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2024年生醫領域新興技術(一):生物程序4.0、多效性肥胖療法、新生抗原疫苗

楊易軒、薛孝亭/ 發布日期:2024/07/31/ 瀏覽次數:405

一、前言

Frost & Sullivan在評估市場潛力、專利申請、募資狀態、2024年主流趨勢、經濟影響力等關鍵要素後,於生醫領域中,評選出多項未來2-4年內將對社會產生重大影響的新興技術,包括:生物程序4.0 (Bioprocessing 4.0)、多效性肥胖療法(Multi-agonist Obesity Therapeutics)、新生抗原疫苗(Neoantigen Vaccines)、次世代益生菌(Next-Gen Biotics)、量子藥物發現(Quantum Drug Discovery and Development)、數位神經生物標誌物(Digital Neuro-biomarkers)等。本文針對前3項新興技術,分述其定義、應用範疇、技術特點、代表性案例等(各項新興技術摘要與發展潛力請參閱圖一)。
 

 

二、生物程序4.0 (Bioprocessing 4.0)

生物程序4.0(Bioprocessing 4.0),或稱數位生物製造(digital biomanufacturing),為在生物製造系統中採用IoT、區塊鏈、AI等先進數位科技,監控生產過程、工廠營運和物流,以提高生產製造效率,降低整體營運成本,實現全自動化生物製造。

(一) 優勢與挑戰
工作流程自動化可以縮短生產製造時間,並且降低錯誤發生率。人工智慧與數據分析技術可即時監測與優化製程之關鍵參數,以提升生產效率並且優化產品品質。區塊鏈以及感測器等技術則有助於解決供應鏈管理面臨之挑戰,能在生物製造價值鏈中,實現可追溯性。然而,生物程序4.0之實現仍面臨許多限制,包含:技術人員和數據科學家短缺、開發成本高、缺乏互可操作性標準、資料複雜等。

(二) 未來發展趨勢預測
先進數位科技和AI將持續推動下一代生物製造的發展。預計近兩年內將有更多CDMO業者採用自動化製造、遠距性能監控以及透過AI建立預測模型等技術,以提升生產製造效率。同時,製藥業者正積極推動供應鏈數位化轉型,以確保生物製劑原料與產品的可追溯性。另外,數位孿生解決方案亦是業者關注的重點,估計2027年前,將有更多基因與細胞療法以及mRNA等先進製藥業者將透過AI與數位孿生優化細胞產品的生產流程,以提高生產效率與可預測性。預計到2028年,在個人化醫療與分散式製造需求之帶動下,移動式智慧生產製造設備將會陸續被推出市場,以實現藥物按需生產(Therapies-on-demand),同時提升細胞療法等先進療法藥物的可及性。

(三) 代表性案例

(1) 雲端生物反應器
開發廠商:美國Culture Biosciences
Culture Biosciences開發了雲端生物反應器,能遠距即時管理、分析和控制細胞培養等生物過程。此生物反應器採用模組化設計,易於調整生產規模,以滿足不同實驗需求。使用者能透過搭配的軟體Console,遠距設計、監控生產流程,並可透過軟體提供的AI工具即時進行數據分析,以優化生產流程、降低成本並提高產品品質。

(2) 以微流體為基礎的細胞與基因治療生產平台
開發廠商:英國MicrofluidX
MicrofluidX專注於開發以微流體生物反應器為基礎的細胞和基因治療(CGT)生產平台–Cyto Engine。此生物反應器設計採用可擴充式的模組化設計,能透過串接與堆疊多個生物反應器實現生產規模放大。Cyto Engine平台同時搭載了AI分析功能,能精準控制細胞培養的環境,並且能即時分析與優化生產製造流程,以提高製造效率,並且減少人為錯誤。

(3) 模組化的微型細胞工廠
開發廠商:法國Astraveus
Astraveus專注於開發模組化的微型細胞工廠,以提升細胞與基因療法(CGT)產品的製造能量,並且降低治療成本。其核心技術為以微流體技術為基礎的細胞生產平台Lakhesys。此平台具備特殊的微流體設計,能有效率地供應細胞養分,並且迅速排除細胞的代謝產物與廢棄物,提供細胞優異的生長環境以提高產量,同時減少試劑的消耗。此外,Lakhesys還具備緊湊、小型、模組化等優勢,可大幅降低製造成本,並且減少空間和能源需求。

 

三、多效性肥胖療法 (Multi-agonist Obesity Therapeutics)

多效性肥胖療法能同時活化GLP-1(glucagon like peptide-1)受體以及其他與葡萄糖代謝相關受體(如GIP受體),刺激胰臟分泌胰島素並且抑制升糖素,進而達到調控血糖代謝以及抑制食慾的作用。此類藥物由於具備提升飽足感、降低心血管風險以及良好的減重效果等功效,吸引了業者的關注與投入。

(一) 優勢與挑戰
目前以GLP-1受體為標的的肥胖多效性療法已展現優異的體重減輕效果。例如,Eli Lilly的Zepbound藥物能減輕約21%的體重,而Retatrutide藥物甚至能減輕高達24%的體重。另外,相較於單一促效劑(agonist),此療法具備更優異的安全性和更低的心血管風險,同時能減少噁心和嘔吐等副作用,目前正逐漸成為減重手術的替代首選。儘管此類藥物面臨著產量供不應求,以及需要透過注射形式施打等挑戰,但Eli Lilly等相關業者正積極提高產能,同時發展口服劑型以及長效藥劑,以提高患者服藥依從性,並且滿足不斷成長的減重藥物需求。

(二) 未來發展趨勢
重要發展趨勢有藥物再利用、綜合體重管理等。在藥物再利用方面,許多業者正積極將過去已核准用於糖尿病和其他代謝疾病之藥物,探索其於脂肪控制的效用,美國Akero Therapeutics正在將肝炎治療藥物Efruxifermin與GLP-1促效劑結合,探索其對肝臟脂肪減少的效果。另外Eli Lilly也在探索其減重藥物Zepbound於脂肪性肝炎、呼吸睡眠中止症等其他代謝性疾病之治療功效。在綜合體重管理方面,未來將藉由飲食調整、運動、生活習慣改變、抗肥胖藥物、手術干預等多管齊下的方式進行體重管理,以達到減少體重,同時降低心臟與代謝等疾病風險之目標。

(三) 代表性案例

(1) 減重藥物領導廠商
開發廠商:美國Eli Lilly
Zepbound為Eli Lilly開發的抗肥胖藥物,能同時刺激腸道荷爾蒙GLP-1與GIP的分泌,能降低食慾,同時減少食物攝取量,並可改善身體分解糖分和脂肪的效率。Zepbound於2023年11月獲得美國FDA批准用於肥胖治療。此藥物在臨床試驗中顯示出優異的減重效果(36 週內體重平均減輕了21%),並且具有良好的胃腸道與心血管安全性,適用於肥胖患者(BMI>27)且患有高血壓等與體重相關的醫療問題之成年人。Zepbound的成功促使Eli Lilly進一步投資擴大生產能力,以滿足全球市場需求。

(2) 減重藥物領導廠商
開發廠商:丹麥Novo Nordisk
CagriSema結合了兩種藥物,包括Semaglutide和Cagrilintide。其中Semaglutide為Novo Nordisk已獲得FDA許可的減重藥物,Cagrilintide則為具有減重潛力的新候選藥物。2022年的第二期臨床試驗顯示,CagriSema比單獨使用Semaglutide或Cagrilintide具有更顯著的體重減輕與血糖控制效果。2023年底,CagriSema展開了第三期臨床試驗,且此次臨床試驗將會與Eli Lilly的減重藥物Zepbound進行比較,以驗證CagriSema藥物的減重效果。

 

四、新生抗原(Neoantigen Vaccines)疫苗

新生抗原(Neoantigen, NAG)為腫瘤細胞因基因突變產生的獨特抗原。新生抗原疫苗為專門針對此類抗原的新型癌症疫苗,能誘發強烈的T細胞免疫反應,以消滅癌細胞,同時建立對癌細胞的長期免疫記憶,防止腫瘤復發。

(一) 類型、優勢與挑戰
新生抗原疫苗可區分為RNA疫苗、胜肽與蛋白質疫苗以及DNA疫苗等類型。胜肽與蛋白質疫苗為最常見的新生抗原疫苗,然而此類疫苗有較低的免疫原性(Immunogenicity),因此常需要佐劑以強化免疫反應;DNA疫苗具有成本低以及易於製造等優勢,但有嵌入使用者基因體的疑慮,目前此類疫苗多處於臨床1、2期;RNA疫苗為具有前途的個人化疫苗,能迅速誘發強烈的免疫反應,並且能大量生產,為目前最受關注的新生抗原疫苗類型。
相較於其他類型的免疫療法,由於新生抗原是腫瘤細胞特有的抗原,因此新生抗原疫苗具備高度的專一性,同時能減少脫靶產生的副作用,具有較優異的安全性。同時,新生抗原疫苗能夠在免疫細胞中建立長期的免疫記憶,提供治療後的長期保護。另外,新生抗原疫苗能針對患者的特定突變提供客製化疫苗,並且可與免疫檢查點抑制劑、化療、放射性療法及手術等多種治療方式結合,提高治療效果。

(二) 未來發展趨勢
未來新生抗原疫苗研發將著重於下列方向:(1) AI技術將會被廣泛應用於新生抗原發現與新疫苗設計,並且促使業者間的合作。例如免疫藥物研發公司萊芒生物與杭州紐安津生技合作利用AI發展新生抗原腫瘤疫苗;癌症免疫療法公司Transgene與AI公司NEC Corporation合作利用AI優化抗原篩選。(2)目前Moderna、BioNtech等業者正專注於核酸疫苗之發展,且許多核酸疫苗正在進行臨床試驗。預計2026年前將陸續有mRNA與DNA疫苗能獲得許可上市,自我擴增RNA (self-amplifying RNA)、環形RNA(circular RNA)等新型RNA疫苗亦將陸續展開臨床試驗。(3)在藥物遞送技術上,奈米顆粒和脂質體等新型藥物遞送技術,有助於提高疫苗在體內的穩定性,並且能確保疫苗能夠更有效地到達目標部位。預計未來將會發展出更多先進的藥物遞送技術,以進一步提升藥物遞送的能力且能更有效地誘發免疫反應。

(三) 代表性案例

(1) 以mRNA技術為基礎的個人化癌症疫苗
開發廠商:美國Moderna
Moderna公司專注於開發以mRNA技術為基礎的個人化癌症疫苗,包括利用先進基因定序技術識別患者腫瘤中的特異性新生抗原,並使用其強大的mRNA製造能量實現快速生產。目前Moderna正在開發黑色素瘤個人化mRNA癌症疫苗,同時與美國默沙東藥廠展開合作,搭配其黑色素瘤藥物Keytruda,發展突破性療法。去年年底Moderna發布的臨床試驗數據顯示此突破性療法具有優異治療效果,可降低罹患黑色素瘤患者 3 年後的死亡與復發風險。

(2) 以DNA質體為基礎的癌症疫苗
開發廠商:挪威Nykode Therapeutics
Nykode Therapeutics專注於開發創新型免疫治療和疫苗平台技術。其核心技術為創新的DNA質體(plasmid)。此質體在進入肌肉細胞後能產生獨特的蛋白質,稱為Vaccibody,能誘發強效、持久且具專一性的T細胞免疫反應。近期Nykode與Regeneron、Genentech、Adaptive Biotechnologies許多國際藥廠展開合作,開發癌症疫苗與傳染病疫苗。

 

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