一、生物加工4.0 (Bioprocessing 4.0)

1. 定義與範疇:
生物加工4.0是在生物製造系統中採用數位化和先進技術，提高整體效率。應用範疇包括物聯網（IoT）、人工智慧（AI）、數位對映、生物傳感器、資料分析和先進自動化。
2. 技術特點及優勢:
生物加工4.0透過數位化和自動化技術，提高可靠性並改善產線的製程分析技術。其優勢在於工作流程自動化可以增加製程的可放大性。透過AI或機器學習（ML）增強了監控關鍵製程參數和關鍵品質特性的效率。區塊鏈技術有助於解決製程開發和商業供應準備過程中追踪生物製劑的挑戰。目前尚待解決的挑戰包含：技術人員和數據科學家短缺、高開發成本、缺乏互操作性、複雜的資料模型。
3. 現階段投入概況
數位平台的推出將推動生物加工4.0成長，市場年均複合成長率為10.5%，預計2028年將達到304.7億美元。在2022年至2023年間，生物加工4.0吸引了超過325億美元的資金。政府資助計畫以英國和美國為首，支持新興技術的企業發展，在各地建立全自動化、數位化的製造中心；私人資金領域則包含基於雲端的生物反應器、微流道生物處理器和整合技術平台。
4. 創新案例
(1) MicrofluidX，英國
成立於2018年，其正在開發先進、可放大製程的細胞和基因治療平台。該公司的Cyto Engine平台使用了線上製藥製程分析技術和生物製程優化的AI與ML，開發基於微流道的生物反應器進行細胞放大。
(2) Rentschler Biopharma，德國、CGT Catapult和Refeyn，英國
在2023年，Rentschler Biopharma與CGT Catapult和Refeyn達成了一項為期2年的合作協議，改進基因治療製造的製藥製程分析技術。該合作旨在開發一個自動監控系統，以增強Rentschler Biopharma腺相關病毒的製造效率。
5. 未來展望
先進數位技術和AI將推動下一代的生物製造，目前許多委託開發暨製造服務（CDMO）在其工作流程中採用生物加工4.0原則，預計更多CDMO將採用自動化製造、遠程性能監控以及AI和ML進行流程開發效率和預測建模。透過數位化供應鏈的轉變可防止偽造，並確保生物製劑的追蹤。數位孿生解決方案也將在發展mRNA技術和細胞、基因治療方面成長。

二、多效性肥胖治療(Multi-agonist Obesity Therapeutics)

1. 定義與範疇
多效性肥胖治療包括腸泌素類似物、活化類升糖素胜肽-1受體（GLP-1R）和其他葡萄糖/葡聚糖受體的配方，針對有效誘導飽足感並減少飢餓感來治療肥胖，並且降低了噁心、嘔吐不良和心血管事件的風險。
2. 技術特點及優勢
基於GLP-1的多效性藥物優勢已顯示出其有超過20％使用者體重減輕，並且具更好的胃腸安全性和更低的心臟代謝症候群的風險。尚待解決的挑戰是供應短缺，大型製藥公司計劃增加生產能力，以滿足對肥胖藥物不斷成長的需求。另一挑戰為患者的順從性，目前這些藥物主要以每週一次的靜脈注射形式給予，開發新型給藥配方如口服藥物和長效藥物將有助於提高患者的順從性。
3. 現階段投入概況
Novo Nordisk和Eli Lilly是全球抗肥胖藥物行業的領導者，它們正積極收購開發創新肥胖藥物的新生物技術公司，以擴大其抗肥胖藥物組合。整體市場年均複合成長率為70.5%。全球資金的部分，在2022年和2023年，約有9.7億美元的資金投入到肥胖治療的研究和開發中。美國對肥胖治療的政府資金在2022年至2023年為3000萬美元；2022年，英國政府宣布為新肥胖治療的研究提供2417萬美元的政府資金。
4. 創新案例
(1) Eli Lilly，美國
該公司於2023年11月獲得美國FDA批准用於肥胖治療的雙GIP/GLP-1受體拮抗劑Zepbound。Eli Lilly也正在進行retatrutide（三重受體拮抗劑）第三期試驗，預計將成為挑戰Novo Nordisk暢銷藥物Wegovy（semaglutide）的競爭對手。
(2) Novo Nordisk，丹麥
該公司於2023年11月開始評估cagrilintide和semaglutide的組合物CagriSema的有效性，目前正進入第三階段試驗。早期臨床研究表明，Novo Nordisk的CagriSema組合療法將比單獨使用semaglutide有更好的體重減輕和血糖控制。若獲批准後，CagriSema將與Eli Lilly的Zepbound在多效性肥胖治療領域競爭。
5. 未來展望
此類型的藥物未來有再利用趨勢，例如：Zepbound已經在第三期試驗中探索其用於代謝性疾病的能力，如非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、心衰、睡眠呼吸中止和心血管併發症；先前批准用於糖尿病和其他代謝性疾病的藥物也將在臨床上用於減輕脂肪。結合數位診斷平台和精準醫學解決方案的個人化醫療方法將為肥胖治療提供長期成長機會。

三、新抗原疫苗 (Neoantigen (NAG) Vaccines)

1. 定義與範疇
新抗原疫苗是治療性癌症疫苗，用以靶向患者特定的腫瘤新抗原，誘導T細胞反應消除癌細胞並產生持久的記憶。正在開發的新抗原癌症疫苗可以對抗多種類型的實體腫瘤，既可作為單獨治療，也可與其他免疫腫瘤學方法結合使用。正在開發的疫苗包括可以大規模快速生產的mRNA、環狀RNA和自我擴增RNA新抗原疫苗，此外，還有基於胜肽、DNA和細胞的新抗原疫苗也在臨床開發中。
2. 技術特點及優勢
新抗原疫苗是具針對性、強效、安全且具免疫原性的治療性癌症疫苗，它們僅對腫瘤細胞中錯義突變產生的抗原有特異性，其創建的免疫記憶可以防止腫瘤復發。新抗原疫苗可以應對目前癌症免疫療法的主要挑戰，例如：抗藥性、持久性、脫靶效應和自身免疫風險等等。
3. 現階段投入概況
預計到2028年，新抗原癌症疫苗行業的年複合成長率成長為35.3%，市場累計價值將達到6億美元。目前正在進行臨床三期試驗的新抗原疫苗可能會在未來2-3年獲得FDA批准。許多大型制藥公司，如Moderna和Merck積極參與推動了新抗原疫苗的開發，這將加強在改進藥物傳遞技術或AI/ML新抗原發現方面公司之間的合作機會。資金投入的部分，私人資金倡議主要來自主要的大型mRNA公司，如Moderna和BioNtech的內部研發投資用於新抗原疫苗的開發；政府資金部分，美國國家衛生研究院和歐盟CORDIS正積極投資於研發項目，例如2023年2月，美國政府投資了319億美元用於mRNA疫苗研究，其中一部分可用於新抗原疫苗的開發。
4. 創新案例
(1) PDC*line Pharma，法國和比利時
該家從法國血液銀行衍生出的公司，它開發來自樹突狀細胞系的疫苗，並能夠改善檢查點抑制劑的活性。該公司的治療重點是黑色素瘤、肺癌和新抗原用於大腸癌，目前其新抗原疫苗處於臨床前研究階段。
(2) Transgene，法國、NEC Corporation，日本
2024年1月，Transgene和NEC Corporation合作開發新抗原疫苗TG4050，該疫苗是使用Transgene基於病毒載體的myvac(R)平台和NEC Corporation的AI技術開發，該候選藥已完成第1期臨床試驗，並準備在2024年開始第2期臨床試驗。
5. 未來展望
AI在疫苗設計和新抗原識別的應用促進了許多新抗原發現和疫苗開發公司之間的合作關係。疫苗與檢查點抑制劑的組合大多處於臨床第1或第2期，例如，Moderna和Gritsone Bio將其新抗原疫苗候選藥與免疫檢查點抑制劑（NCT05456165）結合。除了胜肽疫苗外，核酸新抗原疫苗正在積極研究中。新佐劑的開發、新的傳遞技術也是一個未來發展方向，使用奈米粒子藥物傳遞載體可以提高新抗原疫苗的安全性和有效性，隨著新mRNA疫苗的出現，非病毒載體和奈米藥物傳遞系統的使用可能會增加。

四、次世代益生菌 (Next-Gen Biotics)

1. 定義與範疇
次世代益生菌技術包括工程化的益生菌、精準益生元、合生元、精神益生菌和後生元。可應用於消費者健康配方，如膳食補充劑、專用成分以及食品中。它們還包括消費者導向的生物診斷產品和服務，以實現個人化的健康和護膚效果。
2. 技術特點及優勢
次世代益生菌技術開發更為精準對健康有益處的技術，優化以滿足消費者的健康需求。其應用範圍包括腸道、免疫健康，並涵蓋了心理、代謝和皮膚健康等新的應用領域。此外，人們對透過改善居家清潔配方和空氣品質，在室內環境中的應用也越來越感興趣。該技術所需面臨的挑戰為：沒有足夠的臨床證明具有耐儲存的次世代益生菌菌株的可用性；缺乏監控管理的統一性限制了其對健康益處聲明的使用。
3. 現階段投入概況
基於組學的分析將加速新一代生物產品和服務的開發。北美在降低疾病風險領先，而歐洲在皮膚健康領域佔據主導地位。市場年均複合成長率為14.3%。資金的部分，在2022年和2023年，先進的益生菌和益生元技術在研究和醫療應用中共募集了約15億美元的政府和私人資金，這將加速產品在新型應用領域，如口腔護理、心理健康、皮膚護理甚至家庭護理中的發展。
4. 創新案例
(1) L'Oréal，法國
2023年，L'Oréal收購了精準益生菌公司Lactobio，推動基於次世代益生菌技術用於化妝品的開發。Lactobio是一家丹麥益生菌公司，成立於2017年，該公司使用先進的微生物組篩選和發現平台，從乳酸桿菌生物庫中創造精準益生菌。L'Oréal將這些益生菌用於局部配方中，以促進皮膚和頭髮的健康。
(2) Eagle Genomics，英國
該公司提供了e[datascientist]平台，使用大數據分析在生物組學研究中的應用。2022年，英國Unilever與Eagle Genomics合作，利用 e[datascientist] 平台開發改善皮膚屏障功能和保濕效果的護膚產品，並增加有益微生物表皮葡萄球菌的量。
5. 未來展望
行業整合與合作可以降低產品開發和商業化的風險，多家公司（如 Novonesis、L'Oréal、DSM）正尋求通過併購的方式，擴大其次世代生物產品組合並實現更廣泛的產品推廣。組學分析與AI分析平台的融合，將使更多產品和服務能夠優化以滿足個人化微生物組需求。增加生物技術、心理和代謝護理之間的交叉研究也是發展重點，日本的森永乳業已進行研究，顯示 B. breve MCC1274 能改善老年人的記憶功能，並有可能預防或延緩失智和阿茲海默症等疾病的發作；還有越來越多的證據顯示腸道微生物群在代謝疾病中的作用，這將引領預防醫療領域的發展。目前監管情況仍不統一，許多國家和地區（如美國、歐洲、日本、中國和澳大利亞）不允許在益生菌消費產品中加入減少疾病風險或治療聲明，由於臨床研究的證據增加，未來國家監管機構將可能重新審視監管框架，以更好地反映其在疾病預防和治療中的影響。