生物醫(yī)藥是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)今世界創(chuàng)新最為活躍、發(fā)展最為迅猛的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。新冠肺炎疫情全球大爆發(fā)更是凸顯了生物醫(yī)藥的重要性，世界各國(guó)紛紛把生物醫(yī)藥技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化提升作為國(guó)家戰(zhàn)略。

隨著生物技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，許多創(chuàng)新性的技術(shù)經(jīng)過多年的積累和研究的深入，逐步取得重大突破，促進(jìn)了創(chuàng)新型藥物的產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)生物醫(yī)藥行業(yè)從具有發(fā)展?jié)摿Φ母呒夹g(shù)產(chǎn)業(yè)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榕畈l(fā)展的高技術(shù)支柱產(chǎn)業(yè)。

2023 年，哪些生物醫(yī)藥技術(shù)在未來 1-3 年具備產(chǎn)業(yè)影響力、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新有哪些新趨勢(shì)？

DeepTech 密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展最新動(dòng)向，通過文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、專家訪談等手段，洞悉生物醫(yī)藥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，探尋具備技術(shù)顛覆性、具有產(chǎn)業(yè)化前景的先進(jìn)生物醫(yī)藥技術(shù)，并客觀真實(shí)地闡述其發(fā)展現(xiàn)狀，展望 2023 年十大生物醫(yī)藥技術(shù)趨勢(shì)。

掃碼查看完整報(bào)告

DeepTech 正式發(fā)布《2023 生物醫(yī)藥技術(shù)趨勢(shì)展望》研究報(bào)告。十項(xiàng)生物醫(yī)藥技術(shù)展望，涵蓋了生命科學(xué)和生物醫(yī)藥的底層技術(shù) CRISPR-Cas 基因編輯技術(shù)、酶促 DNA 合成、藥物遞送系統(tǒng)，從基礎(chǔ)研究進(jìn)入臨床階段的異種器官移植、CAR-NK 細(xì)胞治療、噬菌體療法，實(shí)現(xiàn)賽道破冰的微生態(tài)療法，以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并將有更多創(chuàng)新突破的 mRNA 藥物、抗體偶聯(lián)藥物、雙特異性抗體。

2023 年，生物醫(yī)藥技術(shù)新趨勢(shì)將重塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局，它們可能會(huì)對(duì)未來生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的研究方向產(chǎn)生重大影響。未來，生物醫(yī)藥底層技術(shù)的革新將推動(dòng)創(chuàng)新藥物從基礎(chǔ)研究走向臨床試驗(yàn)，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)創(chuàng)新藥物研究和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入革命性變化的時(shí)代，最終為人類的生命健康保駕護(hù)航。

基礎(chǔ)技術(shù)篇 —— 基礎(chǔ)技術(shù)的突破不斷引領(lǐng)

生物醫(yī)藥創(chuàng)新前沿

基礎(chǔ)技術(shù)的突破不斷引領(lǐng)生物醫(yī)藥創(chuàng)新前沿。新型基礎(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)和改進(jìn)會(huì)引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域爆炸式發(fā)展，加速臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，從而解決更多尚未滿足的臨床需求。

CRISPR-Cas 系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)了基因編輯領(lǐng)域突破性發(fā)展，技術(shù)改進(jìn)將追求精準(zhǔn)化、靈活化、迷你化，促進(jìn)基因編輯療法的臨床應(yīng)用。酶促 DNA 合成將引領(lǐng)新一輪的 DNA 合成技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)片段 DNA 高效率、高精度、低成本合成，極大地拓展 DNA 的應(yīng)用范圍，推動(dòng)合成生物學(xué)的巨大進(jìn)步。

藥物遞送系統(tǒng)是創(chuàng)新藥物研發(fā)不可避免的話題，新型藥物遞送系統(tǒng)在不斷涌現(xiàn)，大幅縮短創(chuàng)新藥物研發(fā)周期，撐起創(chuàng)新藥物研發(fā)的半邊天。

CRISPR-Cas 系統(tǒng)是繼 ZFN、TALEN 之后的第三代基因編輯技術(shù)。它的出現(xiàn)推動(dòng)了基因編輯技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的基因編輯技術(shù)，成為生命科學(xué)最主要的底層技術(shù)之一。

CRISPR-Cas 系統(tǒng)主要由 Cas9 蛋白和單鏈向?qū)?RNA（sgRNA）所組成，其中 Cas9 蛋白起切割 DNA 雙鏈的作用，sgRNA 起向?qū)У淖饔?。?sgRNA 的向?qū)峦ㄟ^堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，Cas9 蛋白可對(duì)不同的靶部位進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn) DNA 的雙鏈斷裂。

根據(jù) CRISPR-Cas 作用模塊的數(shù)量和種類，CRISPR-Cas 系統(tǒng)分為兩大類。第一類 CRISPR-Cas 系統(tǒng)由多個(gè) Cas 蛋白亞基組成的多蛋白效應(yīng)復(fù)合物和 crRNA 組成，又可細(xì)分為 I 型、III 型和 IV 型；第二類 CRISPR-Cas 系統(tǒng)為單一蛋白效應(yīng)器，又可細(xì)分為 II 型、V 型和 VI 型。目前，已經(jīng)鑒定的 CRISPR-Cas 系統(tǒng)中，以第一類 CRISPR-Cas 系統(tǒng)為主，占比多達(dá) 90% 左右，廣泛分布于細(xì)菌和古生菌中。由于第一類效應(yīng)復(fù)合物由多蛋白組成，基因編輯過程復(fù)雜，實(shí)用性不佳。

而第二類 CRISPR-Cas 系統(tǒng)由 Cas 蛋白發(fā)揮 DNA 或 RNA 的切割功能，切割靶序列效率高，且單個(gè)蛋白易于改造，因而第二類 CRISPR-Cas 系統(tǒng)被最早開發(fā)并廣泛應(yīng)用于基因編輯中。其中，最常用的是 Cas9、Cas12a 和 Cas13a。

▲圖丨 Cas9、Cas12 和 Cas13 基因編輯原理圖（來源：Molecular Cell）

Cas9 是最早被發(fā)現(xiàn)和表征的二類 II 型效應(yīng)蛋白，是目前應(yīng)用最為廣泛的 Cas 蛋白之一。Cas9 是由 crRNA 和反式激活 crRNA（tracrRNA）引導(dǎo)的 DNA 核酸內(nèi)切酶。CRISPR 序列轉(zhuǎn)錄為 pre-crRNA，隨后加工為成熟的 crRNA，并與 tracrRNA、Cas9 蛋白形成核糖核蛋白復(fù)合體。

當(dāng) Cas9 蛋白識(shí)別富含鳥嘌呤 PAM 序列（如 NGG，其中 N 代表任意核苷酸），并且 crRNA 與靶 DNA 序列互補(bǔ)，那么 Cas9 會(huì)在 PAM 序列上游約 3-4 個(gè)核苷酸對(duì)雙鏈 DNA 進(jìn)行切割，引發(fā) DNA 雙鏈斷裂，形成平末端。

Cas12a，最早稱為 Cpf1，是二類 V 型效應(yīng)蛋白，也是目前應(yīng)用最為廣泛的 Cas 蛋白之一。Cas12a 同時(shí)具有 DNA 和 RNA 內(nèi)切酶活性，可以不依賴于 tracrRNA 而將 pre-crRNA 加工為成熟的 crRNA。Cas12a 識(shí)別富含胸腺嘧啶的 PAM 序列（如 TTN），并在 PAM 序列下游對(duì)雙鏈 DNA 進(jìn)行切割，形成粘性末端。

與 Cas9 和 Cas12a 不同，Cas13a 是靶向 RNA 的核酸酶，屬于二類 VI 型效應(yīng)蛋白。Cas13a 與 crRNA、底物結(jié)合形成三元復(fù)合體后，Cas13a 蛋白被激活，對(duì)底物單鏈靶 RNA 進(jìn)行切割。

▲圖丨常用 Cas 蛋白特征（來源：Molecular Cell，DeepTech 整理）

Cas 蛋白的固有缺陷限制了 CRISPR-Cas 系統(tǒng)的應(yīng)用。PAM 序列限制了靶目標(biāo)的范圍，如 Cas9 識(shí)別的 PAM 序列為 NGG，在人類基因組中平均每八個(gè)堿基才有可能出現(xiàn)一個(gè) PAM 序列，嚴(yán)重制約了其對(duì)基因組大部分位點(diǎn)的編輯。脫靶效應(yīng)也是 CRISPR-Cas 系統(tǒng)面臨的一大問題，gRNA 同靶序列的結(jié)合可以允許多個(gè)堿基的錯(cuò)配，這導(dǎo)致了基因編輯過程中會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的脫靶，這對(duì)于精準(zhǔn)的基因編輯來說是一個(gè)不可忽視的問題。

另外，由于常用的 Cas9、Cas12a 和 Cas13a 大小接近 4kb, 而遞送系統(tǒng) AAV 病毒的包裝上限約為 4.7kb，不利于 CRISPR-Cas 系統(tǒng)的遞送。這些問題都極大地影響了基因編輯的精準(zhǔn)性、可控性、靈活性和安全性，限制了 CRISPR-Cas 系統(tǒng)新功能和應(yīng)用范圍的拓展。因此，優(yōu)化改造 Cas 蛋白、尋找更小的 Cas 蛋白、發(fā)掘更優(yōu)的新型系統(tǒng)等成為近年來 CRISPR-Cas 系統(tǒng)研究的重點(diǎn)方向。

優(yōu)化改造 Cas 蛋白，提高基因編輯的精準(zhǔn)性和靈活性。脫靶效應(yīng)和 PAM 的序列限制是影響 CRISPR-Cas 系統(tǒng)應(yīng)用的核心問題，因此需要對(duì) Cas 蛋白進(jìn)行優(yōu)化改造，從而提高靶向特異性，克服脫靶率問題，并突破 PAM 限制，擴(kuò)展靶序列的識(shí)別范圍。目前，已經(jīng)有眾多工作開展，構(gòu)建了多個(gè) Cas 蛋白突變體。例如，通過合理設(shè)計(jì)并定向進(jìn)化開發(fā)高保真的 Cas9 變體，得到高保真蛋白 enAsCas12aHF1。新開發(fā)的兩種 Cas9 變體 SpG 和 SpRY，不需要特定的 PAM 來結(jié)合和切割 DNA 序列。

▲圖丨部分工程化改造的 Cas 蛋白變體（來源：Synthetic Biology Journal，DeepTech 整理）

Cas 蛋白迷你化提高 CRISPR-Cas 系統(tǒng)的遞送效率。新開發(fā)的小型 Cas 蛋白 Nsp2-SmuCas9 嵌合體，長(zhǎng)度約為 1000 氨基酸，可識(shí)別 N4C PAM 序列，但其編輯活性仍有待提高。迷你蛋白 Cas14，又稱為 Cas12f1，只有 400-500 個(gè)氨基酸。近年，基于該蛋白又開發(fā)了多款迷你蛋白，如 DpbCas12e（約 1000 氨基酸）、Cas12j（又稱 CasΦ， 700 氨基酸）、Un1Cas12f1（537 氨基酸）、AsCas12f1（422 氨基酸）、SpaCas12f1 （497 氨基酸）和 CasMINI（源自 Un1Cas12f1，529 氨基酸）。不過這些蛋白還存在編輯活性低的問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

我國(guó)輝大基因開發(fā)了 Cas13X.1（又稱 Cas13e.1，775 氨基酸）和 Cas13Y（又稱 Cas13f，790 氨基酸），并于 2022 年獲得美國(guó)專利局授予專利，成為我國(guó)首個(gè)自主研發(fā)的、在美國(guó)獲得專利授權(quán)的 CRISPR-Cas13 基因編輯工具，打破了歐美在基因編輯工具領(lǐng)域的專利壟斷。

發(fā)掘新型 Cas 蛋白，擴(kuò)大 CRISPR-Cas 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。Cas7-11 是通過大數(shù)據(jù)挖掘找到的一類獨(dú)特的 III-E 型 CRISPR-Cas 系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的多組分效應(yīng)蛋白復(fù)合物不同，該系統(tǒng)具有單一的效應(yīng)蛋白 Cas7-11（由傳統(tǒng)的 Cas11 和 Cas7 融合而成），具有 crRNA 加工和序列特異性 RNA 切割活性，為哺乳動(dòng)物細(xì)胞提供了一種新的 RNA 敲除工具，其脫靶效應(yīng)比當(dāng)前的 RNA 敲除技術(shù)更低。

2023 年首個(gè) CRISPR 基因編輯療法有望獲批上市。CRISPR-Cas 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了相關(guān)生物醫(yī)藥技術(shù)的發(fā)展。美國(guó) Vertex 制藥公司和 CRISPR Therapeutics 公司目前正在開發(fā)基于 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)的 exa-cel 療法，使用 CRISPR-Cas9 技術(shù)編輯有缺陷的基因系統(tǒng)治療 β- 地中海貧血和鐮狀細(xì)胞病這兩種遺傳性血液疾病。2022 年 9 月，基于良好的臨床試驗(yàn)結(jié)果，Vertex 公司和 CRISPR Therapeutics 啟動(dòng) exa-cel 療法的上市申請(qǐng)，有望于 2023 年獲批上市。

酶促 DNA 合成是指在不依賴于 DNA 模板的情況下，通過酶促反應(yīng)實(shí)現(xiàn) DNA 分子的從頭合成。這個(gè)技術(shù)的核心便是實(shí)現(xiàn)酶促反應(yīng)的末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase，TdT）。

TdT 是一種不依賴于 DNA 模板的單鏈 DNA 合成酶，整個(gè)催化過程中不需要經(jīng)過變性、復(fù)性和延伸反應(yīng)，在恒溫和金屬離子輔助的條件下，催化脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP）聚合到寡核苷酸的 3' 末端，從而合成寡核糖核苷酸鏈。TdT 具有無模板依賴的快速聚合活性，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)鏈 DNA 合成。另外，TdT 對(duì)底物的選擇性較低，dNTP、核糖核苷三磷酸（rNTP）以及修飾的核苷三磷酸類似物均可以作為的 TdT 底物。

化學(xué)合成法在 DNA 合成長(zhǎng)度、成本和環(huán)保等方面存有問題。目前，市面中最常用的 DNA 合成方法是固相亞磷酰胺三酯法。該化學(xué)合成法需要 4-5 個(gè)反應(yīng)步驟，每個(gè)步驟可能會(huì)有錯(cuò)誤，隨著合成鏈的延長(zhǎng)，合成的準(zhǔn)確率會(huì)大幅下降，合成產(chǎn)物得率也明顯下降。這導(dǎo)致化學(xué)合成法合成的 DNA 片段長(zhǎng)度最多能達(dá)到 200-300nt。

若想得到更長(zhǎng)的 DNA 片段，需要將短片段不斷拼接組裝，拼接組裝過程大幅增加了長(zhǎng)鏈 DNA 合成成本。另外，化學(xué)合成法需要大量使用有毒化學(xué)試劑，合成產(chǎn)生的廢液、廢氣需要特殊處理。

酶促 DNA 合成技術(shù)推動(dòng) DNA 合成技術(shù)再次升級(jí)。酶促 DNA 合成技術(shù)只需要 2-3 個(gè)反應(yīng)步驟，可以提高 DNA 合成的準(zhǔn)確率，縮短 DNA 合成時(shí)間。酶的高特異性支持長(zhǎng)片段 DNA 的合成，或能夠合成長(zhǎng)達(dá) 8000nt 的 DNA 序列，酶促合成技術(shù)有望將長(zhǎng)片段 DNA 合成的成本降低 2-3 個(gè)數(shù)量級(jí)。

酶促 DNA 合成反應(yīng)在溫和條件和水相中進(jìn)行，整個(gè)催化合成過程綠色環(huán)保，不產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物廢液。與化學(xué)合成法相比，酶促 DNA 合成技術(shù)在 DNA 合成長(zhǎng)度、準(zhǔn)確率、成本及環(huán)保等方面具有巨大的潛力，因而被認(rèn)為將引領(lǐng)新一輪的 DNA 合成技術(shù)革命。

▲圖丨 TdT 兩步循環(huán)合成 DNA （來源：ACS Cataliysis）

酶促 DNA 合成技術(shù)日趨成熟，極具商業(yè)化潛力。目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一批以酶促 DNA 合成技術(shù)為核心的商業(yè)化公司，如 Molecular Assemblies、Nuclera、DNA script、Ansa Biotechnologies 等。Molecular Assemblies、Nuclera 和 DNA script 這 3 家公司均是以 TdT 酶為核心，通過修飾核苷酸分子制備帶有可逆終止基團(tuán)的核苷酸單體，該修飾的核苷酸單體使 TdT 酶每次只添加單個(gè)堿基，之后去除掉新添加堿基的可逆終止基團(tuán)后開始下一個(gè)堿基的合成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) DNA 的合成。

其中，Molecular Assemblies 和 Nuclea 可逆終止基團(tuán)選擇的是 3’-O - 疊氮甲基，DNA script 選擇的是 3’-O - 氨基。2022 年 4 月，DNA script 推出基于專有酶促 DNA 合成技術(shù)的 DNA 打印機(jī) SYNTAX，并推出早期使用計(jì)劃，允許客戶率先使用 SYNTAX 平臺(tái)。

Ansa Biotechnologies 公司開發(fā)了 dNTP-TdT 偶聯(lián)體介導(dǎo)的可逆終止合成法。該方法將堿基偶聯(lián)在 TdT 上，酶促合成過程中每添加一個(gè) dNTP-TdT 后，由于 TdT 共價(jià)結(jié)合在合成 DNA 的 3’端，阻止了新堿基的繼續(xù)添加，隨后再通過偶聯(lián) TdT 的剪切、洗去、再添加實(shí)現(xiàn)堿基逐個(gè)添加到 DNA 的 3’端，從而合成 DNA。2022 年，該公司獲得 6800 萬美元融資，用于加速基于 dNTP-TdT 的酶促 DNA 合成技術(shù)的開發(fā)，構(gòu)建高通量合成儀器。

中國(guó)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)酶促 DNA 合成的重大突破，提高 DNA 合成的效率和準(zhǔn)確度。2022 年，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所江會(huì)鋒團(tuán)隊(duì)通過生物信息學(xué)的技術(shù)篩選到高效催化活性的鳥類 TdT；通過理性設(shè)計(jì)和高通量篩選策略，對(duì)篩選到的鳥類 TdT 進(jìn)行改造，重塑 ZaTdT 催化活性腔，獲得新的 TdT 突變體，即 ZaTdT-R335L-K337G，該突變體的催化效率比哺乳動(dòng)物 TdT 催化效率高 3 個(gè)數(shù)量級(jí)，大幅提升了對(duì)氧氨基修飾核苷酸（3'-ONH2-dNTPs）的特異性識(shí)別和催化合成能力。

利用 ZaTdT-R335L-K337G 可以通過兩步循環(huán)步驟實(shí)現(xiàn) DNA 的合成，平均準(zhǔn)確率可以達(dá)到 98.7%，媲美商業(yè)化的 DNA 化學(xué)合成法。下一步該團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)長(zhǎng)片段 DNA 合成，通過優(yōu)化合成系統(tǒng)，使得酶在每個(gè)催化合成步驟都保持高活性，合成 500-1000nt 長(zhǎng)度甚至更長(zhǎng)的 DNA 片段，并將準(zhǔn)確率維持在 99.5%-99.8%，從而解決長(zhǎng)片段 DNA 合成的難題。

酶促 DNA 合成技術(shù)仍處于起步階段，但是新技術(shù)的出現(xiàn)給高效率、高精度、低成本合成長(zhǎng)片段 DNA 帶來了希望，將會(huì)對(duì) DNA 合成技術(shù)變來一場(chǎng)技術(shù)革命，代表了 DNA 合成的新的發(fā)展方向。DNA 尤其是長(zhǎng)片段 DNA 的生物合成如果能夠?qū)崿F(xiàn)，將極大地拓展 DNA 分子的應(yīng)用范圍，推動(dòng)合成生物學(xué)的進(jìn)步。

藥物遞送系統(tǒng)（Drug Delivery System,DDS）是將藥物遞送到藥理作用靶點(diǎn)的系統(tǒng)，涵蓋了藥物制備、給藥途徑、位點(diǎn)靶向、代謝和毒理等方面的技術(shù)。在臨床應(yīng)用上，藥物遞送系統(tǒng)不僅發(fā)揮著將藥物遞送到靶點(diǎn)的作用，更重要的是還承擔(dān)著藥物靶向、藥物控釋、增強(qiáng)藥物穩(wěn)定性或促進(jìn)藥物吸收等多方面的作用，從而解決某些藥物溶解度低、靶向效果弱、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，提高藥物的治療效果。

新型遞送技術(shù)的突破和成熟推動(dòng)了核酸藥物的臨床轉(zhuǎn)化，撐起核酸藥物研發(fā)的半邊天。由于具有不穩(wěn)定性、免疫原性、細(xì)胞攝取效率低、內(nèi)吞體逃逸難等多方向的缺點(diǎn)，核酸藥物從概念提出到基礎(chǔ)研究再到有藥物上市經(jīng)歷了較長(zhǎng)的歷程。對(duì)于核酸藥物能夠?qū)崿F(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化，遞送系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，只有通過遞送才使得核酸形式的藥物最終成藥。目前，成熟的核酸藥物遞送系統(tǒng)有 GalNac（N - 乙酰半乳糖胺）偶聯(lián)修飾、脂質(zhì)納米顆粒（lipid nanoparticle，LNP）和重組腺相關(guān)病毒（recombination adeno-associated virus, rAAV）載體。近些年來，外泌體作為一種新型的遞送系統(tǒng)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

GalNac 偶聯(lián)修飾是當(dāng)前最常用的小核酸藥物遞送系統(tǒng)，是核酸藥物發(fā)展歷程中的重大突破。GalNAc 能夠與肝細(xì)胞表面的去唾液酸糖蛋白受體（ASGPR）特異性結(jié)合。之后，ASGPR 和網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用可以將 GalNAc 轉(zhuǎn)運(yùn)至肝細(xì)胞內(nèi)。GalNac 偶聯(lián)修飾的小核酸藥物提高了小核酸進(jìn)入肝細(xì)胞的效率，解決了小核酸藥物靶向性差、脫靶效應(yīng)嚴(yán)重、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提高了小核酸的臨床效果。

但是，該遞送系統(tǒng)也存在著一定的局限性，由于 ASGPR 在肝細(xì)胞表面特異性高表達(dá)，而在其他組織細(xì)胞中表達(dá)量極少，因而 GalNAc 偶聯(lián)修飾的小核酸藥物只能靶向肝細(xì)胞并在肝細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，限制了小核酸藥物在其他組織器官中發(fā)揮作用。全球已經(jīng)批準(zhǔn)上市 3 款 GalNac 偶聯(lián)修飾 siRNA 藥物，即 Givlaari、Leqvio 和 Oxlumo，均是由 Alnylam 公司研發(fā)，分別用于治療急性肝卟啉癥、高膽固醇血癥和原發(fā)性高草酸尿癥 1 型。

mRNA 新冠疫苗讓 LNP 遞送系統(tǒng)聲名鵲起。LNP 是一種球狀的包含脂質(zhì)成分的實(shí)心納米顆粒。LNP 包含有 4 類分子，分別是可電離的陽(yáng)離子磷脂、中性輔助脂質(zhì)、膽固醇和聚乙二醇修飾的磷脂。這 4 種成分按照一定的比例組裝成 LNP，并在藥物遞送過程中發(fā)揮不同作用?？呻婋x陽(yáng)離子脂質(zhì)是藥物遞送關(guān)鍵因素，在生理 pH 值下保持中性，降低藥物的毒性和免疫原性；在低 pH 值下帶正電，與帶負(fù)電的 RNA 結(jié)合，并在被細(xì)胞內(nèi)化后實(shí)現(xiàn)溶酶體逃逸。中性輔助脂質(zhì)能夠促進(jìn)層狀脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定。膽固醇有較強(qiáng)的膜融合能力，能夠促進(jìn) mRNA 的內(nèi)化和進(jìn)入胞質(zhì)。聚乙二醇修飾的磷脂能夠改善 LNP 的親水性，防止 LNP 聚集，增加穩(wěn)定性，并可以避免 LNP 被免疫系統(tǒng)清除。

新冠疫情促進(jìn)了 mRNA 新冠疫苗的獲批上市，BioNTech、Moderna 和 CureVac 三家公司的 mRNA 新冠疫苗均使用了 LNP 遞送技術(shù)。在此之前，Alnylam 公司基于 LNP 遞送系統(tǒng)研發(fā)的 siRNA 藥物 onpattro 在美國(guó)獲批上市，用于治療肝臟甲狀腺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TTR）介導(dǎo)的淀粉樣病變。該核酸藥物是一款載有 siRNA 的 LNP，通過靜脈輸注將藥物直接遞送至肝臟，通過抑制 TTR 的合成來發(fā)揮治療作用。

▲圖丨 LNP 的結(jié)構(gòu)示意圖 （來源：molecules）

rAAV 在基因藥物遞送上發(fā)揮重要作用。rAAV 是在非致病的野生型 AAV 基礎(chǔ)上改造而成的基因載體。包裹基因表達(dá)系統(tǒng)的 rAAV 侵入靶細(xì)胞后，將包含有基因表達(dá)系統(tǒng)的遺傳物質(zhì)通過核孔復(fù)合體傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，最終在靶細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的蛋白發(fā)揮治療作用。rAAV 也可以往靶細(xì)胞中導(dǎo)入 shRNA 或者 CRISPR-Cas 基因編輯系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)基因沉默或基因編輯功能，達(dá)到基因治療目的。

rAAV 具有安全性高、免疫原性低、種類多樣等優(yōu)勢(shì)，且不同血清型的 rAAV 具有其獨(dú)自的組織特異性，可以實(shí)現(xiàn)不同組織的基因藥物遞送。目前，全球共有 5 款 AAV 基因治療藥物獲批上市（含退市的 Glybera）。2022 年，2 款新的 AAV 基因治療藥物在歐盟獲批上市，極大地推進(jìn)了 rAAV 作為遞送系統(tǒng)在基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用。

▲圖丨已經(jīng)獲批上市的 AAV 基因治療藥物 （DeepTech 根據(jù)公開資料整理）

外泌體有望成為新的核酸藥物遞送系統(tǒng)。外泌體是由細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞外膜狀脂質(zhì)囊泡，大小在 40 -100nm，可以遞送核酸、蛋白質(zhì)、小分子等藥物。作為天然內(nèi)源性轉(zhuǎn)運(yùn)載體，外泌體具有多種先天優(yōu)勢(shì)，如細(xì)胞攝取效率高、不激活先天或后天免疫、可以通過血腦屏障傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。正是具有這些先天優(yōu)勢(shì)，外泌體作為遞送系統(tǒng)被研究用于治療癌癥、心血管疾病、帕金森癥和阿爾茨海默病以及其他神經(jīng)退行性疾病。

目前，外泌體代表公司 CODIAK 有 3 款基于工程化外泌體遞送系統(tǒng)的創(chuàng)新藥物進(jìn)行 1 期臨床。這 3 款藥物利用工程化外泌體分別攜帶不同的藥物（IL-12、STING 激動(dòng)劑和靶向 STAT6 轉(zhuǎn)錄因子的反義寡核苷酸）靶向至相應(yīng)的腫瘤組織，激活人體自身的免疫應(yīng)答以殺傷相應(yīng)的腫瘤細(xì)胞。Evox Therapeutics 公司開發(fā)了基于外泌體的核酸藥物遞送系統(tǒng)，遞送 mRNA、siRNA、反義寡核苷酸以及 CRISPR 等，用于治療罕見病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。