综述：非病毒性体内细胞和基因疗法：为药物化学与制造（CMC）科学及科研人员带来的变革之旅

《Journal of Pharmaceutical Sciences》：Non-viral in vivo cell and gene therapies: A change journey for CMC science and scientists

　　安妮特·巴克 | 玛丽安·阿什福德
阿斯利康研发部门，高级药物递送技术，波士顿，马萨诸塞州，美国

**摘要**
随着制药科学从传统的小分子和肽类转向非病毒性体内细胞和基因疗法，化学制造与控制（CMC）领域正在迅速发展。本文强调了所需的各种技能，这些技能涵盖了化学、生物学、药物递送、制剂开发以及分析开发等多个领域。这些技能对于开发临床应用的非病毒性体内细胞和基因疗法产品至关重要。此外，文章还讨论了最适合这些新疗法的组织结构。为了更好地阐述这些技能，我们首先总结了多组分脂质纳米颗粒（LNPs）的复杂性，包括新型辅料、新的产品制造方法、复杂的分析要求以及仍在发展的监管框架。最后，文章指出了非病毒性体内细胞和基因疗法在临床应用和患者可及性方面的优势。我们希望为处于类似发展阶段的科学家提供启发，并表明拓展技能、知识和科学素养是一项值得投资的工作，有助于未来差异化药物的研制。

**引言**
治疗领域正在迅速扩展，涵盖了多种日益复杂的疗法，如生物制剂、核酸和靶向药物结合物，每种疗法都面临着独特的递送、制剂和分析挑战。我们最近从递送解决方案和趋势的角度探讨了这一新一代药物的发展方向，强调必须在发现阶段尽早整合药物递送技术，以提高治疗效果、减少剂量并增强以患者为中心的设计。然而，当这些新型药物需要进入临床开发、生产和质量控制阶段时，会给CMC团队带来诸多挑战，例如对递送机制的理解有限、新型辅料和制造方法的缺乏、缺乏通用的平台和方法、新的分销渠道以及有限的监管先例或全球统一的流程。本文将重点关注非病毒性体内细胞和基因疗法，并简要概述了从传统的小分子和肽/蛋白质疗法向这一复杂新领域转变的CMC科学历程。这些新疗法要求CMC和监管策略做出相应调整，尤其是在时间压力不断增加和竞争激烈的市场环境下，确保这些复杂药物能够顺利进入临床应用。

本文作者安妮特·巴克和玛丽安·阿什福德都是受过传统药学训练的科学家，他们在20多年前获得了博士学位。她们在大型制药公司从事口服和注射用小分子及肽类疗法的研究工作，近年来转向了更复杂的递送系统和CMC策略。本文通过总结CMC科学的发展历程，探讨了所需的新技能、科学家如何成功应对这些变化，以及制药科学部门如何适应这些变化。

**CMC科学历程的演变**
从合成小分子时代开始，CMC科学已有成熟的指导原则（如ICH指南、药典等），但随着技术的发展，现在面临的是越来越复杂的疗法和递送系统。对于基于LNP的mRNA疗法，相关指导和先例仍然有限——目前只有三种FDA批准的产品，且均为肌肉注射型疫苗。表1总结了主要策略和关键行业参与者。这些信息来源于相关文献，这些文献还提供了更多细节和更广泛的背景信息。从表中可以看出，这些产品大多仍处于临床前或早期临床阶段，因此该领域仍在不断发展中（这也体现在众多相关会议的举办上）。

在化学方面，小分子通常是合成产物，分子量约为500道尔顿（Da），结构明确，因此活性成分具有均匀性，通常使用常见的辅料进行制剂。而mRNA/LNP是一种多组分系统，其活性成分可能包括gRNA（引导RNA）和mRNA本身，此外还包含离子化脂质和靶向配体等新型功能性辅料。所有这些成分都会影响体内效果，因此必须纳入CMC考量范围。mRNA的分子量通常在100个核苷酸左右（33-35 kDa），而某些mRNA的长度超过5.5 kb，目前尚未通过化学方法实现合成。相比之下，小分子的分析方法相对简单，常用的检测方法如液相色谱-紫外光谱（LC-UV）或质谱（MS）可用于测定含量和杂质分析。但对于mRNA等大分子，其表征工作更为复杂，需要多种方法，如序列确认、LC-MS/MS结合酶切验证加帽效率及多聚腺苷尾长等。

在制造和加工方面，小分子的制备过程相对简单，使用成熟的配方和技术即可。而mRNA的制备涉及DNA质粒的体外转录、酶促合成、加帽、polyA修饰和纯化等步骤，这些过程与传统的合成小分子药物有很大不同，且通常遵循生物制剂的监管流程。制剂过程也较为复杂，需要混合酸性水相和有机相（分别含有mRNA和脂质），流程参数（如流速比、缓冲液浓度等）对最终产品质量有重要影响。LNP中的脂质也需要进行表征，由于缺乏紫外吸收特性，通常采用带电荷气溶胶检测的液相色谱（CAD）技术进行分离。

在质量控制方面，mRNA-LNP疫苗的CQA（关键质量属性）鉴定需要多种分析方法。Kersten等人在2026年的综述中总结了当前使用的多种分析方法及其测量的质量属性、相关药物属性及对体内效果的影响。生物制品的分析要求更高，需要更多测量技术。

**技术变革与组织结构**
随着药物递送技术和制药科学的发展，工业药物递送及产品开发团队的组织结构和人才构成也发生了变化。本文通过表格展示了这些变化和技能需求。随着药物递送技术向非病毒性体内细胞和基因疗法的转变，科学界出现了新的混合型角色和能力需求，这些角色需要跨化学、生物学、材料科学、分析学等多领域的专业知识。例如，“递送化学家”和“细胞内递送科学家”等职位在传统制药部门较为罕见。这些科学家需要运用药物化学设计、制造和测试技术来开发新型制剂材料（如脂质、聚合物、肽等），同时深入了解生物活性、细胞内转运机制和作用机制。纳米药物（如LNP）的复杂性要求专门的分析技术，特别是在尺寸、纯度、结构和释放特性等方面。这些发展促使组织整合不同领域的专业知识，包括化学、生物材料、细胞生物学、分析学和监管科学等。

**结论**
尽管CMC领域的挑战不断增加，但最终目标始终是从分子设计出发，开发出可重复生产、受控、安全有效的药物产品。虽然CMC方法和工具箱有所扩展，但核心的质量原则（定义、控制、验证和持续改进）始终不变。本文并未涵盖所有细节，建议读者参考其他资料以获取更多信息。随着技术和科学的发展，工业药物递送及产品开发团队的组织结构和人才构成也在发生变化。

总体而言，随着药物递送技术和制药科学的进步，制药组织需要适应新的角色和能力需求，这些变化要求跨学科的合作和整合。根据我们在所工作过的公司以及参与的行业科学组织和协会中的经验，制药研发的组织方式大致可以分为三种：1）一个涵盖所有研发模式和技能的制药研发部门；2）两个分别负责合成药物/生物制剂、制剂/分析技术、口服/注射给药途径或研发工作的制药研发部门；3）多个根据研发模式划分的制药研发部门，如小分子、寡核苷酸、蛋白质或细胞与基因治疗。阿斯利康的先进药物递送部门（Advanced Drug Delivery department）专注于非细胞生产的药物研发，该部门拥有制剂分析、细胞生物学和化学方面的技能，主要致力于注射用临床制剂的研发，并负责从发现到早期开发的全过程。我们发现，同一部门内从药物递送到化学制造（CMC）的紧密合作以及广泛的技能覆盖，有助于高效地推动从发现到早期开发的转化。

那么科学家们呢？现在大学开始培养具有化学和生物学双重背景的科学家，使他们能够设计纳米颗粒、理解药物的生物行为以及相关的制剂和分析技术。然而，这些科学家在找到工业职位时首先需要学习药物开发知识。因此，目前非病毒性体内细胞和基因治疗主要由受过传统研发模式教育和具有相关经验的科学家开发。

如果你已经具备了肽类和/或小分子开发方面的知识和经验，如何扩展自己的知识范围以涵盖体内细胞和基因治疗及其相关的递送系统、制剂和分析技术呢？合理的做法是参加科学培训课程、阅读相关文章，并在会议上与其他从事该领域的专业人士建立联系。这将帮助你了解技术方面的基本要求。我们发现，个人层面上的热情或动力（比如推动新科学发展的愿望、帮助患者的使命感，以及对学习新事物的好奇心）对于克服开发这些新模式的挑战非常有帮助。同时，具备小分子和肽类等合成药物递送及化学制造方面的经验，也有助于将这些领域的知识应用到非病毒性体内细胞和基因治疗等新模式中。因此，拥有其他领域的经验确实是一个显著的优势。不过，这对许多科学家来说可能会超出他们的舒适区。应对这种变化的方法可以在工作支持系统中寻找，比如管理者、同事或可信赖的导师（参见相关指南了解如何寻找导师及其带来的好处）。

在本文中，我们概述了化学制造科学家向非病毒性体内细胞和基因治疗领域转型的过程。为什么要进行这一转型？与现有模式相比，这些疗法对患者有哪些优势？体内细胞和基因治疗旨在解决未满足的医疗需求。根据美国细胞与基因治疗学会（ASCGT）2025年第四季度的季度报告，58%的基因治疗项目（包括病毒基因治疗和非病毒基因治疗）仍处于体外研究阶段，42%处于体内研究阶段，其中体内CAR T细胞治疗（46%）占据主导地位。体外CAR T细胞治疗通常涉及从患者体内抽取血液、分离并激活T细胞后再回输到患者体内的过程（详情请参考相关文献）。这种做法存在较大的物流挑战，限制了全球供应链的效率，从而影响了患者的可及性；而体内LNP（脂质纳米颗粒）疗法则是即用型注射制剂，所有患者都能使用。其他还包括CAR T细胞疗法、TCR（T细胞受体）疗法和非CAR基因疗法。基因治疗领域的五大主要应用领域是癌症、罕见病、神经系统疾病、感觉障碍和免疫系统疾病（按发病率递减排序），最常见的三个靶点是急性淋巴细胞白血病、脑癌和系统性红斑狼疮。在罕见病领域，最常见的五个靶点是骨髓瘤、非霍奇金淋巴瘤、B细胞淋巴瘤、急性髓系白血病和胰腺癌。这些都是目前其他治疗方法尚未有效解决的医疗问题，进一步的发展将显著改善患者的生活质量。

目前最常见的基因治疗方法是病毒性和体外基因治疗，尽管它们具有高效的转导效率和持久的表达效果，但病毒疗法受到载药量有限、免疫原性导致的重复给药问题以及高昂制造成本的制约。因此，我们认为向非病毒性体内细胞和基因治疗转型的过程对患者来说是非常值得的。不过，这一领域在药物递送和化学制造方面仍在不断发展中，因为科学界正在从临床研究中的疗法中不断学习。LNP化学制造领域仍需解决的问题包括确保在接近室温下的长期稳定性、实现复杂靶向、提高生产规模、优化分析方法、确保高质量辅料供应（包括新型辅料）以及降低制造成本。

最后，用亚伯拉罕·马斯洛的名言来结束这篇关于持续科学学习之旅的文章再合适不过了：“在任何时刻，我们都有两个选择：向前迈进以实现成长，或者退回到安全的状态。”

**利益冲突声明**
安妮特·巴克（Annette Bak）和玛丽安·阿什福德（Marianne Ashford）均为阿斯利康的员工。

**使用说明**
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**编辑声明**
作者担任该期刊的编委会成员/主编/副主编/特邀编辑，未参与本文的编辑审查或发表决定。作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务关系和个人关联：两位作者均为阿斯利康的员工。

**致谢**
感谢阿斯利康先进药物递送部门的所有同事，他们为基于LNP技术的体内细胞和基因治疗药物的研发做出了贡献。