本篇文章是介紹非病毒載體應用在基因治療、藥物傳遞、疫苗研發等等的趨勢報告，以下將簡述市場潛力、專利、資金、應用實例、挑戰、未來趨勢：

一、非病毒載體藥物傳遞的市場潛力：
根據估計2021年至2025年累積的市場約618.5億美元，目前COVID-19的mRNA 疫苗中已證明非病毒載體的大規模生產、臨床評估和大規模應用是具有潛力的，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。2021年非病毒載體技術的市場為99.7億美元，預計未來五年的複合年成長率將超過10%，到2025年可能達到150億美元左右。
若依照地區不同評估市場潛力，可分為以下：
(1) 亞太地區：醫療開發成本不斷上升使得較昂貴的技術不易進入亞太地區，未來要著重於具有成本效益的開發、製造和運輸。
(2) 北美：基於非病毒載體的基因治療藥物、疫苗和其他醫療應用的研發、智慧財產在北美地區較為突出，該領域的多數組織總部都位於美國，使得北美對非病毒載體市場擁有高度興趣和高投資。
(3) 歐洲：歐洲在非病毒載體的研發、智慧財產和投資方面有著與北美相似的模式。預計非病毒載體藥物將引起歐洲、北美和部分亞洲國家的更多興趣。

二、全球核酸和質體DNA於專利申請中的趨勢
在2018年至2020年間，全球約有3500多項關於非病毒載體的專利申請，非病毒載體藥物傳遞研究和專利呈穩定成長。專利申請最多的是學術組織；商業組織上主要的參與者則是Sangamo Therapeutics、Novartis 和 Moderna 公司。從地區來分，美國、世界智慧財產權組織、澳洲是前三大的專利管轄區，其次是歐洲地區。
根據Frost & Sullivan觀點，非病毒載體優於病毒載體已是趨勢，但是仍受限於其基因轉殖效率普遍偏低，因此許多參與者正致力於優化非病毒載體的效率。另外，對核酸疫苗的興趣日益增加也將推動非病毒載體的研發和臨床應用。

三、與非病毒載體藥物傳遞相關的政府資金及企業參與者
(1) 政府資金：
估計在2019年至2020年間，全球有約48 億美元的公共基金，由於COVID-19 大流行導致資金增加了一倍多。美國國家衛生研究院用於投資非病毒載體、寡核苷酸療法、奈米載體、DNA和mRNA疫苗的總資金接近14億美元。因為COVID-19的大流行，Moderna Therapeutics 從美國聯邦政府獲得 15.25 億美元，Pfizer-BioNTech也從美國聯邦政府獲得 19.5 億美元，CureVac 從德國政府獲得 2.99 億美元的資金，用於開發、製造和供應基於非病毒載體藥物傳遞的COVID-19 mRNA 疫苗。

(2)主要企業參與者：
德國公司 CureVac 是 mRNA 療法的先驅，其是第一家成功使用mRNA應用到臨床治療的公司，目前CureVac有幾個針對傳染症和癌症的疫苗以及COVID-19的mRNA疫苗。其他從事類似領域的公司還有德國 BioNTech（2020 年第三季度融資 12 億美元）和美國 Moderna Therapeutics（2020 年第四季度融資 52.5 億美元）。

美國的Sanofi Genzyme是間著重於腫瘤學、免疫學、罕見疾病、血液疾病和多發性硬化症的公司，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 合作開發一種基於 mRNA 的 COVID-19 疫苗，Translate Bio 擁有多種基於 mRNA 的療法，用於傳染病（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。其他開發非病毒載體藥物傳遞的著名組織是貝勒醫學院、Transgene SA 和 CSL Behring。

加拿大的 Acuitas Therapeutics 是一家小型生物技術公司，專門開發應用奈米粒子於核酸治療的傳遞系統，他們的技術應用在Pfizer-BioNTech的 COVID-19疫苗製造上。美國 Arcturus Therapeutics 正在開發包括 mRNA、RNA 和 DNA 疫苗，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。Avanti Polar Lipids和Evonik則是生產脂質奈米粒子的兩大領先生物製劑委託開發製造公司。

四、使用陽離子聚合物開發非病毒載體藥物傳遞平台的潛力
以下將介紹多種聚合物應用於非病毒載體藥物和基因傳遞系統：
(1) 微脂體：微脂體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：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（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（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。

五、目前批准的非病毒載體用於疾病治療和疫苗使用的例子
非病毒載體的藥物傳遞對於基因治療、癌症治療和疫苗的成功至關重要，以下為幾個應用於疾病治療和COVID-19疫苗使用的簡介：
1. 疾病治療：
(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) Collategene 是由日本的AnGes，其開發了一個與血管生成相關的基因質體，並且用於急性的肢體缺血。它於2019年在日本獲得批准。
2. 疫苗使用：
目前，有少數非病毒載體平台獲得批准，並且有許多正在臨床前和臨床開發中進行評估。目前市場上的非病毒載體的產品主要是使用脂質奈米粒子搭載mRNA製備COVID-19疫苗，有兩項產品可以使用：Pfizer-BioNTech 的 BNT162（在歐洲也稱為 Comirnaty）和 Moderna Therapeutics 的 mRNA-1273。其他也有許多非病毒載體的疫苗仍處於開發階段，未來有望加速非病毒載體應用於細胞治療、基因治療、取代抗體和蛋白質、基因編輯、核酸疫苗的開發。

六、非病毒載體技術欲克服之提高基因轉殖效率
目前大多數的基因治療都是使用病毒載體作為基因載體，而非病毒載體藥物的應用能相當有限，多數的研究都還處在學術環境階段。而近期含有RNA的非病毒載體的穩定度、配方和生產都已逐漸改善，並廣泛應用於COVID-19 mRNA疫苗。未來如何提高對於細胞的基因轉殖效率將能夠加速非病毒藥物載體的進展。
1. 非病毒載體從學術機構轉譯至工業界所需解決的挑戰：
(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。
2. 提高基因轉殖效率之潛在解決方案：
磁轉染、超音波和電穿孔在多數的動物模型和特定的器官系統都顯示了可以改善基因轉殖，然而，將其更為廣泛的應用於人類進行臨床轉譯，將是未來的一個熱門的研究領域。其他技術還有使用優化的 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。

七、非病毒載體藥物傳遞在基因治療、疫苗和癌症治療中未來成長機會
(1) 新的商業模式和技術成長機會：
細胞和基因治療的目的是表達缺少的基因或抑制缺陷基因的表達。基因治療的首要目標是將想要的基因傳遞至目標細胞內，而不引發免疫反應。以非病毒載體應用於基因治療和疫苗傳遞方面越來越受到關注。當前的非病毒載體藥物傳遞平台正在尋求各種開發和商業化的方法，轉殖目標基因用於基因治療和核酸疫苗上，包括寡核苷酸藥物、奈米載體和基於核酸的奈米藥物。

傳統上的病毒載體雖有效，但其製造方法極其複雜、昂貴、且在放大製程上具有挑戰性。相對的，製造非病毒載體較為簡單快速，然而，非病毒載體之中的mRNA 的保存是相當困難的，如何設計高穩定性的載體即成為一個問題，研究人員正在研究能夠使mRNA在較高溫或室溫仍能穩定的新配方，這些開發成果將可以轉譯應用於多種非病毒載體的療法。開發穩定、有效且具有成本效益的基因表現系統，將是其應用於基因治療、疫苗和癌症的關鍵技術。

基因治療對於健康和醫學是相當重要的技術，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。

(2)非病毒載體幫助基因治療更具商業可行性：
現行的基因治療相對於患者來說都過於昂貴，由於非病毒載體具有低免疫原性、高基因負載能力和相對容易的生產性質，這將有助於降低基因治療的成本。除此之外，與病毒載體相比，非病毒載體通常更安全，而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，以上幾點都使得非病毒載體在基因治療上已成為發展趨勢。

(3) 未來非病毒載體的發展趨勢：
非病毒載體未來的製劑在設計時需要考慮其於體內時，與血清成分的交互作用力、生物分佈、毒性和細胞滲透能力，未來的發展將會以基於人工合成聚合物為主，研發重點是要開發出更穩定的配方、生產、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。