及CSL Behring & uniQure配合开发的治疗B型血友病的HEMGENIX。。大宗临床中后期的基因治疗产品，， ，，逐步加速上市的AAV基因治疗管线，， ，，配合催生了业界对大规模唬唬基因治疗产能的需求。。
随着基因治疗行业的生长，， ，，对产能的讨论一直一直于耳，， ，，本文浅析基因治疗行业的产能需求思索与生产工艺挑战。。
基于AAV的基因治疗产品事实需要什么样的产能需求
产能需求来自临床需求，， ，，现在的AAV基因治疗产品主要顺应症包括眼科疾病、耳科疾病、血友病、肌肉骨骼疾病、心血管疾病、神经系统疾病、代谢疾病等。。凭证顺应症的差别，， ，，AAV的临床用药方法迥异，， ，，但多以脏器原位注射（如视网膜下注射、脑内注射等）和系统注射（如静脉注射、脑脊液注射）为代表。。
在差别的注射方法中，， ，，AAV的临床用量差别较大，， ，，凭证Pfizer公司的一份报告显示：
1、为局部注射而生产的 AAV，， ，，例如在眼科顺应症中，， ，，只需要约莫每剂约1011的病毒颗粒 (vg)，， ，，例如，， ，，Luxturna的剂量是每只眼睛1.5×1011vg；；；
2、为脑内注射的而准备的AAV载体则需要约1012的病毒颗粒(vg)；；；
3、为全身递送而生产的 AAV，， ，，预计需要每剂1014-1015的病毒颗粒(vg)，， ，，例如，， ，，关于Zolgensma，， ，，9公斤的患者需要1015病毒量，， ，，而治疗杜氏肌营养不良症 (DMD)的患者可能需要4×1015病毒量。。
凭证临床用量来盘算生产需求，， ，，我们可以得知。。关于眼科等局部病毒递送的顺应症而言，， ，，只需生产1016-1017vg病毒即可知足10,000名患者接受基因治疗疗法；；；可是，， ，，关于大宗的需要全身递送载体的基因治疗顺应症，， ，，如血友病，， ，，则需要生产1019-1020的病毒才华够知足10,000名患者接受基因治疗疗法，， ，，这关于现在的AAV基因治疗产能而言是一个重大的挑战。。
凭证CELL & GENE THERAPY INSIGHTS最近的一份综述剖析，， ，，假设10,000名治疗杜氏肌营养不良症（DMD）患者接受AAV基因治疗疗法，， ，，凭证现在的生产产率盘算，， ，，该患者群体所需要的AAV总量或许需要80个3,000L一次性生物反应器，， ，，以每年20批次的效率来产出，， ，，大致相当于现在全球总产能的三倍。。这凸显了现在基因治疗载体产能的严重缺乏，， ，，McKinsey于2022年的一份报告显示，， ，，全球病毒载体CDMO都在近几年投入重金扩大产能。。
▲图片泉源：McKinsey官网
解决产能逆境的方法主要包括临床用量的降低和AAV生产能力的提升，， ，，前者的解决计划依托对AAV递送效率的提升和研究，， ，，下文重点剖析怎样通过先进工艺开发提高AAV产量，， ，，知足未被知足的临床需求。。
AAV基因治疗产品GMP生产的工艺开发要点
AAV的生产工艺主要包括上游细胞作育（以经典的三质粒转染哺乳动物细胞生产系统为例）和下游病毒纯化工艺，， ，，提高上游产量和下游得率是AAV生产工艺开发的重点。。
1 优化细胞作育方法，， ，，主要分为悬浮作育和贴壁作育
两类方法有着各自的优弱点：悬浮作育的无菌控制简朴，， ，，放浩劫度中等，， ，，放大规模大；；；微载体作育的无菌控制简朴，， ，，放大规模也大，， ，，可是其放浩劫度高；；；细胞工厂作育放浩劫度低，， ，，但难以无菌控制和放大规模有限；；；滚瓶作育与细胞工厂作育特点类似；；；牢靠床作育无论是无菌控制，， ，，照旧放浩劫度和规模都处于中等水平。。
早期AAV产品的病毒载体作育方法接纳贴壁作育为主（如细胞工厂），， ，，随着手艺前进和工艺提升，， ，，基于无血清、HEK293细胞的大规模悬浮作育手艺，， ，，依附可放大性好、无邪性高的优势成为AAV大规模GMP生产的要害工艺。。此类生产中，， ，，提升单细胞产量是AAV生产的要害，， ，，工艺开发者需要通过建设转染计划、优化作育条件、控制细胞密度及聚整体，， ，，以实现细胞稳健生长、较高病毒滴度及较高实心率的告竣。。
2 优化下游收获和纯化工艺
若是所生产载体都表达在细胞外，， ，，则生产工艺相对简朴，， ，，生产职员只需要网络细胞作育上清，， ，，配合下游纯化手段获得载体。。然而，， ，，大部分基因治疗载体同时保存于胞内和胞外，， ，，因而要获得大宗病毒，， ，，就一定涉及细胞裂解历程。。病毒收获工艺重大，， ，，其中涉及细胞与上清的疏散，， ，，因此，， ，，优化病毒收获时间、裂解条件等，， ，，关于提升病毒得率同样主要。。
在获抱病毒混淆液之后，， ，，生产职员还需要借助过滤、浓缩、层析三个环节完成病毒的下游纯化。。过滤分成切向流过滤、深层过滤和外貌过滤，， ，，目的是为了去除细胞、细胞碎片和沉淀群集物。。浓缩的目的是接纳病毒载体，， ，，同时去除作育基中的盐类。。层析手艺则常通过离子交流层析、尺寸排阻层析等方法完成。。
在层析精纯工艺中需要思量电导优化，， ，，载体片断长度，， ，，洗脱条件等。。在运用分子筛复合模式层析时，， ，，特殊注重分子筛的孔径大。。ū晔犊拙妒褂锰囟寻拙傩胁馐裕，， ，，提前用已有的病毒对孔径举行剖析，， ，，不然病毒容易卡在分子筛中，， ，，造成产品损失。。三种工艺需要相互配合，， ，，来确保病毒载体的纯度与数目。。
3 基因治疗产品的大规模生产越发注重“质量源于设计”（“QbD”）的工艺开发理念
大规模生产本钱高、周期长、难度大，， ，，对产品的质量控制同样有很大挑战，， ，，基于质量源于设计的理念开爆发产工艺尤为主要。。通过预先危害剖析（PHA）危害评估筛选要害质量属性（CQA），， ，，工艺开发职员即可快速锁定要害参数开展优化事情。。参数多种多样，， ，，包括病毒颗粒数、基因组滴度、残留核酸酶、残留质粒、宿主卵白残留等，， ，，参数的优劣会直接影响产品在临床试验历程中的清静性与有用性。。
▲图片泉源：Kumar Sumit, et al., 2012
2,000L超大规模一次性工艺的基因治疗载体生产系统怎样打造落地
现在，， ，，基于中小系统（50L-200L）悬浮细胞作育的AAV病毒载体生产已相对成熟，， ，，但面向未来基因治疗产品商业化的多样需求、大规模需求，， ，，药物开发者应思量包管高产量和高可靠度的病毒载体大规模GMP生产系统，， ，，500L、1,000L、2,000L的生产系统正其时。。
一次性使用系统因其污染危害少、清洁验证本钱低、工艺转化和无邪性高等特点，， ，，在生物制药行业中获得了普遍应用，， ，， 资助制药企业大大缩短生产时间，， ，，提高了药物研发速率。。作为生物手艺生产的焦点，， ，，一次性生物反应器自然成为使用的焦点。。
UG环球生物基于历史项目研发、生产履历，， ，，在即将开幕的和元生物临港工业基地结构周全的GMP级悬浮工艺大规模生产平台，， ，，可提供经济、高效、规模唬唬化的整体解决计划：
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