疫苗行業(yè)綜述（上）

一 、疫苗接種簡(jiǎn)史

（一）早期進(jìn)展：

人類(lèi)嘗試疫苗接種并不是從Edward Jenner 接種天花疫苗開(kāi)始的。早在7 世紀，一些印度佛教徒就試圖飲用蛇毒以產(chǎn)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(mén)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(jìn)行減毒的研究是自Jenner發(fā)表《天花疫苗》以來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的第一個(gè)重大進(jìn)展。

19世紀末，人類(lèi)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(zhù)病毒能夠通過(guò)細胞靜置培養傳代，疫苗的發(fā)展自1949年起開(kāi)始進(jìn)入黃金發(fā)展時(shí)代。曼徹斯大學(xué)的Hugh和 Mary maitland在1928年發(fā)明了細胞瓶組織培養技術(shù),隨后許多研究都致力于該方法的改進(jìn)。 Maitland用含有雞血清和礦物鹽的培養基無(wú)菌培養切碎的雞腎用以擴增牛痘病毒。Geoge gey通過(guò)連續滾動(dòng)培養管增加細胞的通氧量從而提高了病毒產(chǎn)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(kāi)展了細胞培養的研究。在使用了 Maitland的組織培養技術(shù)之后,他們決定嘗試利用外植的人體細胞(來(lái)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(jìn)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(zhì)炎病毒。能夠在體外單層細胞上以相對簡(jiǎn)單、安全的方式培養人類(lèi)病毒,使得疫苗學(xué)迅猛發(fā)展,迄今勢頭未減。

二、疫苗產(chǎn)業(yè)

疫苗研發(fā)是個(gè)困難，復雜，高風(fēng)險而且昂貴的，它包括臨床研究，工藝開(kāi)發(fā)和檢定方法研究。疫苗研究高風(fēng)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(fā)需要強有力的管理系統和質(zhì)量控制以及科學(xué)家和工程師必不可少的技能。臨床研發(fā)階段包括按一定程序在人體中進(jìn)行的疫苗安全性，免疫原性和有效性的研究。一般包括3個(gè)階段：I期，對少量受試者進(jìn)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(jìn)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(shí)需要進(jìn)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(dòng)物模型或人體上初步證實(shí)疫苗有效性);Ⅲ期,按許可標準進(jìn)行的安全性和有效性試驗。工藝開(kāi)發(fā)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(xué)研究和分析評估的疫苗。工藝開(kāi)發(fā)還包括確定最終放大的生產(chǎn)工藝,并通常按1/10或全量的生產(chǎn)規模連續生產(chǎn)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(chǎn)品穩定性和效力以及通過(guò)免疫學(xué)和其他標準預測疫苗效力的方法。是否繼續研發(fā)的抉擇要貫穿臨床試驗和工藝開(kāi)發(fā)的每個(gè)階段,并要以數據為依據。臨床、生產(chǎn)工藝以及檢定的研發(fā)工作要成為一個(gè)整體。

“工藝”可被籠統地分為2類(lèi):批生產(chǎn)和后處理。批生產(chǎn)包括細胞培養和(或)發(fā)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(kāi)發(fā)可能像臨床試驗一樣花費昂貴,對于整個(gè)疫苗研發(fā)的成功是至關(guān)重要的。研發(fā)進(jìn)入申報階段后,隨著(zhù)臨床研究規模擴大、生產(chǎn)規模放大和生產(chǎn)廠(chǎng)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(diǎn)指出的是,與藥品不同,通常來(lái)說(shuō)疫苗在通過(guò)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(kāi)發(fā)更為直觀(guān),因為它直接決定了疫苗研發(fā)是否繼續進(jìn)行。這兩個(gè)過(guò)程相互交織,每個(gè)過(guò)程都有限速步驟,因此必須協(xié)同一致。第一階段涉及使疫苗通過(guò)臨床Ⅱ期概念驗證研究(在動(dòng)物模型或人體初步驗證有效性),需要花費兩年或更長(cháng)時(shí)間。首先需要候選疫苗被基礎研究實(shí)驗室認可,然后進(jìn)行以下研發(fā)活動(dòng):制備臨床I期樣品的小量工藝和配方、疫苗簽發(fā)的檢定分析方法、臨床前毒理學(xué)研究、評估臨床反應的免疫學(xué)檢測方法、新藥研究申請、設計十合理的I/Ⅱa臨床試驗。第二步是在臨床Ⅱb劑量研究開(kāi)始之前確定產(chǎn)品和工藝,需要花費一年或更長(cháng)時(shí)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(fā)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(xué)和其他檢測方法,以及撰寫(xiě)疫苗工藝和產(chǎn)品申請計劃。第三步是確定臨床劑量以及達到合適的生產(chǎn)規模，需要花費兩年成更長(cháng)時(shí)間。通常在中試車(chē)間完成臨床級疫苗的生產(chǎn)、灌裝和簽發(fā);在II 期臨床試驗中閘明疫苗的安全性和劑量反應;為3期臨床確定關(guān)鍵的檢測方法;批間一致性(按生產(chǎn)規模連續生產(chǎn)不善于3屁符合質(zhì)量標準的疫苗產(chǎn)品的能力);完成向正式生產(chǎn)車(chē)間的技術(shù)轉移，包括生產(chǎn)工藝和檢定法。對于那不能用動(dòng)物模型預測其在人體效果的疫苗，如人類(lèi)免疫缺陷病毒(HIV )、瘧疾和結核病疫苗，可進(jìn)行小規模的II b 概念驗證試驗。這可為工藝開(kāi)發(fā)、分析方法開(kāi)發(fā)和工廠(chǎng)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(fā)是很困難的，因為大多數情況下疫苗被監管部門(mén)認為是不易界定的生物制品。疫苗簽發(fā)檢測最初采用功能性效力試驗，如動(dòng)物免疫原性檢測等。近年來(lái)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(lái)說(shuō),生物學(xué)檢測方法的不穩定性是實(shí)現工藝放大和生產(chǎn)一致性的主要障礙。

第四階段是組織完成關(guān)鍵性的3期臨床試驗和批間一致性研究，需要36~48 個(gè)月。3 期臨床試驗成功的關(guān)鍵點(diǎn)包括根據發(fā)病率準確估算樣本量、低試驗退出率、將來(lái)要寫(xiě)入說(shuō)明書(shū)的精確臨床終點(diǎn)定義、按照最高標準進(jìn)行嚴格的數據管理等。除了臨床研究，還進(jìn)行擴大和生產(chǎn)穩定批次( 包括向生產(chǎn)設施轉移所有檢測方法)、設施驗證、證明生產(chǎn)一致性和實(shí)時(shí)穩性等。

最后一個(gè)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(chǎn)，需要18~24 個(gè)月。這樣,假設整個(gè)過(guò)程按照預先計劃進(jìn)行，需要10~ 15 年。

生產(chǎn)工廠(chǎng)造價(jià)非常昂貴,根據生產(chǎn)規模、生產(chǎn)復雜性和按照動(dòng)態(tài)藥品生產(chǎn)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(wàn)~3 億美元。除了少數例外,每種疫苗需要不同的生產(chǎn)廠(chǎng)房,這是因為各有不同的生產(chǎn)要求,不同產(chǎn)品的切換會(huì )造成管理上的困難。一些工藝過(guò)程是可放大的,像細菌或酵母發(fā)酵,因此擴大生產(chǎn)設備( 也就是發(fā)酵罐)的尺寸會(huì )在很大程度上提高產(chǎn)量，隨著(zhù)生產(chǎn)規模的擴大單位成本也會(huì )降低。其他生產(chǎn)工藝( 如用雞胚和細胞培養生產(chǎn)病毒性疫苗)是不易放大的。為提高產(chǎn)量,就需要建造額外的工廠(chǎng)或者在現有工廠(chǎng)內建造額外的生產(chǎn)模塊,因此隨著(zhù)生產(chǎn)規模的擴大單位成本不會(huì )明顯降低。盡管疫苗批量生產(chǎn)非常復雜，疫苗投產(chǎn)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(chǎn)品成本主要與灌發(fā)、封裝和包裝有關(guān)，對于生產(chǎn)廠(chǎng)家有限的成熟疫苗,能夠在整個(gè)產(chǎn)品周期保持很高的利潤空間。

生產(chǎn)工廠(chǎng)的建設需要提前進(jìn)行( 在獲批前4-6年)，包括為了加速產(chǎn)品上市而建立產(chǎn)品庫存所需要16 -12 個(gè)月。否則，從獲批到上市之間會(huì )有1~5年的延遲期。

此外，最好能夠在最終疫苗生產(chǎn)車(chē)間內生產(chǎn)出穩定批次，以此證明疫苗穩定生產(chǎn)的能力并用于3期臨床效力試驗。否則，需要通過(guò)免疫學(xué)研究來(lái)“橋連”用于效力試驗的產(chǎn)品和商業(yè)化工廠(chǎng)生產(chǎn)來(lái)的產(chǎn)品。如果免疫學(xué)方法不足以強大，就會(huì )尤其困難，類(lèi)似情況經(jīng)常發(fā)生在細胞免疫檢測中。如果產(chǎn)品研發(fā)失敗，上述決策會(huì )帶來(lái)巨大的金融風(fēng)險，這也是疫苗產(chǎn)品研發(fā)往往局限于大型制藥公司的一個(gè)主要原因。

一個(gè)新藥或者新疫苗的研發(fā)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(chǎn)品研發(fā)失敗的費用、獲批后臨床試驗的費用和改進(jìn)生產(chǎn)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(jià)為1億~2 億美元)。然而通過(guò)兩種途徑驗證了較高的這一估價(jià)。第一，公司或業(yè)內每年報批的新疫苗數量很少，與每個(gè)新產(chǎn)品研發(fā)費用為6 億~8 億美元相關(guān)。如果一個(gè)公司每年花費1億美元用來(lái)進(jìn)行疫苗研發(fā),那么預期每6~8年有一個(gè)新產(chǎn)品，這與事實(shí)基本相符。第二，生物技術(shù)公司專(zhuān)注于一個(gè)疫苗并將其成功投放市場(chǎng)花費的研發(fā)費用為5 億~7 億美元( Aviron/Medimmune）?？偟膩?lái)說(shuō)，疫苗研發(fā)從概念到獲批是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，可用今年來(lái)皮中的幾種疫苗的研發(fā)時(shí)間為例說(shuō)明。

為了理解疫苗研發(fā)中產(chǎn)業(yè)所起的主導作用,必須了解疫苗研發(fā)公司與其合作伙伴之間的關(guān)系。疫苗研發(fā)合作網(wǎng)絡(luò )中各合作伙伴的相對貢獻如表3-4所示。

美國政府的幾個(gè)機構在疫苗研發(fā)中扮演著(zhù)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(xué)術(shù)單位)針對病原體( 如HIV )開(kāi)展基礎研究( 如基因疫苗和T 細胞記憶研究)的主要經(jīng)費來(lái)源。這些研究有可能發(fā)現新的候選疫苗。通 過(guò)其疫苗臨床試驗網(wǎng)絡(luò )，近年來(lái)NIH 在國內以及國際上臨床開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的影響力得到了提高。此外，NIH 在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(fā)HIV 疫苗。

作為美國FDA 的一個(gè)部門(mén)，生物制品評價(jià)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(chǎn)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(fā)的本質(zhì)和方向以及疫苗研發(fā)的成本有著(zhù)深遠的影響。此外,CBER 內部保持著(zhù)一個(gè)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(shí)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(xué)研究,確定疾病對公共衛生的影響等級,進(jìn)行必要監測以確定危險因素。它在疫苗研發(fā)中最主要的作用是為疫苗研發(fā)確定公共衛生優(yōu)先權,并且是負責安全性和有效性流行病學(xué)研究的主要政府機構。這些是對疫苗公司實(shí)施的IV期臨床的補充。通過(guò)美國免疫實(shí)施咨詢(xún)委員會(huì )( 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(guò)兒童疫苗計劃采購，大約16%間接通過(guò)聯(lián)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(xué)會(huì )和美國家庭醫生學(xué)會(huì )等專(zhuān)業(yè)組織也為疫苗的使用提供建議，目前美聯(lián)邦還沒(méi)有針對成年人的疫苗計劃，盡管?chē)裔t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(fā)，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(lái)行動(dòng)地區的各種傳染病威脅進(jìn)行評估。如果私營(yíng)機構不能提供疫苗,DOD 將主導這些疫苗的研究。由此產(chǎn)生的疫苗可能會(huì )惠及美國旅游者以及流行區域居民。除了進(jìn)行疫苗研發(fā)之外,DOD 有生產(chǎn)小規模試驗性疫苗的能力,但許多此類(lèi)工作是與或大或小的公司合作完成的。最近通過(guò)的一項2001計劃將會(huì )大幅提高DOD 的生產(chǎn)能力,該計劃旨在建設一個(gè)政府所有、合同運營(yíng)的疫苗生產(chǎn)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(xué)研究所( US Army Medical Research Institute for Infec-tious Diseases,USAMRID)、海軍醫學(xué)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(xué)研究服務(wù)的機構。最近，為了建立應對生化恐怖威脅的醫學(xué)應急對策，DOD 內部的一些部門(mén)與工業(yè)伙伴緊密合作。DOD 也開(kāi)展針對瘧疾和HIV 的重要研究。這種結盟為迅速啟動(dòng)醫學(xué)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(lèi)服務(wù)部的物醫學(xué)高級研究與發(fā)展管理(BiomeialAdan ed ResearthandDelqpment Aauhoiy,BA RDA)成立于2006 年，用于促進(jìn)應對緊急公共衛生事件的疫苗和其他相關(guān)物品的開(kāi)發(fā)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(jīng)成功建立了針對天花、炭疽、肉毒毒素的醫學(xué)應急措施。此外,BARDA 還為各種新型大流感疫苗的早期研發(fā)提供經(jīng)費資助。BARDA實(shí)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(kāi)發(fā)署(U.s Agency for IntermationalDevelopment,USAID) 對那些可能對發(fā)展中國家5 歲以下兒童產(chǎn)生重大影響的疫苗研發(fā)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(huì )( Bill and Melinda Gates Foundation )向國際艾滋病疫苗行動(dòng)組織( Intermational AIDS Vac-

cine Initiative)、瘧疾疫苗行動(dòng)組織( Malaria Vaccineative)和Aeras(致力于開(kāi)發(fā)結核病疫苗)等多個(gè)組織提供了大量資金,用于研發(fā)那些可能對發(fā)展中國家產(chǎn)生重大影響的疫苗。此外,PATH(Programs for Approprivate Technology in Health) 也是一個(gè)非營(yíng)利的相關(guān)組織,專(zhuān)門(mén)為發(fā)展中國家研發(fā)疫苗技術(shù)面打造私有組織之間的合作關(guān)系。這些產(chǎn)品研發(fā)合作伙伴組織( 實(shí)際上是非營(yíng)利性生物技術(shù)公司)不但為其生物技術(shù)和大型制藥合作伙伴帶來(lái)了專(zhuān)業(yè)知識、動(dòng)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(fēng)險、機會(huì )成本和金融風(fēng)險的早期資本投資。此外,他們還提供驗證新型疫苗技術(shù)和平臺的機會(huì )。能夠提供全方位服務(wù)的大型疫苗公司的主要作用是疫苗研發(fā)。他們的基礎研究有限，但對特定生物的針對性研究較多,優(yōu)勢主要在臨床和工藝開(kāi)發(fā)方面。工藝開(kāi)發(fā)和化學(xué)工程的技術(shù)和人員主要在這些公司,而無(wú)其他來(lái)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(fā)往往由學(xué)術(shù)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(wù)、數據管理、統計、項目管理以及其他所需學(xué)科的技術(shù)和人員?；蛟S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(fā)的決定。這是降低風(fēng)險和評估有效疫苗開(kāi)發(fā)所必需的。