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疫苗行業綜述(上)

2017-12-29 來源:康眾生物


、疫苗接種簡史

(一)早期進展:

人類嘗試疫苗接種并不是從Edward Jenner 接種天花疫苗開始的。早在7 世紀,一些印度佛教徒就試圖飲用蛇毒以產生免疫力,他們可能也誘導了抗毒素樣的免疫反應。

16世紀,印度的婆羅門教徒定期接種人痘,即將天花膿包中的膿液干燥后接種人皮膚。

18世紀的文獻記錄了中國的天花疫苗接種。

19世紀70年代晚期,Louis Pasteur對雞霍亂弧菌進行減毒的研究是自Jenner發表《天花疫苗》以來相關領域的第一個重大進展。

19世紀末,人類研制成功了傷寒,鼠疫和霍亂的滅活疫苗。

 

(二)20世紀上半葉


 


(三)20世紀下半葉

20世紀下半葉隨著病毒能夠通過細胞靜置培養傳代,疫苗的發展自1949年起開始進入黃金發展時代。曼徹斯大學的Hugh Mary maitland1928年發明了細胞瓶組織培養技術,隨后許多研究都致力于該方法的改進。 Maitland用含有雞血清和礦物鹽的培養基無菌培養切碎的雞腎用以擴增牛痘病毒。Geoge gey通過連續滾動培養管增加細胞的通氧量從而提高了病毒產量。John enders Thomas weller和 Fred robbins于20世紀40年代末在波士頓兒童醫院開展了細胞培養的研究。在使用了 Maitland的組織培養技術之后,他們決定嘗試利用外植的人體細胞(來自出生后不久死亡的新生兒的皮膚和肌肉組織的成纖維細胞)進行病毒培養。第一次成功是在人單層細胞培養物上培養 LansingⅡ型脊髓灰質炎病毒。能夠在體外單層細胞上以相對簡單、安全的方式培養人類病毒,使得疫苗學迅猛發展,迄今勢頭未減。


二、疫苗產業

  疫苗產業由許多公司組成,主要包括從事疫苗的研究,開發,生產,銷售和配送等任一環節。公司主要從產品銷售和前景預測獲得回報。疫苗產業規模較小但持續增長。2010年全球疫苗銷售額估計超過250億美元。雖然50多個國家都有疫苗企業,但大型疫苗公司主要位于美國和歐洲,根據銷售收入,這些跨國公司占據了疫苗市場的主導地位,但根據疫苗產量,地區性公司的市場份額在逐年增加。


 

 

疫苗研發是個困難,復雜,高風險而且昂貴的,它包括臨床研究,工藝開發和檢定方法研究。疫苗研究高風險表現在大多數候選疫苗在臨床前或臨床早期就宣告失敗。疫苗研發需要強有力的管理系統和質量控制以及科學家和工程師必不可少的技能。臨床研發階段包括按一定程序在人體中進行的疫苗安全性,免疫原性和有效性的研究。一般包括3個階段:I期,對少量受試者進行早期的安全性和免疫原性研究。II期,在200-400名受試者中進行安全性,劑量范圍和免疫原性研究。量范圍和免疫原性研究。有時需要進行Ⅱb期試驗,即非批準市的概念驗證( proof-of- concept,PoC)研究(也就是在動物模型或人體上初步證實疫苗有效性);Ⅲ期,按許可標準進行的安全性和有效性試驗。工藝開發涉及制造符合臨床試驗監管要求的試驗用疫苗,包括多批用于臨床試驗、臨床前毒理學研究和分析評估的疫苗。工藝開發還包括確定最終放大的生產工藝,并通常按1/10或全量的生產規模連續生產3批疫苗供臨床免疫原性研究用。檢定方法研究涉及建立全套能夠檢測原料純度、疫苗產品穩定性和效力以及通過免疫學和其他標準預測疫苗效力的方法。是否繼續研發的抉擇要貫穿臨床試驗和工藝開發的每個階段,并要以數據為依據。臨床、生產工藝以及檢定的研發工作要成為一個整體。

“工藝”可被籠統地分為2:批生產和后處理。批生產包括細胞培養和()發酵以及后續的各種疫苗純化步驟。后處理包括佐劑/防腐劑的加入、西林瓶或者注射器灌裝(包括活病毒疫苗凍干)、貼簽、包裝和入庫保藏等。工藝開發可能像臨床試驗一樣花費昂貴,對于整個疫苗研發的成功是至關重要的。研發進入申報階段后,隨著臨床研究規模擴大、生產規模放大和生產廠房建設,費用逐步增加。獲批后疫苗的安全性和有效性研究(4期臨床)也是很必要的 ,這需要大量的額外費用。需要重點指出的是,與藥品不同,通常來說疫苗在通過了早期的人體臨床概念驗證研究后獲得最終批準的可能性非常大。     

臨床研究比生物工藝開發更為直觀,因為它直接決定了疫苗研發是否繼續進行。這兩個過程相互交織,每個過程都有限速步驟,因此必須協同一致。第一階段涉及使疫苗通過臨床Ⅱ期概念驗證研究(在動物模型或人體初步驗證有效性),需要花費兩年或更長時間。首先需要候選疫苗被基礎研究實驗室認可,然后進行以下研發活動:制備臨床I期樣品的小量工藝和配方、疫苗簽發的檢定分析方法、臨床前毒理學研究、評估臨床反應的免疫學檢測方法、新藥研究申請、設計十合理的I/a臨床試驗。第二步是在臨床Ⅱb劑量研究開始之前確定產品和工藝,需要花費一年或更長時間。需要確定的內容包括合成/生物工藝步驟、組分數量和穩定性/配方等。穩定性、簽發和原材料檢定方法必須準備就緒。此外還必須建立支持劑量研究的免疫學和其他檢測方法,以及撰寫疫苗工藝和產品申請計劃。第三步是確定臨床劑量以及達到合適的生產規模,需要花費兩年成更長時間。通常在中試車間完成臨床級疫苗的生產、灌裝和簽發;II 期臨床試驗中閘明疫苗的安全性和劑量反應;3期臨床確定關鍵的檢測方法;批間一致性(按生產規模連續生產不善于3屁符合質量標準的疫苗產品的能力);完成向正式生產車間的技術轉移,包括生產工藝和檢定法。對于那不能用動物模型預測其在人體效果的疫苗,如人類免疫缺陷病毒(HIV )、瘧疾和結核病疫苗,可進行小規模的II b 概念驗證試驗。這可為工藝開發、分析方法開發和工廠建設等重要資源的投入提供決策依據。

通常疫苗檢定方法的研發是很困難的,因為大多數情況下疫苗被監管部門認為是不易界定的生物制品。疫苗簽發檢測最初采用功能性效力試驗,如動物免疫原性檢測等。近年來能夠反映疫苗效力的更強大和精確的體外方法已被廣泛接受。一般來說,生物學檢測方法的不穩定性是實現工藝放大和生產一致性的主要障礙。

第四階段是組織完成關鍵性的3期臨床試驗和批間一致性研究,需要36~48 個月。3 期臨床試驗成功的關鍵點包括根據發病率準確估算樣本量、低試驗退出率、將來要寫入說明書的精確臨床終點定義、按照最高標準進行嚴格的數據管理等。除了臨床研究,還進行擴大和生產穩定批次( 包括向生產設施轉移所有檢測方法)、設施驗證、證明生產一致性和實時穩性等。

最后一個階段是生物制品許可申請( Biologics License Applieation,BLA )的準備、注冊和疫苗投產,需要18~24 個月。這樣,假設整個過程按照預先計劃進行,需要10~ 15 年。

生產工廠造價非常昂貴,根據生產規模、生產復雜性和按照動態藥品生產管理規范(current goodmanufacturing practices,cGMP) 要求用于清潔和工藝驗證的大約20% 額外費用,需要5 千萬~3 億美元。除了少數例外,每種疫苗需要不同的生產廠房,這是因為各有不同的生產要求,不同產品的切換會造成管理上的困難。一些工藝過程是可放大的,像細菌或酵母發酵,因此擴大生產設備( 也就是發酵罐)的尺寸會在很大程度上提高產量,隨著生產規模的擴大單位成本也會降低。其他生產工藝( 如用雞胚和細胞培養生產病毒性疫苗)是不易放大的。為提高產量,就需要建造額外的工廠或者在現有工廠內建造額外的生產模塊,因此隨著生產規模的擴大單位成本不會明顯降低。盡管疫苗批量生產非常復雜,疫苗投產3~5 年后大多數批量疫苗的全部成本下降到每劑10 美分以下,而且產品成本主要與灌發、封裝和包裝有關,對于生產廠家有限的成熟疫苗,能夠在整個產品周期保持很高的利潤空間。




生產工廠的建設需要提前進行( 在獲批前4-6),包括為了加速產品上市而建立產品庫存所需要16 -12 個月。否則,從獲批到上市之間會有1~5年的延遲期。

此外,最好能夠在最終疫苗生產車間內生產出穩定批次,以此證明疫苗穩定生產的能力并用于3期臨床效力試驗。否則,需要通過免疫學研究來“橋連”用于效力試驗的產品和商業化工廠生產來的產品。如果免疫學方法不足以強大,就會尤其困難,類似情況經常發生在細胞免疫檢測中。如果產品研發失敗,上述決策會帶來巨大的金融風險,這也是疫苗產品研發往往局限于大型制藥公司的一個主要原因。

一個新藥或者新疫苗的研發預計花費從1993年的2.31億美元上升至2003 年的8.02 億美元,到2010 年達到10 億美元。這些估算考慮到了所有的成本,包括產品研發失敗的費用、獲批后臨床試驗的費用和改進生產工藝的費用。大約只有50%的費用是有形的,其余的是資金成本。然而這些數字是有爭議的( 另有人估價為1~2 億美元)。然而通過兩種途徑驗證了較高的這一估價。第一,公司或業內每年報批的新疫苗數量很少,與每個新產品研發費用為6 ~8 億美元相關。如果一個公司每年花費1億美元用來進行疫苗研發,那么預期每6~8年有一個新產品,這與事實基本相符。第二,生物技術公司專注于一個疫苗并將其成功投放市場花費的研發費用為5 ~7 億美元( Aviron/Medimmune)。總的來說,疫苗研發從概念到獲批是一個漫長的過程,可用今年來皮中的幾種疫苗的研發時間為例說明。


 


為了理解疫苗研發中產業所起的主導作用,必須了解疫苗研發公司與其合作伙伴之間的關系。疫苗研發合作網絡中各合作伙伴的相對貢獻如表3-4所示。




美國政府的幾個機構在疫苗研發中扮演著重要角色。美國國立衛生研究院( NIH)是支持內部和外部(主要是學術單位)針對病原體( HIV )開展基礎研究( 如基因疫苗和T 細胞記憶研究)的主要經費來源。這些研究有可能發現新的候選疫苗。通 過其疫苗臨床試驗網絡,近年來NIH 在國內以及國際上臨床開發領域的影響力得到了提高。此外,NIH 1999 年成立了Dale and Betty Bumpers 疫苗研究中心,主要目的就是為了研發HIV 疫苗。

作為美國FDA 的一個部門,生物制品評價和研究中心(Center for Biologics Evaluation and Research,CBER) 主要負責新疫苗的審批。CBER 針對疫苗生產工藝、設施和各級臨床試驗制訂了相應標準,用以確保獲批疫苗的安全性和有效性。這些標準對疫苗研發的本質和方向以及疫苗研發的成本有著深遠的影響。此外,CBER 內部保持著一個強大的研究基礎,使它能夠更好地評估各種研究的數據,同時它也是國際上最重要的疫苗監管機構。

美國疾病預防控制中心(CDC) 主導流行病學研究,確定疾病對公共衛生的影響等級,進行必要監測以確定危險因素。它在疫苗研發中最主要的作用是為疫苗研發確定公共衛生優先權,并且是負責安全性和有效性流行病學研究的主要政府機構。這些是對疫苗公司實施的IV期臨床的補充。通過美國免疫實施咨詢委員會( ACIP),CDC 推薦疫苗的使用,并且負責大多數疫苗的公共采購( 大約41% 直接通過兒童疫苗計劃采購,大約16%間接通過聯邦、州和地方政府采購,總計大約為美國兒童疫苗的57% )。這使得CDC 在決定疫苗需求和潛在利潤方面具有重要作用。美國兒科學會和美國家庭醫生學會等專業組織也為疫苗的使用提供建議,目前美聯邦還沒有針對成年人的疫苗計劃,盡管國家醫療保險愿意為接種流感疫苗和肺炎結合疫苗付費,許多私人保險并不涵蓋成年人的免疫接種。

美國國防部(Dep artment of Defense,DOD) 主導特定疫苗的研發,以保護美國官兵在部署至海外服兵役前免受傳染病的侵擾。因此,DOD 對當前或將來行動地區的各種傳染病威脅進行評估。如果私營機構不能提供疫苗,DOD 將主導這些疫苗的研究。由此產生的疫苗可能會惠及美國旅游者以及流行區域居民。除了進行疫苗研發之外,DOD 有生產小規模試驗性疫苗的能力,但許多此類工作是與或大或小的公司合作完成的。最近通過的一項2001計劃將會大幅提高DOD 的生產能力,該計劃旨在建設一個政府所有、合同運營的疫苗生產設施。

Walter Reed 陸軍研究所( Walter Reed Army In-stitute of Research,WRAIR )、美國軍隊傳染病醫學研究所( US Army Medical Research Institute for Infec-tious Diseases,USAMRID)、海軍醫學研究中心( Na-val Medical Research Center) 均為DOD 下屬為軍方提供基礎和應用醫學研究服務的機構。最近,為了建立應對生化恐怖威脅的醫學應急對策,DOD 內部的一些部門與工業伙伴緊密合作。DOD 也開展針對瘧疾和HIV 的重要研究。這種結盟為迅速啟動醫學措施以應對軍方感興趣的新病原奠定了必要基礎。

隸屬于健康和人類服務部的物醫學高級研究與發展管理(BiomeialAdan ed ResearthandDelqpment Aauhoiy,BA RDA)成立于2006 年,用于促進應對緊急公共衛生事件的疫苗和其他相關物品的開發和采購。BARDA還負責生物盾牌計劃(PojetBioshied ).用于對付可能遇到的生物或其他威脅。目前已經成功建立了針對天花、炭疽、肉毒毒素的醫學應急措施。此外,BARDA 還為各種新型大流感疫苗的早期研發提供經費資助。BARDA實際上的作用是覆蓋和填補NIH 資助的臨床前或I期臨床與處于2期或申報階段的生物盾牌項目之間的空白。

美國國際開發署(U.s Agency for IntermationalDevelopment,USAID) 對那些可能對發展中國家5 歲以下兒童產生重大影響的疫苗研發提供有限的支持。

非政府組織的作用正在逐步加強。比爾和梅琳達蓋茨基金會( Bill and Melinda Gates Foundation )向國際艾滋病疫苗行動組織( Intermational AIDS Vac-

cine Initiative)、瘧疾疫苗行動組織( Malaria Vaccineative)Aeras(致力于開發結核病疫苗)等多個組織提供了大量資金,用于研發那些可能對發展中國家產生重大影響的疫苗。此外,PATH(Programs for Approprivate Technology in Health) 也是一個非營利的相關組織,專門為發展中國家研發疫苗技術面打造私有組織之間的合作關系。這些產品研發合作伙伴組織( 實際上是非營利性生物技術公司)不但為其生物技術和大型制藥合作伙伴帶來了專業知識、動物模型、免疫檢測方法和疫苗試驗基地,還提供了降低科技風險、機會成本和金融風險的早期資本投資。此外,他們還提供驗證新型疫苗技術和平臺的機會。能夠提供全方位服務的大型疫苗公司的主要作用是疫苗研發。他們的基礎研究有限,但對特定生物的針對性研究較多,優勢主要在臨床和工藝開發方面。工藝開發和化學工程的技術和人員主要在這些公司,而無其他來源。符合FDA標準的臨床試驗幾乎全部由這些大公司完成,而這些項目的早期研發往往由學術界和合同研究組織(contract research organizations,CROs )完成。這些大公司還具備臨床研究、監管事務、數據管理、統計、項目管理以及其他所需學科的技術和人員。或許更重要的是,這些公司的管理是結構化的,能夠迅速做出是否繼續研發的決定。這是降低風險和評估有效疫苗開發所必需的。





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