一、病毒載體近期發展概況

病毒載體（Viral vectors）係指分離自病毒，常用於分子生物學的工具，可用於完整活體（in vivo）或細胞培養（in vitro）中。病毒載體早期應用在疫苗製作，近十年發展至基因療法。至2020年1月FDA批准與病毒載體相關的四種基因療法並有900多種療法正研發。基因療法的發展帶動病毒載體委託研究發展組織(Contract Development Organization, CDO)（註一）興起。為降低成本，公司需慎選合適病毒優化，並投資先進儀器設備擴大生產規模。因此大型製藥公司積極收購在病毒載體生產方面具有專業知識的公司，或向規模較小的委託製造組織(Contract Development and Manufacturing Organization, CDMO)進行投資，擴大病毒載體生產已為趨勢。

二、使用病毒載體的優勢

來自不同病毒載體各有優缺點，一個理想病毒載體應有以下特點：
(1) 高效率自主感染細胞且無論分裂中或非分裂細胞皆可有效感染：不同於基因療法需要轉染劑（transfection agents）或轉導技術（transduction technique）如電穿孔法（electroporation），病毒載體能夠有效的自主感染細胞並高效率的將遺傳物質轉移到宿主細胞中
(2) 精準度及穩定度：包含了長時間精確調控的基因表現、準確傳送基因至指定的目的以及準確插入特定染色體的特定位置。
(3) 容易製備（易於大量複製）
(4) 安全無副作用：目前最多已經批准與正在進行臨床試驗的病毒載體為腺病毒與反轉錄病毒，臨床結果當相當良好無副作用。

三、病毒載體的篩選因素

(1) 載體設計：先刪除病毒的非必需基因後將外源基因插入其中，在目標位點遞送。
(2) 基因遞送模式：針對特定的病毒設計基因傳遞模式，如腺病毒，反轉錄病毒，慢病毒，腺相關病毒（AAV）和單純皰疹病毒（HSV）
(3) 載體質量：複製能力（製造難度）、轉染分裂和非分裂細胞能力、精準度及穩定度。
(4) 當前已被廣泛使用的載體系統：重組腺病毒和慢病毒是目前應用最廣泛的系統。

四、當前面臨的挑戰

(1) 缺乏通用性：如何建立不會對人體產生不良免疫反應的通用載體是當前的一大挑戰，需要發展能施用給任何人群的通用血清型載體。
(2) 增強穩定性並產量和產能短缺的問題
(3) 高成本和可擴展性：病毒載體不容易複製，因此導致較高的製造成本。
(4) 有效負載(Payload)缺點：有效負載約為4.8至5 KB。大於5 KB效價(Titre)會下降。

五、提高產能的方法

(1) 生物反應器(Bioreactors)的改良：臨床生產的標準體積是50L，生產設施最大可提供200L。目前一般使用iCELLis 500，當前正開發色譜膜平台(Chromatography Membrane Platform)的高細胞密度生物反應器，其尺寸較小但產量不變，可望降低成本達十倍。
(2) 產量提高：每個載體和細胞株都有特異性，根據其特異性添加啟動子(Synthetic Promoters)及修飾載體骨架(Backbones)有助提高產量。
(3) 優化製造及檢測流程：遵循cGMP（註二）避免交叉污染。在遵循準則的同時，標準化的質量檢驗可以增加良率並縮短製造時間。

六、CDMO之當前發展

隨著製藥公司的價格壓力增加，將製造外包給CDMO能有效減少運營支出，在高需求時製藥公司能靠著CDMO在較短時間內增加產量，確保出貨供應無虞。此外，一次性生物反應器能有效降低成本，進一步提高CDMO的營收。
CDMO開始時是透過私募股權成立，當前大型製藥公司和大型CDMO進行收購已成為趨勢。為擴大病毒載體生產能力，在2019年Thermofisher以17億美元收購Brammer Bio； Catalent以12億美元收購Paragon Bioservices。
或是，由兩個CDMO組成更大部門以擴大製造力。2019年Cognate Bioservices收購Cobra Biologics；兩家法國公司Flash Therapeutics及Vectalys合併並利用獨家病毒載體技術來開發CAR-T細胞療法。荷蘭的Batavia Biosciences和瑞典的Valneva Sweden AB合作開發HIP-Vax平台生產低成本脊髓灰質炎疫苗(Polio Vaccine)。
另外，亦可發展與學術單位的合作。例如：GenIbet已與加泰羅尼亞研究所合作提供溶瘤病毒載體(Oncolytic Viral Vectors)用於致癌基因療法。FUJIFILM Diosynth利用牛津遺傳學先進的AAV (Adeno-associated Viral)系統開發基因療法能減少25％製造時間。Xphyos與Vive Biotech合作利用Xphyos開發的慢病毒專業知識可轉換的CAR-T細胞療法。

七、病毒載體的創新與革新

(1) Batavia Bioscience：正開發新生產平台，預計減少90%生產成本。與許多單位合作如：WHO、BMGF（註三），國家衛生研究院（NIH），東京大學和The Wistar（註四），以開發針對麻疹，尼帕病毒，風疹疫苗和其他新興傳染病的疫苗為主。
(2) Cobra Biologics：這家英國公司被Cognate Bioservices收購將其業務擴展到美國。Cobra原在瑞典和英國擁有製造工廠並擴大了其在英國的製造部門。今年得到開發COVID-19疫苗的合約。
(3) Catalent：成立超過80年，業務涵蓋基因治療、細胞治療、疫苗和溶瘤病毒開發（註五）。有生產多達90個AAV、慢病毒、腺病毒 cGMP生產批次及試驗能力，還具有200L，400L及800L不同體積的生物反應器。
(4) Oxford Biomedica：在開發慢病毒載體有豐富經驗，擁有許多先進的病毒載體平台，例如TRiP SystemTM、SecNucTM和LentiStableTM。公司還整合了計算機軟體工具和機器學習功能，加快並簡化製造過程及載體設計，也是第一批獲得美國FDA和EMA批准的CAR-T細胞療法的公司。

八、未來發展與技術融合

獨家技術的趨勢使CDMO在產品開發中不可缺少。學術單位之研發缺乏可擴展性(Scalability)，因此大學開發的技術轉移給CDMO為公司生產病毒載體，讓大學與製藥公司合作開闢道路。
疫苗開發仍有長遠的路，利用CDMO能更有效探索不同方法和載體。基因療法的成功增加了製藥公司在病毒載體的投資意願，而收購和合作可幫助公司更快開發和流程優化節省時間和金錢。在過去幾年，基因療法開發方面合作價值數十億美元。目前成功案例已證明CDMO具有節約成本、時間、提高質量，並且開發出複雜的分離方法來進行有效製造。


註一 CMO/CDMO，viral vector Contract Research Development Organization。通過合約為製藥商、研發機構或大型藥廠在藥物研發過程中提供專業化服務的機構。
註二 GMP，Good Manufacture Practice，藥品優良製造規範。cGMP， Current Good Manufacture Practice，現行藥品優良製造規範，若藥品需出口至美國需向FDA申請檢驗以cGMP作為標準
註三 比爾與美琳達·蓋茲基金會（Bill & Melinda Gates Foundation）是全球最大的慈善基金會，資金達468億美元，主要贊助方向為醫療與教育。
註四 獨立從事生物醫學科學的非營利研究機構，專注在腫瘤學，免疫學，傳染病和疫苗。
註五 Oncolytic virus，偏好感染並溶蝕腫瘤細胞的病毒。