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精準醫療創新技術案例分析 Recent Advances in Biomanufacturing, Diagnostics and Precision Medicine
2025/04/18
Frost & Sullivan
www.frost.com
根據Frost & Sullivan的研究報告,探討七項精準醫療相關的創新技術案例分析:
一、細胞與基因療法製造平台
代表性廠商:英國 Ori Biotech
儘管細胞與基因療法(CGT)可治療多種癌症,但仍面臨製造的挑戰,傳統的細胞製造不僅成本昂貴,品質不穩定,更難以同時處理大量患者的細胞,當治療需求增加時,很難迅速擴大生產,除此之外,製造流程需要耗費數周時間,對於急需治療的患者而言,等待時間過長,可能導致生命危險。為了克服這些生產障礙,Ori Biotech推出細胞療法製造平台IRO。

IRO平台整合專屬軟硬體、耗材、數據和分析功能,採用OriConnect無管無菌連接技術,實現自動化流體處理,以及利用可調節混合的波紋管生物反應器。該平台可將生產成本降低30-50%,勞力需求減少50-70%,處理時間縮短25%,並可在GMP等級C或D潔淨室進行製造,在1000平方英尺的空間內年產約1000劑。IRO平台具備自研發至臨床及商業化製造的快速轉換,可將療法開發時間縮短數年,首批產品預計於2025年初提供至客戶現場。

二、體細胞基因體學平台
代表性廠商:英國 Quotient Therapeutics
當人體細胞發生體突變後,將面臨以下情境:有害的突變可能導致細胞死亡或功能異常,有益的突變則讓細胞更健康,中性的突變不影響細胞功能。透過觀察哪些突變的細胞能在疾病環境中存活,科學家可以找出對抗疾病的關鍵基因。然而,傳統的遺傳學研究多著重比較健康個體與病人的天生基因差異,無法捕捉到這些在生活過程中自然發生的重要基因變化。

Quotient開發的體細胞基因體學平台專門尋找這些被傳統方法忽略的基因線索。該平台採用精確度較傳統方法高出千萬倍的單分子基因分型技術,能夠在人體組織中系統性地追蹤基因變異如何隨時間發展,特別是那些與疾病抵抗力或易感性相關的變化,更重要的是,這個平台只需要極少量的臨床樣本(10-100個)就能進行研究,甚至可以分析罕見疾病,透過觀察細胞在疾病環境中經由自然選擇所篩選出的基因型,發現具有內在驗證價值的治療標靶,為開發突破性療法提供新的方向,公司預計到2025年底研究多達30種疾病,並擴大研發團隊至英國劍橋和美國麻省理工學院。

三 、新世代精準癌症治療平台
代表性廠商:美國 IDEAYA Biosciences
許多傳統治療癌症的方法,如:化療,雖針對腫瘤細胞進行殺害但同時也會損害健康組織,造成嚴重的副作用。治療時間越久,某些腫瘤對特定藥物產生抗藥性,且大部分腫瘤沒有"可藥物化"的突變或直接的治療標靶。所謂「合成致死性 (Synthetic Lethality) 」 是指同時抑制兩個非致死基因將導致細胞死亡,但單獨失去其中一個基因時細胞仍能存活。癌細胞由於本身已經有某些基因缺陷,如果我們能找到並阻斷與這些缺陷基因具有合成致死關係的另一個基因,就能選擇性地殺死癌細胞,而正常細胞因為沒有原始的基因缺陷,所以不會受到影響。IDEAYA是利用這個原理,針對具有特定基因突變的腫瘤開發精準的癌症治療方法,包括MTAP缺失(一種影響細胞代謝途徑的基因缺失,常見於多種癌症)、同源重組缺陷HRD(細胞DNA修復機制的缺陷,使癌細胞更容易累積基因損傷)以及GNAQ/GNA11突變(影響細胞信號傳導的基因變異,常見於葡萄膜黑色素瘤)。

IDEAYA的合成致死性平台通過功能基因體學、CRISPR篩選和AI驅動的生物標記發現來識別這些致命的基因組合,並使用藥物化學、高通量篩選和結構為基礎的藥物設計來創造強效的小分子抑制劑,如MAT2A抑制劑(阻斷細胞代謝途徑的藥物)和PARG抑制劑(干擾DNA修復過程的藥物),這些藥物可針對性阻斷基因缺陷癌細胞所依賴的補償性存活途徑,讓癌細胞無法繼續生存。透過結合機器學習來持續優化生物標記選擇和化學結構,相較於傳統治療具有更低的毒性和更少的抗藥性風險,目前已將研究範圍擴展至肺癌、結直腸癌、胰腺癌和腦部惡性腫瘤等多種癌症類型。

四、新世代基因編輯技術
代表性廠商:美國 Qi Biodesign
傳統的引子編輯(Prime-editing)技術使用一種稱為pegRNA(Prime-editing Guide RNA, pegRNA)的分子作為引子,然而,傳統引子編輯使用線性構造的pegRNA結構不穩定,容易在細胞內降解,且需要傳送多個大型的分子組件到細胞內,增加了技術複雜度和失敗風險,這些結構問題會阻礙編輯效率,讓基因編輯的準確性和成功率下降,為了克服困難,Qi Biodesign的研究人員開發以環狀RNA的引子編輯器(Circular RNA-Mediated Prime Editors, CPEs),突破傳統技術限制。

Qi Biodesign開發的SEEDITTM平台是一個基因編輯系統,整合多種技術來提供準確、有效和可擴展的基因改造能力。該平台使用鹼基編輯器(可以直接改變單個DNA字母而不需要切斷DNA雙鏈的工具)、RNA引導的核酸酶(能夠非常精確地找到並切割特定DNA序列的分子剪刀)以及專為植物基因設計的引子編輯器,可以在植物細胞中進行精確的基因插入和刪除。該平台最重要的創新是PrimeRoot編輯器,這是一種獨家技術,能夠進行大片段DNA的精確插入和複雜的基因修改,比傳統的CRISPR技術更加準確和高效,SEEDITTM平台的多重編輯能力使其能夠同時修改多個基因,相比傳統只能針對單一基因的編輯平台,大幅加速了基因性狀的發現和優化過程,這項技術在作物改良、生物製藥和創新生物技術突破方面具有巨大潛力,Qi Biodesign正致力於產品開發並建立商業化平台來加速從研究到市場的轉化過程。

五、表觀遺傳療法
代表性廠商:美國 Epicrispr Biotechnologies
面肩肱型肌營養不良症(Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy, FSHD) 是一種遺傳性肌肉疾病,主要影響患者臉部、肩膀和上臂的肌肉功能,致病機轉爲第4號染色體上的D4Z4區域異常調控,正常情況下,這個區域有許多重複的DNA片段並帶有甲基化修飾來抑制有害的DUX4基因表現,但FSHD患者的重複片段數量異常減少,導致甲基化程度降低,使得對肌肉細胞有毒性的DUX4蛋白質開始大量產生,導致肌肉逐漸退化萎縮。目前FSHD的治療主要是症狀管理而非從疾病機制下手,如復健和物理治療等支持性照護,這些治療方法不但不能解決遺傳失調問題,也不能恢復D4Z4區域的正常甲基化,因此無法治癒疾病。

EPI-321採用小型、非切割、去活化的Cas(dCas)蛋白來調節基因表現,避免傳統CRISPR造成的DNA雙鏈斷裂風險,並透過單一腺病毒(AAVrh74)載體給藥,簡化傳統給藥方式。EPI-321可重建甲基化到染色體4上的低甲基化區域D4Z4區域的甲基化狀態,進而抑制致病基因DUX4之表現,EPI-321 在FSHD患者來源的細胞株中展示了超過90%的DUX4表達抑制,效果持續超過75天。

六、多特異性抗體平台
代表性廠商:美國 ModeX Therapeutics
現代醫學面臨大多數疾病,特別是癌症、自體免疫疾病和複雜的慢性病,都涉及多個生物途徑的異常,而非單一基因或蛋白質的因素,然而絕大多數藥物都只能針對一個特定標靶發揮作用,導致患者需要同時服用多種藥物控制不同的病理途徑,不僅增加了副作用風險,也可能產生藥物間的相互作用,然而,疾病仍會找到替代路徑產生抗藥性,使得原本有效的治療逐漸失效。儘管科學家早就認識到需要同時作用於多個標靶的重要性,但缺乏靈活且易於生產的生物製劑平台來開發真正能夠同時針對三個或更多標靶的多特異性藥物,這種技術和製造上的瓶頸嚴重阻礙治療方法的發展。

ModeX開發了MSTAR(Multispecific Tethered Antibody Redirectors)平台,以高效力和特異性改善腫瘤標靶和免疫細胞參與,MSTAR平台採用束縛架構(Tethered Architecture),將多個抗體有目的地排列或連結以最大化其功能協同效應,確保高親和力和與腫瘤及免疫細胞的延長接觸。MSTAR分子同時結合腫瘤相關抗原和免疫效應細胞,通過這種雙重標靶過程成功地將免疫細胞重新導向癌細胞,導致細胞毒性效果增強,該平台的模組化設計使得能夠快速測試大量抗原結合域組合,ModeX透過融合天然蛋白質結構,開發出具有獨特多重特異性的抗體分子,突破傳統單一標靶的治療限制。

七、組織標靶藥物傳遞
代表性廠商:美國 Aro Biotherapeutics
基因療法是針對疾病的基因進行治療,然而,基因療法目前的主要挑戰在於如何將藥物精確送達到需要治療的特定器官和組織,尤其是肝臟以外的組織。目前大多數療法只能有效傳遞到肝臟,但其他器官則缺乏,當藥物無法精確標靶時,會降低特定器官和組織接受的劑量,並造成健康組織的毒性傷害,導致治療效果不佳,及增加副作用風險。

Aro使用蛋白質工程、核酸化學和疾病基因生物學來開發嚴重疾病的藥物,Centyrins是Aro開發的一種人工設計的小型蛋白質,其設計源自人類蛋白質Tenascin C (一種構成細胞間結構支撐的細胞外基質蛋白質),用於在細胞內環境中傳遞治療劑,研究人員通過改變Centyrin蛋白質的氨基酸序列,製造出多樣的變體,然後從中篩選出能夠最精確、最緊密結合目標組織的最佳版本,Centyrin結構簡單,且小尺寸能有效穿透組織及細胞內的穩定性,適合用於高效率藥物傳遞。
林鈺喬
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