细胞基因治疗CDMO行业研究报告：关注病毒载体外

作者：杨超月

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（报告出品方/作者：太平洋证券，盛丽华）

1.细胞与基因疗法潜力巨大，有望迎来爆发式增长

基因&细胞治疗（CGT）：改变细胞原有基因表达以治疗疾病的方法

基因治疗是指将外基因治疗是指通过基因添加、基因修饰、基因沉默等方式修饰个体基因的表达或修复异常基因达到治愈疾病目的的疗法。

细胞治疗是指采用生物工程的方法获取具有特定功能的细胞并通过体外扩增、特殊培养等处理后使这些细胞具有增强免疫、杀死病原体和肿瘤细胞等功能从而达到治疗某种疾病的目的。

根据治疗途径CGT可分为体内基因治疗和体外基因治疗。其中体内基因治疗是指将携带治疗性基因的病毒或非病毒载体直接递送到患者体内；体外基因治疗则指将患者的细胞在体外进行遗传修饰后回输。CGT药物主要包括：1、携带特定基因的基因治疗载体（如病毒）产品；2、基因修饰的人类细胞（如CAR-T、CAR-NK）产品；3、经过或未经基因修饰的、具有特定功能的溶瘤病毒产品。CGT最初主要应用于遗传性疾病治疗，逐步广泛应用于恶性肿瘤、感染性疾病、心血管疾病以及自身免疫性疾病。

基因编辑技术的创新和病毒载体的优化升级是推动行业发展的重要原因

此前受到第一代基因编辑技术ZFN专利垄断的限制，整个基因编辑行业的发展停滞了多年，随着新一代基因编辑技术（TALEN和CRISPR）的出现，行业的发展速度得到大幅提升。CRISPR的技术的开发使得基因编辑变得简单、高效、便宜，契合了市场的需求。此外病毒载体在制备工艺上的进步使得载体纯度和效力得到大幅提升，目前的病毒载体具备复制可控性、低细胞毒性、基因片段大小可调节性、癌变风险低等特性。CGT产业链上游主要是设备、试剂以及细胞株和模式动物等供应商，包括Thermo Fisher、Sartorius等龙头企业；下游研发端则主要是初创型研发企业，如Bluebird、Uniqure等企业具有自研技术平台和专利，开发目的基因以及载体等；生产端除部分研发企业自建产能外，CDMO 如Lonza、Catalent和药明康德（维权）等企业构成产能的主要部分。

基因治疗产品

截至目前FDA和EMA共批准4款针对遗传性罕见病的在售CGT药物，而在恶性肿瘤领域内的产品以CAR-T为主。截至2021年4月，美国FDA 已批准的在售CGT药物有8个，其中5个CAR-T，2个病毒载体疗法，1个溶瘤病毒疗法。欧洲药品管理局已批准的在售基因治疗药物有9个，其中3个是CAR-T 疗法。截至2021年7月，我国批准上市的CGT药物：上海三维的重组人5型腺病毒注射液（安科瑞）、深圳赛百诺的重组人 p53基因腺病毒颗粒（今又生）、复星凯特的CD19 CAR-T产品（基利仑赛注射液）和药明巨诺的CD19 CAR-T产品（瑞基奥仑赛注射液）。

CGT有望引领全球新一代疗法发展

CGT能够克服传统小分子和大分子抗体药物在蛋白质水平进行调控的局限性，可在分子层面通过基因表达、沉默或者体外改造的手段来实现现有疗法升级（如CAR-T治疗急性淋巴细胞白血病）或“无药可医”疾病的治疗（如对于罕见病的治疗庞大需求），从原理上来说CGT属于新一代疗法。随着技术的逐渐成熟，前期Kite、诺华等先行企业布局的CAR-T、基因治疗药物取得优异的临床效果，并于2017年起相继获批上市，展示出庞大的市场潜力和示范效应，也使得行业融资不断升温，风险投资、私募投资、IPO十分活跃。在技术、资本和政策的驱动下，全球基因治疗行业快速升温，大量基因治疗药物研发进入临床阶段，并自2015年起呈现爆发式增长。

2. 行业面临的瓶颈——病毒载体产能

病毒载体简介

针对基因治疗的递送，目前有两种解决思路：机械和物理递送以及基于载体的基因递送。非病毒载体递送主要是考虑到病毒载体安全性、治疗性DNA容量以及成本等问题，目前非病毒载体包括质粒或裸露DNA（非病毒）、LNP递送系统等，但体内转染效果差以及毒性过大严重制约了非病毒载体的临床转化。病毒载体则包括常用的腺相关病毒AAV、慢病毒LV和逆转录病毒RV等载体。优质的病毒载体应具备有足够的空间来递送大片段的治疗基因；具有高转导效率，能感染分裂和非分裂的细胞；能靶向特定的细胞，且可以长期稳定表达转基因；具有较低的免疫原性的或致病性，不会引起炎症；具备大规模生产的能力等优点。

人工改造的病毒是目前基因治疗中最常用的载体。病毒载体优化升级则贯穿了整个基因治疗的发展史，感染效率更高、安全性更好的病毒载体的使用也是近年基因治疗取得成功的关键动因。根据ASGCT数据，89%在研CGT项目采用病毒载体作为递送系统，AAV和LV是最为常见的载体类型，分别常用于基因治疗和CAR-T等产品。

腺相关病毒AAV简介

早期基因治疗曾尝试腺病毒载体，但因为免疫原性过强和导入的环状DNA可能在细胞分裂中丢失而被AAV取代。AAV是一种无包膜单链DNA 病毒，属于细小病毒家族。AAV作为最早通过欧盟FDA认证的基因治疗载体，因其具有宿主范围广、非致病性、低免疫原性、长期稳定表达外源基因、良好的扩散性能和物理性质稳定等优点，已被广泛地应用于基础研究和临床试验中。（报告来源：未来智库）

通常情况下AAV不能独立复制，只有在辅助病毒（如腺病毒，单纯疱疹病毒，痘苗病毒）存在时才能进行复制。目前的主流看法是rAAV的基因组中不包含有Rep基因，所以rAAV的基因组DNA几乎不能够整合到AAVS1位点，在感染细胞后rAAV基因组会加工成一个双链DNA环形 episome（头尾相连形成环状），能长期存在非分裂细胞中而不被细胞系统当作外源DNA降解，因此可以在哺乳动物器官或组织中长期保留，但不会随着基因组复制而复制。

目前己发现AAV有12种亚型及120多种变型，并逐步用于基因药物研发。rAAV携带的蛋白衣壳与野生型AAV几乎完全相同，然而衣壳内的基因组中编码病毒蛋白的部分被删除，取而代之的是治疗性转基因（transgene）。AAV基因组中唯一被保留的部分是ITRs，它起到指导基因组的复制和病毒载体组装的作用。将编码病毒蛋白删除，一方面可以最大化重组AAV携带转基因的容量，另一方面可以减小病毒载体的免疫原性和细胞毒性。

病毒载体生产表达

CGT药物生产核心是病毒载体的表达生产，通常病毒载体的生产涉及上游的载体表达和下游的分离纯化。载体的生产涉及十分复杂的工艺，难度极高，且制备周期较长，这直接导致了全球范围内的病毒载体GMP产能接近瓶颈。同时也是阻碍整个基因治疗行业发展的主要障碍。基因治疗载体工艺的开发、放大和GMP生产涉及复杂的生产体系和严格的质量控制体系，例如菌株库、细胞库、毒株库建库工艺，大规模大肠杆菌发酵工艺，细胞培养工艺，病毒收获和纯化工艺、无菌工艺，制剂灌装等重要工艺

病毒载体的生产通常需要从病毒载体结构入手：以AAV载体为例，AAV的基因组包括上下游两个开放读码框架，位于分别由145个核苷酸组成的2个反向末端重复序列（ITR）之间。基因组中有3 个启动子（P5、P19和P40）和2个开放阅读读框、REP和CAP。REP编码4个重叠的多功能蛋白，即REP78、REP68、REP52和REP40，其中REP78与REP68 参与AAV的复制与整合，REP52和REP40具有解螺旋酶和ATP 酶活性，与REP78、REP68共同参与单链基因组的复制；CAP编码的VP1、VP2、VP3是装配成完整病毒所需要的衣壳蛋白，它们在AAV 病毒整合、复制和装配中起重要作用。

AAV载体生产表达——三质粒共转染和Sf9昆虫细胞表达

经典三质粒共转染：首先构建并纯化获得三个细菌质粒VEC,CAP和REP，其中VEC携带插入的基因，CAP和REP为构建AAV组成部分。再共转染到含有腺病毒E1a/b元件的HEK293细胞，细胞内组装成为rAAV。目前三质粒共转染是使用最广泛的rAAV生产方式。

BEVs载体感染Sf9昆虫细胞：使用两种重组杆状病毒来感染Sf9细胞，第一个携带目的基因和AAV ITRs，第二个杆状病毒载体（BEV）协助 Rep和Cap的合成。由于感染昆虫细胞的病毒一般不会感染哺乳动物细胞，且无血清培养基不包含血清中的动物来源杂质，杆状病毒-Sf9生产体系的安全系数较高。另外杆状病毒可以辅助AAV的复制，所以此方案也不需要腺病毒（Ad）等辅助病毒的参与。

三质粒共转染优缺点：优点是只需要构建含目的序列的rAAV质粒和普通的转染过程，快速、简便、病毒空壳率相对低；缺点是目前较多是基于贴壁细胞基础上的生产，细胞扩大化生产会有较大困难，需要制备大量高质量的载体质粒，rAAV的产量在很大程度上取决于转染的效率。

Sf9昆虫细胞优缺点：由于昆虫细胞更小，可以高密度悬浮培养，AAV 生产效率更高。缺点是需要纯化相关病毒颗粒，需要对培养过程进行微调（如杆状病毒基因组在高病毒浓度下会变得不稳定，而 rep 基因的缺失会导致基因治疗载体的生产停止）。

除上述两种表达方法外，还可以建立起含有rAAV的Rep/Cap基因或ITR基因组的稳定细胞株（常用Hela细胞），再用辅助病毒来感染生产出 rAAV。此方法的优点是所用细胞可选能作悬浮培养的工业化生产细胞株，适合临床规模生产。缺点是稳定细胞株的建立与鉴定需要很长时间；细胞株需要注意多次传代后的稳定性；后续纯化过程中要注意完全失活辅助病毒。

AAV载体商业化供需分析

供给端假设：悬浮培养上游工艺的滴度为2×1013vg/L（单个反应器体积2000L）、贴壁培养滴度为4×1013vg/L （单个反应器体积1000L），下游工艺收率30%，年生产量20批；对应不同患者剂量，反应器每年供应的剂次差别较大，剂量为1×1015vg/人对应的年可供应剂次仅240 人，若要满足血友病、渐冻症等患者人数相对较多适应症的需求，预计产能缺口较大。与单抗药物生产（5000L流加工艺）相比，其年生产剂次超24000人，约是针对系统递送的基因治疗产品生产能力的100倍。

AAV载体临床研究需求分析

AAV载体临床分布假设：假设22-26年CGT领域临床项目数增速为25%、27-31年增速为20%，按21年522项临床为基数计算得到31年临床项目为3964项。结合前文，假设采用病毒载体递送占比90%、AAV载体占病毒载体合计比例为42%，对应AAV载体相关临床项目数约1500项。根据Nature Research统计登记临床信息，目前152项登记AAV载体基因疗法临床试验中，眼科适应症占比为25%、神经系统占19%、血液疾病占14%、肌肉系统占12%、代谢系统和其他罕见病占比30%。假设I/II/III期项目数比例为10：5：2，对应患者入组数分别为10/15/50人。

3.重点企业分析

Catalent

Catalent是全球CGT CDMO龙头企业，在基因治疗和细胞治疗领域均有丰富的项目开发经验，病毒载体和质粒等生产基地分布于欧洲比利时和美国马里兰州，开发能力涵盖悬浮、贴壁生产以及不同表达系统。公司CGT生产和技术平台主要依靠并购取得，自2019年起公司相继并入Paragon、MaSTherCell和Promethera Bioscences等企业，迅速扩大病毒载体和质粒的生产能力，并在2020年6月成为首个FDA批准基因治疗商业化的CDMO企业（诺华Zolgensma）。

Catalent起源于Cardinal制药技术和服务部门，2007年被黑石集团收购后更名Catalent。早期通过收购切入递送、临床服务和蛋白质工程等领域，2014年盈利上市后业务聚焦四大板块，并逐步将重心转向生物制品，自此实现快速发展；近年来公司通过一系列收购进军技术最杂最难、潜力巨大的基因与细胞治疗领域，通过技术、工厂、临床供应设施的配套打造跻身基因疗法龙头，带动公司生物制品业务飞速增长，2021财年已成为最大的业务板块。2021财年公司实现营收39.98亿美元，其中生物制品板块收入19.28亿美元，占比达到48.22%。公司期望总收入长期增速达到8-10%，生物制品板块长期增速达到10-15%，占比超过50%。（报告来源：未来智库）

博腾生物

公司成立于2018年，立足于苏州工业园区。基地建筑面积约5000平方米，其中，GMP工艺放大和中试生产车间以及CAR-T细胞扩增实验室按照cGMP、FDA、EU-GMP和NMPA标准设计和建造。21年上半年，博腾生物获得9个新项目订单，涉及金额约5,466万元。2021年5月凯地生物达成战略合作，公司将作为独家CDMO合作伙伴为凯地生物提供多个CAR-T项目的CMC研究开发服务，包括质粒、病毒载体和CAR-T细胞的工艺开发与生产及CMC部分的IND注册申报支持等服务。截至报告期末，苏州博腾累计在手订单客户12家，在手订单项目14个。现有基因细胞治疗CDMO团队120人。 21年上半年，博腾生物引入A轮融资，融资总额4亿元，计划用于二期项目的商业化生产基地建设和运营支出，加快基因治疗业务AAV工艺开发及GMP生产能力的建设，全面提高GMP质粒、病毒和细胞治疗等产品的产能。公司还持续推进AAV团队、昆虫细胞AAV工艺平台、50L工艺放大等能力建设工作。

和元生物

公司在基因治疗领域持续布局，于2017年完成基因治疗产品工艺开发技术平台的搭建并投入运营，2018年启动公司首个新药临床申报 CDMO服务项目，2019年建成并投入使用基于“一次性工艺”技术的、大规模、高灵活性基因治疗GMP生产平台。目前公司业务覆盖CRO 和CDMO，涵盖质粒、AAV、LV载体以及溶瘤病毒等领域，提供从IIT、IND前后、临床以及商业化阶段产品生产全产业链服务。公司已拥有近4500㎡的基因治疗载体研发生产综合平台、近7000㎡的基因治疗产品GMP生产平台，包括质粒生产线1条、病毒载体生产线3 条、CAR-T细胞生产线2条、建库生产线3条、灌装线1条。2020年公司在上海自由贸易试验区临港新片区启动建设77,000平方米的精准医疗产业基地，设计GMP生产线33条，反应器规模最大可达2000L。

收入以CDMO为主，IND-CMC服务占比持续提升：公司在稳健经营的CRO业务（科研类客户为主）基础上积极拓展CDMO业务（深圳亦诺微、复诺健、康华生物、江苏万戎等新药研发企业为主），并快速转换为以CDMO业务为主要收入增长引擎和战略发展重点，收入占比由18 年29.79%上升至20年71.47% 。以IND申报为节点，公司提供的CDMO服务分为Pre-IND（IND前）和Post-IND（IND后）两阶段，其中INDCMC服务收入快速增长，2021H1收入达到4555万元。公司CDMO优势为工艺难度更高的溶瘤病毒业务，在手合同覆盖的基因药物类别以溶瘤病毒为主，其次主要为AAV和细胞治疗的CDMO项目。2020年5月公司帮助客户的溶瘤病毒项目成功获得美国临床试验批件，并提供样品用于客户在中国、美国、澳大利亚的临床试验研究。

报告节选：

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