一家Biotech的革命:CAR-T年产千剂,成本降到10万?

2024-10-03 19:57

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14年前,艾米莉·怀特黑德(Emily Whitehead)被诊断患有急性淋巴细胞白血病。

 

最初诊断结果令人鼓舞,但治疗效果并不理想。即使强化化疗下病情好转,这个小孩仍需进行骨髓移植,而当时,接受骨髓移植的儿童中只有30%能再活五年。
 
医生建议艾米莉参加CAR-T细胞疗法临床试验,这是一项刚获得FDA临床批准用于儿童的实验性疗法,由宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的先驱科学家卡尔·朱恩(Carl June)开发。
 
CAR-T细胞疗法有时被描述为“活体药物”的应用,它涉及提取和重新编程人体细胞,并将其注入患者血液中以识别和杀死肿瘤。艾米丽是第一个接受这种疗法的儿童。经过最初的高烧不退后,最终,她活了下来。
 
自2012年被治愈以来,艾米丽成为今天不少行业会议上谈CAR-T绕不开的一个案例。这是她和家人所始料未及的,同样超出卡尔的想象。30年前,当这位先驱作为学术研究项目负责人首次研究合成细胞时,他从未想过有一天个性化疗法能够商业化。
 
然而,该领域创新速度令人震惊:根据ClinicalTrials.gov的数据,目前有1000多项细胞疗法临床试验。如果说,第一批CAR-T细胞疗法是操作系统Windows 1.0,那么业界目前正使用的版本是Windows 11。
 
“我是一个拿着糖果盒的孩子。制造真正更智能、更安全、更有效的细胞的可能性太多了。”朱恩回忆说。
 
研究人员还在探索将细胞疗法用于治疗其他癌症、心脏病,甚至痴呆症。朱恩表示,美国三家研究医院已经取得“相当惊人的成果”——将CAR-T细胞疗法直接注射到大脑中,治疗胶质母细胞瘤。不过他强调,这些疗法尚处于早期试验阶段,可能需要5到10年才能推向市场。
 
接受CAR-T细胞疗法治疗的某些血癌患者,缓解率可超过80%。但这肯定不是治疗所有癌症的灵丹妙药。生物学很复杂,细胞疗法的质量参差不齐,而且这种疗法并不适用于所有患者。
 
此外,细胞疗法有望挽救生命,但也还有一个严重缺点:成本高昂。艾米莉的细胞疗法花费47.3万美元,除了最富有或保险最丰富的人之外,其他患者都无法负担得起。
 
“科学的发展速度,超出了我们的制造能力。”朱恩说。
 
 
 
 
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把价格打下来

 

与北旧金山相比,南旧金山给人的感觉截然不同。这里曾经是钢铁厂、肉类加工厂和工业工厂的聚集地,隐于人们视线之外。如今,此处成了商业区,随处可见玻璃幕墙的办公大楼。

 

南旧金山地区还被誉为生物技术的发源地。基因泰克,以及紧随其后的许多Biotech都将总部都设在这里,当然也包括Cellares。

 

作为一家雄心勃勃的初创Biotech,Cellares正瞄准朱恩——也是该公司的顾问——所说的制造挑战,以彻底改变细胞疗法的生产。该公司由德国航空航天工程师费边·格林豪斯(Fabian Gerlinghaus)于2019年联合创立,使命是尽快为数以万计的患者提供更便宜的治疗。

 

细胞疗法正从一个生物学难题演变为一个工程难题。“科学令人惊叹,但制造方面存在挑战,因为细胞疗法是为每位患者量身定制的。”格林豪斯说。

 

Cellares总部洁白耀眼,一尘不染,给人一种半导体工厂的感觉。参观者通常必须穿上防护服和口罩,才能进入该公司的Cell Shuttle原型所在的洁净室。Cell Shuttle是一个蓝白相间的大容器,看起来像先进的太空舱,实际上是一个装满实验室仪器和数字设备的微型生物工厂。

 

 

按照Gerlinghaus的说法,Cell Shuttle在功能上相当于一台机器上有100种不同的台式仪器。

 

Cellares名字由细胞(Cell)和希腊战神阿瑞斯(Ares)构成,这是对制造杀伤细胞以对抗癌症的目标的致敬。如果成功,Cellares可能会对医药产生巨大影响。

 

到目前为止,Cellares已筹集3.55亿美元,用于在新泽西、欧洲和日本建造智能制造工厂。投入运营后,它们有望以每年生产出数万剂疗法,而且价格要低得多。格林豪斯估计,每批细胞疗法的成本在10万至15万美元之间。从数学上看,很容易看出Cellares是如何吸引一些大型VC的支持。

 

格林豪斯出生于德国巴伐利亚州,进入著名的慕尼黑工业大学学习航空航天工程。凭借这样的背景,他可能被期望继续制造飞机或太空火箭。但他意识到,除非在SpaceX工作,否则自己也许在德国航空航天业工作30年,却只能看到一架飞机起飞或一枚卫星发射。

 

“开发周期非常非常长。我喜欢快速取得很多进展。”他说。于是,格林豪斯进入斯坦福大学的一个机器人研究实验室。在那里,他投入大量时间学习创业。

 

当基因组工程初创公司Synthego的创始人兼CEO保罗·达布罗夫斯基(Paul Dabrowski)向他抛出橄榄枝,格林豪斯逐渐走上生物技术领域。

 

当时,Synthego只有五名员工,但制定了宏大计划,希望从2010年代初爆发的生命科学革命中掘金。格林豪斯在那里待了五年,了解了生物技术的工程挑战。他最自豪的成就之一,是帮助发明了Synthego专有的RNA合成器技术,该公司使用这项技术制造Crispr-Cas9基因组工程试剂盒。

 

在Synthego,格林豪斯还遇到了工程师同事奥马尔·库尔迪(Omar Kurdi),后来两人一起创立了Cellares。

 

库尔迪出生在约旦,从小梦想成为医生。他进入斯坦福大学学习医学,但发现自己不具备作为医生的镇静。导师建议他换转移,他接着转而从事工程学——将昂贵的、手动的科学过程自动化,将是他为医学做出贡献的另一种方式。

 

两人对细胞治疗这一新兴领域感到兴奋。他们认为,生命科学行业可以从自己的应用工程专业知识中受益。

 

接着,Cellares制定了一套高度系统化的产品开发流程,确定用户需求,定义必要的产品要求,并根据这些要求设计原型。然后,他们会反复测试产品,以确保它符合最初的用户需求。

 

“在每个抽象层面,我们都会根据最初计划构建的产品进行测试。而你构建的产品很大程度上取决于你的客户。”格林豪斯说。

 

 
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机器自动化革命

 

“细胞疗法是当今医学领域最有前途和最令人兴奋的技术之一,”BSM细胞疗法组织总裁莱内尔·霍克(Lynelle Hoch)说。一次性输注重新设计的细胞,有望实现深度、持久的缓解。

 

BMS已与Cellares达成一项价值3.8亿美元的供应协议。2021年,这家巨头将两款CAR-T商业化,由此建立起生产能力,但渴望提高生产疗法的速度和规模。BMS表示,Cellares提供了使用下一代自动化流程的途径。

 

目前,细胞疗法的开发大都由实验室中熟练的工作人员,通过七个阶段的流程进行。

 

实验室工作人员通常需要50到100个手动步骤,才能制造出一款疗法,正如格林豪斯所观察到的,这有可能产生50到100次人为错误。但机器Cell Shuttle可以自动完成所有这些过程,同时生产16批产品,一年最多可生产2800剂疗法。

 

Cellares的生产链第一步是在诊所进行,即抽取部分患者血液并对其进行浓缩,由Cell Shuttle纯化。

 

第二步,是使用抗体覆盖的磁珠分离目标T细胞群,这些磁珠粘附在T细胞表面并可进行分类。

 

随后是激活阶段。此时,将试剂添加到混合物中,向T细胞发出信号,告知它们正在受到攻击。这会迫使T细胞分裂和繁殖,为“战争”做好准备。

 

第四、第五步被称为转染和转导,涉及对细胞进行基因操作。预先准备好的、经过基因改造的Crispr-Cas9化学混合物,会扩散到细胞中。

 

一旦激活并进行基因改造,T细胞就被放入一个生物反应器中,从而优化细胞生长。生物反应器将液体保持在37℃,并添加氧气和营养物质,以形成培养皿。

 

最后,过滤掉任何剩余的杂质,并替换捕获细胞的液体,再将该溶液冷冻,运回医院,解冻并通过滴管或注射器注入患者体内。

 

格林豪斯计算出,Cell Shuttle可以将生产人员数量和制造细胞疗法所需的人力减少90%。自动化还将生产细胞疗法所需的设施空间减少90%。“这意味着,在同样的设施规模和同样的人员数量下,我们可以生产出比竞争对手多10倍的细胞疗法。”他说。

 

由于每种细胞疗法都是为每位患者量身定制的,因此,确保每种治疗的完整性至关重要。Cellares开发了自己的自动化质量控制测试系统,称为Cell Q,该系统将集成到其制造工厂中。

 

格林豪斯透露,Cellares成立时曾遭到投资者的反对,他们不相信一家公司能做所有事情——开发出五种专有的台式仪器,并将它们集成到机器人自动化Cell Shuttle中,从而同时为16名患者开发疗法。

 

生物技术领域到处都是一些承诺改变世界但却失败的初创企业。2018年,备受吹捧但却存在欺诈行为的血液检测公司Theranos倒闭后,投资者的怀疑仍然很高。Cellares仍面临巨大挑战,需要证明其自动化流程能够大规模生产质量始终足够高的细胞疗法,从而收回投资。

 

与任何Biotech一样,由于科学发展速度如此之快,Cellares也容易受到竞争对手发明更简单、更好、更便宜的治疗方法的影响。“你必须能够看到冰球将走向何方,而不仅仅是它现在的位置。”业内人士说。

 

Cellares能否成功,取决于MNC在多大程度上支持细胞疗法而非替代疗法,以及是否接受Cellares的垂直整合模式。

 

一位持怀疑态度的风险投资人表示:“最终,你的公司价值可能达到1000亿美元,也可能非常低。”Cellares仍有很长的路要走,才能走出初创企业行业臭名昭著的“死亡之谷”。

 

 
3
“卖水人”的明天

 

今年晚些时候,Cellares计划在美国新泽西州开设第一家智能工厂。这座占地11.8万平方英尺的工厂将配备40台Cell Shuttle,每年可生产超过4万批次产品。根据生产的疗法类型和价格,这家工厂每年可产生40亿至60亿美元的收入。

 

此外,Cellares计划于2026年在欧洲和日本开设工厂。其最大的希望是细胞疗法可用于治疗越来越多的疾病。

 

根据美国国家癌症研究所的资料,大约有2700种细胞疗法正在开发中。尽管CAR-T细胞对某些形式的血癌有效,但它们对更复杂的实体瘤(乳腺癌、前列腺癌等)的效果尚不理想。格林豪斯希望这种情况有所改变。

 

BMS已经拥有两种FDA批准的细胞疗法,分别针对非霍奇金淋巴瘤和多发性骨髓瘤,另有几种正在研发中。该公司对德国科学家乔治·谢特(Georg Schett)在该领域取得的最新突破尤其感到兴奋,后者一直在使用细胞疗法对抗自身免疫疾病,例如狼疮,这种疾病会导致人体攻击自身组织。

 

“大多数人认为,当你患有自身免疫疾病时,你必须永远抑制免疫系统。现在,我们有一种看起来很像治愈方法的单针药物。”谢特今年早些时候说。

 

霍克表示,谢特的研究为“重置”患者免疫系统和开发前所未有的治疗方法提供了可能性。

 

“这是早期数据,但数据看起来非常令人兴奋和非凡。”她补充道。正是科学和医学的这种交集,让许多研究人员认为该领域前景光明。

 

不过,也有更加现实的一面。Kyverna Therapeutics已用CAR-T细胞疗法治疗了30名自身免疫疾病患者,约有三分之一仍需要接受后续的类固醇治疗;几乎所有患者都出现细胞因子释放综合征,即免疫系统对治疗反应过度;3名患者出现更严重的神经系统副作用,一名患者在六个月后复发。

 

 

另一家Biotec Cabaletta,也在测试CAR-T细胞疗法对肌炎和皮肤病硬皮病等自身免疫疾病的疗效。它认为,该领域的“兴衰取决于药物能否复制谢特的数据”。

 

无论科学或医学多么令人印象深刻,格林豪斯都知道必须应对工程挑战,以确保为最多的患者生产出最多的疗法。库尔迪认为,他们应该解决所能找到的最难的问题,因为回报将是最大的。

 

众所周知,制造细胞疗法面临三大挑战:可扩展性、成本和质量。管理咨询公司麦肯锡预测,未来五年内,CAR-T细胞疗法对应的患者人数可能达到200万人。根据WHO的数据,每年约有40万儿童患上癌症。

 
参考文献:
1.Inside the ‘killer cell’ factory
 
2.Cell therapy offers ‘single shot’ ho pe to autoimmune disease patients

 

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