一、非病毒載體技術發展現況

基因治療的首要步驟是將想要的基因傳遞至目標細胞(Targeted Cells)內，而不引發免疫反應。在分子生物學與遺傳工程中，載體(Vector)即為攜帶並傳遞基因的運載工具。傳統的病毒載體雖然有效，但其製造方法複雜、昂貴，在放大製程上相當具挑戰性。相較之下，生產非病毒載體的程序較為簡單、快速，且其具有低免疫原性(immunogenicity)、高基因負載能力等優勢。此外，非病毒載體通常也更安全，其所使用的脂質和聚合物的化學結構也可以根據不同的應用進行微調，因此，非病毒載體在基因療法、癌症治療、疫苗等應用領域皆相當具發展潛力。
根據統計資料顯示，美國國家衛生研究院(NIH)，於2019年至2020年間，在非病毒載體(Non-viral Vectors)、寡核苷酸療法(Oligonucleotide Therapeautics)、奈米載體(Nanocarriers)、DNA和mRNA疫苗等項目之總投入研發金額達近14億美元。受COVID-19疫情爆發的影響，各國政府亦投入資金協助廠商進行非病毒載體藥物傳遞的COVID-19 mRNA 疫苗研發與製造。美國聯邦政府即針對Moderna Therapeutics與Pfizer-BioNTech 兩家製藥公司分別投入約15億美元與19億美元的資金，而CureVac 則由德國政府取得約3億美元的資金。
目前COVID-19的mRNA 疫苗已被全球廣泛地使用，並成功地驗證非病毒載體的大規模生產、臨床評估和大規模應用是具可發展性，這一趨勢將推動基於非病毒載體的藥物傳遞系統在各種應用中的發展。

二、市場上具代表性之廠商與相關療法

(一) RNA療法開發領域
美國Sanofi Genzyme生技公司著重於開發腫瘤學、免疫學、罕見疾病、血液疾病和多發性硬化症等疾病之相關療法，其包括多種基於RNA的療法，例如：RNA干擾（RNAi）療法應用於血友病、微小RNA21（miRNA21）應用於艾柏症候群。該公司也與美國 Translate Bio 進行研發合作，藉由Translate Bio在傳染病（病毒、細菌病原體和流感）以及肝和肺（囊性纖維化、先天性纖毛運動異常和肺動脈高壓）疾病之mRNA技術利基，強化自身技術之應用性。另外，美國 Arcturus Therapeutics也是該領域受注目之公司，其技術項目包括：mRNA、siRNA、miRNA、反義寡核苷酸的基因沉默，通過 CRISPR、類轉錄活化因子核酸酶和核酸內切酶進行基因編輯等等。
(二) 奈米脂質開發領域
加拿大Acuitas Therapeutics公司為一小型生技研發公司，專門開發應用奈米粒子於核酸治療的傳遞系統。其技術已成功地應用於Pfizer-BioNTech的 COVID-19疫苗製造上。另外，美國Avanti Polar Lipids與德國Evonik為全球生產脂質奈米粒子兩大領先生物製劑委託開發製造公司。
(三)目前已被核准使用之非病毒載體疾病療法
目前核准使用之非病毒載體疾病療法與產品數量並不多，除了美國FDA已於今年八月份批准Pfizer-BioNTech COVID-19疫苗藥證之外，尚有如：
(1) Neovasculogen是俄羅斯人類幹細胞研究所於2012年被批准的一項基因治療產品，由血管內皮生長因子的基因質體組成，用來治療動脈粥狀硬化、周邊動脈疾病和急性肢體缺血的基因療法。
(2) SPINRAZA是美國Biogen開發的一種反義寡核苷酸療法，透過改變mRNA並且調節與脊髓性肌肉萎縮症相關的SMN基因表達，進而維持運動神經元正常的生長，用來治療兒童和成人的脊髓性肌肉萎縮症。其於2017年獲得批准。
(3)日本AnGes開發了一個名為Collategene之療法，其為與血管生成相關的基因質體，用於急性的肢體缺血，該療法已於2019年在日本獲得批准。

三、具開發潛力之聚合物

陽離子聚合物(Cationic Polymers)為開發非病毒載體藥物傳遞平台之關鍵技術之一，圖一列舉數種著名的項目，其特性說明如下：

(1) 陽離子脂質(Cationic Lipids)：例如微脂體(Liposomes)，是具有與細胞膜結構相似的脂質微粒，可以將DNA包覆在裡面並將這些基因壓縮成極小的結構。根據微脂體不同的形狀、電荷、受體和化學性質，會影響其影響細胞的轉染效率。
(2) 多醣體(Polysaccharides)：基於天然多醣體的奈米粒子和多醣膠體已被研究用於基因傳遞，多醣體可以與帶負電荷的 DNA 形成共價鍵和離子鍵並形成複合物，常用的多醣體包括：幾丁聚醣、果膠、聚N-乙醯基葡萄糖胺。
(3) 聚乙烯亞胺(Polyethylenimine, PEI)：PEI是帶正電的高分子，具有大量的胺基，被細胞吞噬後，會在胞內體和溶酶體破裂，並且將非病毒載體的基因釋放，PEI修飾的高分子可以用於提高細胞轉染效率。
(4) 聚離氨酸(Poly-L-lysine, PLL)：PLL是帶正電的高分子，擁有許多親水性氨基，目前已有許多研究使用PLL與其他高分子形成的共聚物，應用於基因傳遞之中。

四、非病毒載體產業化之關鍵技術

目前許多非病毒載體藥物研發尚處於學術研究階段，在產業化的過程中，主要面對的挑戰包括：(1)基因傳遞效率低，導致基因轉染後的基因表現低；(2) 體外細胞實驗結果優異，然而其進入體內應用後效率卻不盡相同；(3) 細胞胞吞載體之後，如何從胞內體釋放出來也會影響其轉染效率；(4) 即便成功轉染，但是在細胞分裂時基因也容易被丟失及除去等與維持細胞的基因轉殖效率相關之問題。
磁轉染(Magnetofection)、超音波(Ultrasound-mediated)和電穿孔(Electroporation)等技術在多數的動物模型和特定的器官系統之試驗結果皆顯示可改善基因轉殖效率，然而，將其更為廣泛地應用於人類進行臨床轉譯，將尚待更多的研究與驗證。另外，使用優化的 DNA 和新的序列，例如使用整合質體系統，像是Sleeping Beauty基因轉位系統、phiC31、使用細胞專一性啟動子等等亦是有潛力的解決方案。
此外，另一技術需求為穩定性，由於非病毒載體中之mRNA相當不易保存，因此，如何使mRNA在較高溫或室溫條件下，仍能處於穩定的狀態亦是另一項非病毒載體開發之重要關鍵技術。

五、結語

基因治療是當代醫學突破性發展指標，然而由於缺乏標準方法，基因治療的結果在不同環境下是不盡相同的，導致其不易滿足實驗可重複性。因此，目前極需要能夠簡化工作流程、標準化方法和分析之平台，並且可應用於各種裝置，比較結果和評估不一致的參數。此外，非病毒載體未來的製劑在設計時亦需考慮其於體內時，與血清成分的交互作用力、生物分佈、毒性和細胞滲透能力等。預期未來研發主軸將會以基於人工合成聚合物為主，聚焦於更穩定的配方、優化製程、提高細胞滲透性、共聚高分子、超順磁性奈米粒子和基於脂質體的載體等方面，以開發低成本、具市場競爭力之相關產品。