2024自体细胞疗法：关键挑战与生物工艺创新研究报告

领袖视角 自体细胞疗法：关键挑战与生物工艺创新 背景介绍 自体细胞疗法（即通过分离、编辑和扩增患者自身细胞，并将其回输至患者体内以对抗疾病）是一种新兴的治疗方式，因其能够为患者带来颠覆性的影响而引起了广泛关注。该类疗法能够让部分晚期血液肿瘤患者近乎治愈（即缓解期超过10年）。这种极具颠覆性的治疗模式引发了生物制药领域的广泛关注和投资兴趣。然而由于自体细胞疗法的独特性（即高度个性化，且通常是经过基因编辑的细胞产品），该领域仍存在一系列亟待解决的新挑战。 美国食品药品监督管理局（FDA）批准的第一批嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法如今在美国已经获得了一定程度的成功（图1），获批的CAR-T药物的全球销售收入在2023年预计将达到41亿美元。1据估计，超过3万人在临床试验中或产品上市后接受了CAR-T治疗。2同时，前线治疗有关的临床开发仍在继续：2022年，Yescarta和Breyanzi获批，可用于二线治疗大B细胞淋巴瘤。这些产品的成功将持续吸引大量投资，截至2023年10月底，该领域公开披露的融资总额高达38亿美元3，三家专注细胞治疗的生物技术公司进行了首次公开募股。 图1 美国第一批细胞疗法的患者数量*（2018-23YTD**） 600 500 患者数量 400 300 200 100 0 20182019 Kymriah(NVS) 2020 2021 Tecartus(GILD) 2022 Breyanzi(BMS) 2023 Carvykti(JNJ/LEGN)Abecma(TSVT/BMS)Yescarta(GILD) *数量根据美国市场的销量和定价计算 **数据截至2023年第二季度末 资料来源：LeerinkPartners；公司官网；医疗保险和医疗补助服务中心(CMS)；PriceRx；L.E.K.IP、访谈、研究与分析 同时，自体细胞疗法的研发管线持续增长（图2）并呈现出多样化趋势（约7004个自体细胞疗法产品管线），且持续保持着高速的开发进程（预计2023年将启动约1605个自体细胞疗法临床试验）。 图2 全球细胞疗法临床试验数量（2017-23E） 300 250 临床试验数量* 200 150 100 50 02017 2018 2019 2020 总体CAGR为10%-15% 2021 2022 2023E^ 自体细胞：10%-15%同种异体**：15%-20% *剔除了已完成或停止但未列出开始日期的临床试验，以及已终止或暂停的试验 **同种异体包括异源，而异种和未分类的细胞疗法不包括在本分析中 ^截至2023年11月 注释：CAGR=复合年均增长率 资料来源：TrialTrove；L.E.K.研究与分析 者体内的时间、降低生产成本以及减少不同批次之间的差异 缩短从采集细胞到回输至患 6.降低关键试剂成本 这些为患者量身定制的个性化疗法在生产方面仍面临一系列特殊挑战，这些挑战可能会随着未来需求的增长而进一步加剧。越来越多的早期研发管线开始针对拥有较大患者群体的适应症，为了让细胞疗法充分发挥其治疗潜力，以惠及更加广泛的目标患者群体，生物制药企业必须逐步降低产品的生产难度以及销货成本 （COGS）。此外，其他类型的产品（例如，双特异性抗体）所带来的激烈的市场竞争可能会对自体细胞疗法的商业化构成威胁，尤其是在上述生产方面的挑战得不到妥善解决的情况下。 本期“领袖视角”中，L.E.K.对自体细胞疗法所面临的一系列挑战进行了总结，并对有助于该类疗法实现规模化生产并提升经济效益的生物工艺解决方案进行了研究与分析（图3）。 图3 自体细胞疗法生产流程 细胞扩增、收获和纯化 细胞编辑 细胞收集和富集 细胞疗法设计 物流 自体细胞疗法的生物工艺流程、挑战以及创新 设计细胞类型、来源和抗原靶向方法 成品被冷冻保存并运送到医疗中心 工程化细胞在生物反应器中扩增并纯化成最终药物产品 细胞经过基因工程改造（例如，使细胞表达CAR，以识别肿瘤表面抗原） 患者(供体)白细胞分离术之后是靶细胞类型（例如，CD3+细胞）的富集 挑战 1.扩大临床用例 3.降低原材料的差异 4.提高细胞工程效率 5.减少人为干预 7.标准化双向物流和冷链 2.最小化对非目标组织或细胞的影响 生物工艺创新 A.新的细胞类型和靶向方法 D.下一代细胞工程工具和平台 E.全封闭自动化系统 B.新的细胞筛选和分选方式 F.可大规模使用的冷冻保存和软件解决方案 C.自体细胞疗法的替代疗法 注释：CD3+=分化簇3；CAR=嵌合抗原受体；COGS=销货成本资料来源：L.E.K.研究与分析 关键挑战与生物工艺创新 L.E.K.总结出七个自体细胞疗法在产品设计和生产流程方面所面临的关键挑战： 1.扩大临床用例 2.最小化对非目标组织或细胞的影响 3.降低原材料的差异性 4.提高细胞编辑效率 5.减少人为干预 6.降低关键试剂成本 7.标准化双向物流和冷链 细胞疗法设计相关挑战 1.扩大临床用例：第一波自体细胞疗法靶向的是同质性非实体瘤中高度保守的抗原（例如，CD19、B细胞成熟抗原），这些抗原能够被输注的CAR-T细胞识别（图4）。为了充分发挥该疗法的潜力，细胞疗法的设计概念还需要在现有基础上进一步满足实体瘤以及其他异质性肿瘤的治疗需求。生物制药企业尤其对实体瘤治疗领域有着浓厚兴趣，因为在所有癌症病例中，实体瘤占比高达90%6，庞大的患者群体意味着巨大的市场机会。这也导致生物制药企业的产品管线发生了转变，目前自体细胞疗法的管线有约40%都集中在实体瘤领域。4然而，从药物设计的角度来看，用自体细胞疗法治疗实体瘤的难度更高，因为实体瘤的肿瘤异质性（和异质性抗原表达）程度更高，免疫抑制性肿瘤微环境（TME）会抑制免疫细胞活性，此外输注的细胞产品可能会难以浸润实体组织。 图4 全球细胞疗法管线以及上市产品概览（2023E） 已注册临床三期 其他肿瘤 其他/未知** 其他/未知* 其他/未知** 临床二期肌肉骨骼 神经 TIL 代谢/胃肠 临床一期 TCR 实体瘤 同种异体 干细胞*** 肿瘤 其他非实体瘤 临床前 自体细胞 CAR-T 五种主要的 血液肿瘤 ^^ 100 90 80 70 60 所占比例(N=~2,000) 50 40 30 20 10 0 细胞来源 阶段细胞类型 治疗领域肿瘤 *用于细胞疗法的其他/未知载体类型 **“其他/未知”包括免疫细胞（例如：树突状细胞和自然杀伤细胞、CAR-M、CAR-B）以及其他细胞（例如：皮肤、肿瘤和肌肉细胞等） ***干细胞主要包括造血干细胞、间充质干细胞和诱导多能干细胞 ^其他治疗领域包括心脏病、皮肤病、血液病、传染病以及其他没有特定治疗领域的资产 ^^五种主要的血液病包括急性淋巴细胞白血病(ALL)、B细胞非霍奇金淋巴瘤(B-NHL)、急性髓细胞性白血病(AML)、多发性骨髓瘤和慢性淋巴细胞白血病 注释：CAR-M=嵌合抗原受体巨噬细胞；CAR-B=嵌合抗原受体B细胞；TIL=肿瘤浸润淋巴细胞；TCR=T细胞受体；CAR-T=嵌合抗原受体T细胞；GI=胃肠；ALL=急性淋巴细胞白血病；B-NHL=B细胞非霍奇金淋巴瘤； AML=急性髓系白血病 资料来源：L.E.K.对Citeline的PharmaProjects数据库的分析 2.最小化对非目标组织或细胞的影响：细胞因子释放综合征（CRS）是细胞疗法最常见的不良事件之一。当前已上市的细胞疗法靶向的是单一抗原，不同批次的产品存在一定差异（例如，T细胞的效力和持久性存在差异），这可能会引发免疫系统的连锁反应，或因毒性反应限制治疗剂量。目前，托珠单抗 （tocilizumab）等免疫抑制剂可用于治疗CRS，而下一代细胞疗法（例如，采用新细胞类型的疗法、更加精准的靶向治疗方法）旨在最大程度地减少CRS的发生。从实际效果来看，相较于老一代CAR-T疗法（例如，Kymriah和Yescarta），最近获批的药物（例如，Breyanzi）的确表现出更低的CRS患病率。7,8,9 生产过程中的挑战 缩短从采集细胞到回输至患者体内的时间、降低生产成本以及减少不同批次之间的差异是个性化细胞疗法所面临的核心挑战。目前，商业化自体细胞疗法一次完整的治疗周期为三到五周10，治疗周期较长的主要原因在于需要将患者的细胞运往生产地，生产过程较长且批次失败率较高（可能会超过10%），还需要协调最终产品的交付。在某些情况下，治疗周期拉长意味着患者可能需要进行过渡性治疗，这可能会导致患者的毒性反应和并发症增加，最终降低细胞疗法的有效性。 提高生产效率是缩短治疗周期的关键，一方面需要缩短整体的生产时间，另一方面需要避免因人为失误和污染导致的批次差异，以降低失败率。从经济效益和患者健康的角度来看，失败率高不仅会导致成本高企，还有可能会导致产品延期上市（强生和传奇生物的Carvykti曾因产能问题在英国延期上市）。已经上市的CAR-T产品可能需要好几年才能改进生产工艺并降低失败率，因为优化生产工艺时一般使用的是非疾病状态的材料。 3.降低生产原料的差异性：由于自体细胞疗法的本质特征，患者的健康状况、预处理程度、相关淋巴细胞水平、从患者体内提取的细胞数量限制（即单采率）都可能会导致生产原料出现显著差异。此外，单采设备相关因素（例如，采集流程和设备、冷冻设备、人员经验）也会导致生产原料出现较大差异，从而导致不同生产批次的品质不稳定。血液和生物治疗促进协会（AssociationfortheAdvancementofBloodandBiotherapies）、细胞治疗认证基金会（FoundationfortheAccreditationofCellularTherapy）等组织正在着手制定工作流程标准（例如，单采、产品标签）。此外，在已经上市的第一代细胞疗法的基础上进行生产流程的优化至关重要。这些做法能够极大推动未来自体细胞疗法的成功，随着细胞疗法的目标患者群体越来越大，生物制药企业可能还需要在更广泛的地区建立新的单采或生产设施。 4.提高细胞工程效率：目前工程化T细胞主要通过病毒载体制备，即利用慢病毒（例如，Kymriah）或γ逆转录病毒（例如，Yescarta）将CAR插入到靶细胞中。更多使用病毒转导的原因在于，常见的低成本化学转染方法，包括病毒载体生产中用于细胞系转染的方法（例如，聚乙烯亚胺、脂质体转染胺），在免疫细胞中的转染效率较低。以病毒载体为基础的方法的进步（例如，PennMedicine的24小时临床前CAR-T生产工艺）有望提升细胞工程效率，并进一步改善细胞疗法的有效性（即细胞扩增需求降低，可能会改善工程化细胞的质量）。然而，病毒载体仍然是影响销货成本的一个重要因素，也是导致供应链更加复杂的因素。例如，慢病毒成本可占生产一个批次的总成本的10%-25%11,13，因为慢病毒制备所需的质粒DNA成本昂贵，慢病毒的质量也不稳定，且产量较低。慢病毒供应受限甚至可能会让药物的生产陷入瓶颈（例如，百时美施贵宝在Breyanzi生产中遇到的慢病毒供应挑战）。 不以病毒为载体的细胞工程方法也已经出现。例如，利用仪器设备进行转染（例如，电转染）已成为一种可行的替代方案，但仍然面临一系列关键挑战，其中包括由于外界条件对细胞造成的压力而导致细胞活性较低。鉴于每个批次的细胞治疗产品都是根据患者个体特征定制的，并且每次单采的细胞数量有限，这一挑战尤为令人担忧。另外，该类方法在扩增时间（例如，细胞倍增时间）以及大规模生产方面也面临挑战（如果采用电转染方式，细胞扩增之前还需要进行额外的操作）。 5.减少人为干预：相较于成熟的生产流程（例如，单克隆抗体的生产流程），当前的细胞疗法生产过程需要更多人为干预。现有的细胞治疗设备遵循模块化的方法，主要侧重于单项操作（例如，转导/转染、细胞激活、细胞扩增、灌注/完成），以及部分需要经过培训的人员手动转移的操作，这些工作都进一步推高了劳动力成本。目前，越来越多生物制药企业选择