近日，《麻省理工科技评论》推出“2017年十大突破技术”，“基因疗法2.0”位列其中，有望在今年迎来新的突破。
基因疗法（gene therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷或异常引起的疾病，最终实现治疗目的，有着超30年的发展历史。虽然过程颇为坎坷，但是随着载体病毒、递送机制的优化，基因疗法进入2.0时代，在癌症、罕见病治疗上展现出很好的前景。
据悉，UniQure公司的Glybera（治疗家族性脂蛋白脂酶缺乏症）以及GSK的Strimvelis（治疗严重联合免疫缺陷病）两款基因治疗产品已经在欧洲获批上市。2017年，Spark Therapeutics旗下的基因疗法Voretigene Neparvovec（治疗遗传性视网膜疾病）有望成为首个获FDA批准的产品。
基因疗法2.0：成功治疗镰刀细胞贫血症
3月2日，一篇发表在《NEJM》期刊的文章引起行业内关注。来自于美国BlueBird公司和巴黎Necker儿童医院的研究团队利用基因疗法成功拯救了一名患有镰刀细胞贫血病的15岁男孩。
镰刀细胞贫血病是一种单基因遗传病，每年约有27.5万新生儿被确诊为患有此病。因为β-珠蛋白基因突变，患者体内正常血红蛋白HbA转变为有害的血红蛋白HbS，红细胞扭曲成镰刀状，不能正常携带氧气且造成全身血管阻塞。虽然传统的骨髓移植可以治疗，但是多数患者很难找到匹配的骨髓捐赠，且存在免疫排斥的风险。
现在，基因疗法为这一常见遗传病带来了新希望。
BlueBird研发了一种药物LentiGlobin BB305，将抗镰状β-珠蛋白基因（antisickling β-globin gene）导入病毒载体中。该药物能够将正确的β-珠蛋白基因转入来源于患者体内的造血干细胞中，再将这些经过改造的造血干细胞进行体外扩增，最后输送回患者体内。3个月后，患者体内开始生成正常的血红蛋白，且血液检测正常。
虽然这是基因疗法首次在常见遗传病上“展露身手”，且还需要投入更多的临床试验，但是我们依然期待它在未来开创出更多的惊喜。
技术壁垒
目前已开展的临床试验多针对致病基因单一且清晰的罕见疾病，对于其他多基因疾病或者致病机理不明朗的疾病，基因疗法很难开展。而且，即便是已经成功开展临床试验的疗法，也面连着技术门槛高、治疗费用昂贵等问题，能从中受益的患者很有限。
几年前，西雅图弗雷德•哈金森癌症研究中心从事基因治疗研究的Jennifer Adair开展了首个基因治疗试验。他们筛选到一个基因，负责保护癌症患者抵抗化疗的副作用。研究团队通过病毒载体将该DNA片段导入患者血液细胞中，再将这些改造的血液细胞回输至患者体内，发挥治疗作用。
这一临床试验招募了11名患者，且成效显著。但是，Adair表示，临床试验中需要3名科学家在一间数百万美元打造的无菌室里96小时无间断处理患者的细胞。“我们需要简化这一过程。” Adair强调。
伴随着基因疗法的快速发展，罕见病、癌症这类曾被判“死刑”的疾病也逐步迎来新曙光。但是，科学家们开始担心，基因疗法过于复杂，而且欠缺训练有素的技术人员和合适的设备。
便携式仪器实现“gene therapy in a box”
如何实现细胞的自动化制备？这是Adair团队试图“平民化”基因疗法的关键。
他们采用了一款由德国仪器制造商Miltenyi出售的细胞处理设备——Prodigy，它能够自动化完成基因疗法中关键的步骤——细胞制备、扩增。细胞从一端输入仪器，在其内运行30小时后从另一端输出，即可用于治疗，大大缩短了细胞处理时间。
Adair希望，这种移动式仪器能够将基因疗法推广至更多的国家和地球，包括艾滋病流行最严重的非洲。
Prodigy：外形小巧，重约150磅，表面装备有明亮的玻璃罩、整齐的仪表盘和弯曲的输液软管。患者细胞会在软管内输送，与各类化学物质接触、反应，最终与携带有目标DNA的病毒载体融合。
Prodigy售价约为15万美元，一位患者所需细胞制备的试剂成本约为1.2万美元。德国营销经理Katharina Winnemöller表示：“这一移动式设备大大简化了细胞治疗过程。虽然这并不意味着每一个乡村医院都能开展相关治疗，但是它能够显著降低患者的治疗成本。”
除了Miltenyi，其他研究机构和公司也在积极研发类似的细胞处理设备，例如General Electric（通用电气）收购了一家专门处理细胞的公司Biosafe，麻省理工学院的德雷珀实验室正在开发一款微流体设备，用于CAR-T疗法的前期准备。
应用方向：CAR-T疗法
这种便携式细胞处理设备还可以推进一种癌症疗法——嵌合抗原受体T细胞免疫疗法的发展，也就是我们所熟知的“CAR-T”疗法。作为一种新型细胞疗法，CAR-T技术已经在在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上有着显著的疗效，被认为是最有前景的肿瘤治疗方式之一。
“CAR”代表嵌合抗原受体，“T”代表免疫系统的“哨兵”——T细胞。“CAR-T”则是通过基因工程技术给T细胞加入一个能识别肿瘤细胞并且同时激活T细胞的嵌合抗体，使其能够攻击肿瘤，且能够在体内长期记忆、扩增，实现长效性。
值得注意的是，在回输至患者体内之前，T细胞的分离、改造到扩增需要2周左右的时间，花费时间较长，且涉及很多步骤，容易形成差异和不确定性。
目前，辉瑞、安进、新基、诺华、Juno和Kite Pharma等多家制药企业纷纷开始布局CAR-T研发。其中，诺华有望成为首个CAR-T疗法获批上市的公司。去年，诺华就已经完成了利用CAR-T治疗白血病患儿的全球性临床试验，82%的患者都取得了显著的疗效。
但是对于如何开展治疗，诺华依然面临很多挑战。他们需要依赖于专门提供冷冻细胞运输服务Cryoport公司，实现患者细胞的空中运输。诺华的细胞处理实验室位于美国新泽西州的莫里斯普莱恩斯（Morris Plains），在这里实现CAR-T细胞的制备和扩增。
很显然，这一系列过程繁琐、昂贵且费时，更重要的是因为每个患者的T细胞不一样，制备的细胞质量差异较大，制备成本也较高。这意味着，并不是所有患者都能负担得起这一治疗。
诺华免疫肿瘤研发部主席Philip Gotwals表示：“考虑到这一繁琐的治疗步骤，能够接受治疗的患者很有限。如果我们不能实现细胞制备的自动化，这意味着我们需要建造更多类似的细胞制备实验基地。”
现在，这些便携式细胞制备仪器将有望取代实验室，推动基因疗法基础研究和临床试验的开展。或许，不久的将来，世界各地的医生可以通过网络订购合适的细胞制备仪，用于罕见病、癌症等疾病的治疗。
参考资料：
