分子生物農場夢想成真?
想像一下,病患來到診所看病,醫師診斷後開立一張處方箋,病患順手收起健保卡,拿著處方箋到藥局領藥。藥師看了處方箋,刷了健保卡之後,拿了一籃紅蘋果給病患,說明每餐吃一顆蘋果即可。
這並非是說蘋果也能治病,而是未來透過生物科技的導入,植物也能用來生產治療用的藥物,這也是一派崇尚自然的生物科技學者極力推動的分子生物農場(molecular farming)的概念。
又稱為生技農場製藥
分子生物農場是指以基因轉殖方式,將蛋白質藥物分子的基因序列,植入一般作物的細胞核基因序列中,用農作物作為生產器具,生產具有人類醫療價值的蛋白質藥物或生物製劑,通常又可稱為生技農場製藥(biopharming)。
市面上治療各種疾病的西藥,大多數是化學合成的小分子藥物,隨著生物科技快速進步,利用細胞培養或醱酵技術生產的蛋白質藥物,包括:賀爾蒙、細胞激素、疫苗及單株抗體等,由於其專一性高,效果較佳、副作用較少,近幾年來,已漸漸成為醫藥品重要的產品類別。
然而,這一類的蛋白質藥物,通常必須在環境嚴格管制的環境中生產,導致成本及售價居高不下,許多較為窮困的國家病患常因此無法受用。
利用植物或「生物反應器」大量生產醫藥,已成為全球生技發展的新趨勢。不過,由於分子生物農場必須使用基因轉殖技術,某種程度與基因改良作物相似,類似的作物在田間種植時,容易引發顧慮,因此,分子生物農場的發展仍有許多待克服的問題。
ProdiGene的意外插曲
最早開始進行分子生物農場的相關研究,可追溯至1990年,美國開始利用基因轉植的煙草及馬鈴薯等作為生產人類白蛋白,美國農業部同意可在田間種植之後,植物生產人類白蛋白的農作物便逐漸在美國各州種植。
2000年之後,分子生物農場快速成長,許多人類或動物蛋白質藥物大量運用農作物進行測試。
2003年,有將近200家生技製藥公司著手研發利用農作物生產可治療人類疾病的藥物,包括:囊狀纖維化(Cystic fibrosis)、非何傑金氏淋巴瘤(Non-Hodgkin´s Lymphoma)等。
2002年底,美國一家生技公司ProdiGene爆發基因轉殖作物與一般作物污染的事件。ProdiGene依計畫在內布拉斯加州進行基因轉殖玉米,生產用於診斷試劑的蛋白質分子Avidin。
當玉米成長收割後,部份未被妥善處理的玉米粒掉落至土壤上,緊接著土壤被用來種植大豆作物,殘留的玉米粒發芽成長,最後利用機械大規模收割大豆作物時,這些基改玉米便混雜在大豆中。
美國第一個獲淮上市的植物生產醫藥產品
當時,美國農業部處以ProdiGene25萬美元的罰款,處罰ProdiGene未遵守田間試驗的作業流程,另外,必須賠償300萬美元給於銷毀大豆作物的損失。
ProdiGene的意外插曲,對分子生物農場的發展造成難以衡量的傷害,投入此領域的生技產業復甦緩慢,田間大規模種植基因改良作物成了商業化的一大難題。
自此之後,以學術研發機構及新創公司為主力的參與者,逐步展開新的研發重點,利用溫室及生物反應器的設備,生產基因改良作物,部分則繼續在田野間進行試驗性種植。
ElelysoTM成功上市 意義非凡
此一藥物是由以色列ProtalixBioTherapeutics與Pfizer共同開發完成,其研發概念是利用基因改造胡蘿蔔細胞,使得基因轉殖後的胡蘿蔔細胞,能夠表現人類葡萄糖腦?酯?(glucocerebrosidase)。
Elelyso係屬於酵素替代性療法(enzyme replacement therapy, ERT),長期用於治療高雪氏症成年患者。
從已公佈的資料來看,Elelyso在病患的治療效果,並不會低於現在已核准使用的高雪氏症治療藥物imiglucerase。臨床試驗結果也確認,對不曾使用過ERT治療的患者施予Elelyso,可顯著降低脾臟與肝臟體積(減少葡萄糖腦?脂堆積),並改善血紅素與血小板數量。
Elelyso的成功獲准上市,也為Protalix旗下的基因轉殖植物細胞技術平台PorCellEx®製造平台踏出成功的第一步。
Protalix是一家以色列公司,其開發的ProCellEx®生產系統主要利用胡蘿蔔及煙草細胞作為生產平台,透過基因轉殖技術導入植物細胞,藉此生產蛋白質藥物。
由於技術平台以生產製造為主,公司的發展策略即以發展蛋白質新藥及生物相似藥(biosimilar)為主。由於技術平台的優勢在於生產,公司的研發策略則以其他生技製藥公司共同合作為重點,自行研發的藥物計畫則可同步作為驗證技術平台的試驗。
排除污染風險 降低成本
利用植物細胞培養在動物病毒感染上將可大幅避免,同時也可具有蛋白質後醣類修飾的效應。除此之外,植物細胞培養並不需要添加動物血清,成本也可以因此下降。
利用植物來生產醫藥產品並非是全新的概念,過去我國一直有許多學術機構積極投入基因轉殖技術,希望能把農作物發展成生產蛋白質藥物系統,以取代傳統的微生物及酵母菌醱酵系統,或動物細胞培養系統。
我國處於亞熱帶地區、土地資源豐富,加上農業栽種技術優良,植物相關研究人力經驗充足,其實非常適合發展分子生物農場以生產各種蛋白藥物。雖然田間種植這些基因改良作物仍舊面臨到一般民眾的許多質疑聲浪,但使用植物來作為生產平台仍舊具有許多優勢。
Elelyso的成功經驗也顯示出,只要在高度管制的環境中,例如利用生物反應器醱酵生產,利用植物細胞作為生產載具的分子農場,未來仍有高度的發展潛力。
《利用植物生產醫藥的分子生物農場 具有下列優勢》
1.生產快速及具備經濟規模
2.生物體細胞內合成,蛋白質可形成正確結構
3.植物細胞生產可避免人體潛在病菌污染的可能性
轉載自MD生技與醫療器材報導月刊 175期
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