原标题：突破药研壁垒：病毒、脂质体、外囊泡、ADC……业内最好的药物递送花落谁家？
图片来源：pexels-Pixabay药物递送一直是医药研发中永恒不变的话题，无论是化药还是生物药，几乎所有医药都会面临药物递送的问题，药物递送不仅影响最终药物发挥药效的作用，甚至成为决定药物研发成败的关键点。
例如，在基因治疗领域，AAV病毒载体的构建是业内公认制约整个产业发展的瓶颈。基因治疗领先药企辉大基因杨辉博士曾在受访中提到，规模化工业级别病毒载体包装生产是限制中国基因治疗产业化进程的重要因素，想要实现基因治疗产业从研发到落地工业级别的生产，就需要成熟的病毒工艺开发技术。
当然，除了基因治疗，小分子药、大分子药都离不开对递送技术的依赖，从体外微针注射递送小分子化学药剂，再到用脂质体（LNP）包裹大分子药物体内递送，医药领域中的递送系统的无处不在。甚至，医疗产业也独立分支出了专注于递送技术服务的CDMO赛道。
2020年，位于美国马萨诸塞州的生物技术公司Codiak登陆纳斯达克，成为美股市场首家专注于外泌体的上市药企，而外泌体正是一种天然存在的递送结构，Codiak通过定向改造外泌体使其具备特定运载功能，成为能够递送小分子、RNA、蛋白质等物质在内的“天然”载体；同年，成立仅一年的腺病毒载体基因治疗公司Taysha Gene Therapies也宣布登陆纳斯达克，公司以特有的腺病毒为载体递送基因药物去治疗GM2神经节苷脂沉积症，获得了FDA在该病症上的孤儿药和罕见儿科疾病指定用药。
2021年，基于脂质体（LNP）运载mRNA药物的生物技术公司Verve Therapeutics宣布IPO，旗下LNP-mRNA基因疗法将用于治疗动脉粥样硬化性心血管疾病（ACSVD）。
递送技术已经成为医疗产业中不可或缺的一环，但是递送技术产业全貌究竟是怎样的？目前，药物研发领域到底有哪些前沿的递送技术，各自孰优孰劣？又在医药研发中发挥着怎样的作用？作者采访了中国医药递送技术领域10余家前沿药企创始人，以及整理了大量递送技术相关文献资料，为读者梳理出整个递送技术产业全貌。
药物递送发展史：伴随需求提升下的技术升级
例如，各类载体制剂能够实现“促进药物吸收”的作用，将一些本来难以直接穿越进入细胞内部的药物，通过各种载体表面修饰，增加药物穿透特定生物屏障（如血脑屏障、细胞膜）的能力，提高药效。同时，一些载体也能通过特定设计帮助药物实现“药物控释”，比如通过控制脂质体的载药量和释放速度，能够在保证疗效的前提下降低药物副作用。
另外，“药物控释”在一些慢病管理、眼病治疗等领域需求比较大。以湿性老年性黄斑病变(wAMD)为例，现阶段治疗最大的痛点是需要长年频繁地进行抗VEGF药物眼内注射, 绝大多数患者都因为顺应性问题而放弃治疗，最终导致视力降低甚至失明。艾伯维（abbvie）、再生元 （Regeneron）、罗氏（Roche）等公司均在布局针对wAMD的长效药物控释系统。 药物递送系统平台公司科凝生物（Pleryon Therapeutics）自主研发的动态孔径调控缓释系统，能够精准调控蛋白药物的缓释时间及曲线，实现抗VEGF药物在眼内长达六个月的缓释。
除了促进药物吸收、帮助药物控释，偶联靶向递送技术则可以根据偶联分子的不同实现更多不同的功能，例如连接聚乙二醇分子（PEG）可以增加药物分子的稳定性，连接单抗/多肽增加药物分子的靶向性等等。相较而言，偶联递送技术能够操作的空间更大，实现的功能更多，面向的递送内容物也更多样。
1971年，意外发现似膜结构，脂质体（LNP）率先登上递送舞台
1959年，人类在电镜下首次看到了细胞膜的磷脂双分子层结构；2年后，英国生物学家Alec Douglas Bangham和美国科学家R. W. Horne用经过负染的磷脂调试电子显微镜时，在电镜下观察到磷脂形成了类似细胞质膜的结构，这成为未来脂质体（LNP）诞生的雏形。
随后到1971年，英国科学家Gregoriadis等人首次将脂质体（LNP）用作药物载体，制成治疗制剂。从此，脂质体（LNP）作为一种新型药物载体登上新药研发的舞台。
由于脂质体（LNP）可采用冷冻干燥法制成冻干粉保存，只有当脂膜成分和装载药物接触到水环境时才会形成脂质体（LNP），这种独特的系统让脂质体（LNP）成为目前医药产业中使用最多、应用最广的药物载体。
1977年，基因治疗需求下，催生病毒载体
病毒载体因其本身具备感染细胞的能力，可将自身遗传物质（DNA/RNA）突破细胞膜植入到被感染细胞内部，再借助细胞内部原始的转录翻译工具组，实现病毒自身遗传物质的复制和繁殖。借助这套天然存在的工作机制，让科学家们看到了病毒作为递送载体的巨大潜力。
1977年，科学家们首度实现了以病毒作为载体运送“基因药物”到哺乳动物细胞中表达，将目标基因用以病毒外壳包装，借助病毒自身的感染机制，递送至靶细胞内部，最终完成“药物”递送。
病毒载体的出现，正是基因治疗概念提出后的第5年，距离DNA双螺旋结构被发现过去24年。从历史的进程中，我们不难发现，病毒载体更多是作为基因治疗产业发展中的一环而被应用，与此同期发展的还有DNA重组技术、PCR技术等，共同奠定了基因治疗领域的发展。
至今，病毒载体最大的应用场景还是在递送核酸药物（基因治疗）领域，市面上70%至80%的基因治疗方案依旧需要通过病毒载体完成。而借助病毒本身靶向毒性作用的溶瘤病毒则发展成为另一大子赛道。
2013年，天然递送载体“外囊泡（EVs）”步入产业研究
细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是细胞释放的微小囊泡，其中含蛋白质、miRNA等生物学活性分子。外囊泡（EVs）曾被视作细胞的“垃圾袋”，用于清除不必要的大分子，后发现外囊泡（EVs）表面拥有识别靶细胞的蛋白信号分子，靶细胞可以通过受体配体结合或胞吞作用摄入EVs从而改变细胞的生理病理状态，成为细胞间信号互通的运载体，用于细胞间通讯。
2013年，美国科学家James E. Rothman、Randy W. Schekman和美籍德国科学家Thomas C. Sudhof因发现细胞外囊泡（EVs）运输调控机制而获得诺贝尔生理学或医学奖。同年，美国再生医学公司Aegle Therapeutics成立，成为历史上首家围绕外囊泡（EVs）进行产业开发的药企。
外囊泡（EVs）因其天然的材料运输特性、固有的长期循环能力、出色的生物相容性，而今已被视为最具潜力的药物递送载体，适合递送各种化学物质、蛋白质、核酸和基因治疗剂。同时，外囊泡（EVs）药物递送还具有穿越血脑屏障等优势。
围绕外囊泡（EVs）的递送潜力，2015年美国生物制药公司Codiak成立，这是历史上第一家将外囊泡（EVs）作为递送载体进行药物开发的生物技术公司。Codiak自主开发工程化外泌体，在外泌体腔内搭载具有特定治疗作用的药物，将其选择性递送至肿瘤微环境中的特定细胞。
药物递送全景图：从递送载体到靶向药物
在医药研发领域，药物递送系统并非只有药物载体一种形式，其递送系统的功能也并非仅限于将药物递送到靶标部位那么简单。为了更系统地了解药物递送体系，我们通过整理公开资料以及对业内从业者深度访谈，将药物递送系统进行了如下划分：
如图所示，我们将药物递送系统首先划分为了体外递送和体内递送两大类型，其中体外递送不是本文主要研究方向，本文研究主要还是围绕药物的各种体内递送方式展开。作者进一步将体内药物递送进行细分，分为了载体制剂递送和偶联靶向递送两种形式。
载体制剂递送代表的是需要通过独立载体包装后进行的药物递送，例如用以外囊泡为代表的天然载体、脂质体（LNP）为代表的人工微球、胶束为代表的分子聚合物，以及病毒载体等将药物搭载进载体腔内实现药物分子递送；偶联靶向递送则代指那些将靶向分子与药物分子通过化学键偶联起来形成创新药，这些药物自开发出来本身就具备靶向递送的能力，例如核酸载体药物、ADC药物等等。
本文将对这几种递送载体/药物进行盘点，对比其运载特点，并分析应用场景的差异化。
1、载体制剂递送：从人工设计到改造天然载体，递送功能愈发完善
脂质体（LNP）是目前产业界应用最广的递送载体，主要由磷脂和胆固醇制备而来，具有良好的生物相容性和可降解性，无毒无免疫原性。作为药物递送系统，脂质体（LNP）能有效地包裹各种水溶性的、离解常数不同的大小分子。
脂质体（LNP）结构示意图由于脂质体（LNP）表面本身不带有“靶头”，所以脂质体多用来运载不需要靶向递送的药物。例如装载化疗药物、抗微生物及病毒药物、抗寄生虫药物、基因物质、疫苗、治疗蛋白质、抗炎症药物、激素和天然药物等。尤其是在mRNA疫苗递送上，脂质体（LNP）能够抵御核酸酶的作用，高效转染细胞，成为眼下脂质体（LNP）热门的应用场景。
当然，临床通过修饰脂质体的表面和改进功能，亦可以提高脂质体的靶向性，控制循环时间和作用部位。而通过改变脂质体（LNP）双层壳脂质的组成，又能发挥脂质体（LNP）不同的功能。
然而，以脂质体（LNP）为载体制备的mRNA制剂会在肝脏及脾脏聚集，难以靶向其他部位。由于脂质体（LNP）的潜在应用限制，载体技术仍有巨大提升空间，业内也正在探索脂质复合物、多聚体等递送载体。例如，斯微生物正在探索独特的LPP纳米递送平台，以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构。
病毒载体包装主要分为慢病毒（LV）、腺病毒（ADV）、腺相关病毒（AAV）三大类。
其中慢病毒是由人类免疫缺陷病毒（HIV）改造而来的一种病毒载体，属于逆转录病毒；腺相关病毒由直径约26nm的二十面体蛋白质衣壳和约4.7 kb的单链DNA基因组组成；腺病毒是一种直径约为90-100nm的无包膜病毒，具有广泛的细胞和组织感染能力，且腺病毒载体携带基因片段的容量大，能达到7-8kb的容量。
三种常用病毒载体特点对比
病毒载体中，慢病毒载体可以高效感染几乎所有细胞，AAV载体的递送效率也非常高，目前已经被应用于临床上的体内外基因治疗，是一个相对成熟的递送技术。但是病毒载体具有与基因组整合相关的关键缺陷、无法重复递送，以及可能的宿主排斥等短板。这些都成为病毒载体研究中亟待优化的部分。为了解决这些难点，产业界也做出了相应的努力。
在中国，本导基因就开发了一种新的类病毒（VLP）载体，利用mRNA茎环结构与噬菌体衣壳蛋白特异识别的原理，通过病毒工程技术，将病毒和mRNA两者的优点完美地结合起来，创造了新型递送技术VLP-mRNA，能够确保基因编辑酶在体内瞬时表达（72小时内降解），降低基因编辑脱靶概率，提高基因编辑药物的安全性。
在美国，基因治疗公司Ring therapeutics全球首创的“指环病毒”可以攻克传统病毒载体不能重复递送的痛点，与人类免疫系统相容，就算重复给药也不会诱发免疫反应，有利长期性治疗；且指环病毒载体带有环状单股DNA，不会产生和人体双股DNA融合，是较安全的载体平台。据悉，该病毒属于甲型细环病毒属，多以灵长类动物为宿主，遗传物质是环状单股DNA，基因组大小约3.5-3.8kb。
外囊泡（EVs）作为天然的生物大分子载体，具有免疫源性低、毒副作用小、可携带成分丰富（蛋白质、脂质、核酸、糖等）、全身循环、靶向递送等优势。已经被业内公认为最具潜力的递送载体。
根据细胞外囊泡（EVs）的生物合成或释放途径，可以对囊泡进行分类：外泌体（exosomes）、微粒/微囊泡（microparticles/microvesicles）、凋亡小体（apoptotic body/bleb）、肿瘤小泡（large oncosomes），以及其他各种EV亚群。外囊泡膜可抵抗胞外环境核酸酶的降解作用，因此可作为小分子核酸药物载体，这方面的应用已有大量文献报道。
几种外囊泡对比目前，产业界用以载体开发的外囊泡（EVs）主要有三种：人源工程化外泌体、人类间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体和红细胞/血小板等无核细胞来源的外泌体。工程化外泌体因为可以修饰其靶向并且提升药物装载效率，目前是产业界的主流。MSCs来源的外泌体大约40-80nm大小，可以递送20-30 bp微小RNA，红细胞来源的外泌体由于受到红细胞本身特质的影响最长可以携带30 kb的DNA。
2、偶联靶向递送：自由搭配靶头，高壁垒“生物导弹”
与载体递送方式不同的是，偶联靶向技术是用一个Linker（连接子）将药物和具备靶向递送功能的分子相连接，形成的具有靶向递送功能的偶联药物。最常见的如有ADC药物，最早被开发应用为“生物导弹”，利用生物大分子（抗体）的特异性，定向把小分子毒素（非特异性）送到病灶（如癌细胞），实现特异性杀灭癌细胞，而不影响正常细胞。
ADC药物的起源可以追溯到1980年，最初的设想是将单克隆抗体靶向治疗与传统化疗相结合，使其在抗癌方面既具有靶向的高度选择性，又具有化疗的强大杀伤力。
目前，ADC药物主要由抗体-Linker（连接子）-药物三部分构成。其中，Linker连接的药物多为细胞毒素，毒素相当于弹头，用于杀伤肿瘤细胞；抗体相当于制导装置，将毒素精确导航到靶点；连接子将抗体与毒素相连接，在细胞内释放毒素。
根据Nature预测，2020年以前上市的10款ADC产品到2026年销售总额将超过164亿美元。国内ADC市场在2020年启动，预计2024年及2030年分别达到74亿及292亿人民币的规模，2024年至2030年复合年增长率为25.8%。
偶联靶向递送的几种药物形态除了ADC，近年来还出现了多肽偶联药物（PDC），它和抗体偶联药物（ADC）类似，将其抗体-Linker（连接子）-药物三部分中的“抗体”替换成了“多肽”，同样可以具备靶向递送功能。
PDC通过一个可分解的Linker将特定的多肽序列与细胞毒素共价结合，以提高局部细胞毒素浓度的形式靶向患病组织，减轻非疾病组织中的毒性效应，减轻不良反应，达到增效减毒的目的。
PDC整合了多肽的优势，具有较小的分子量，可生物降解的同时不会引起免疫原性反应。通过修饰肽链的氨基酸序列，可改变PDC共轭疏水性和电离性质，解决水溶性差、代谢不及时等问题，同时促进细胞和组织通透性，攻克了小分子药物由于理化性质欠佳在临床开发中磨损率高的难题。一些特定的多肽载体还能克服肿瘤耐药性，以及实现跨血脑屏障的药物递送。此外，相比于ADC技术，多肽偶练药物PDC具有多种产业性优势，例如更好的均一性，更低的生产成本和周期等。
不止ADC、PDC药物可以作为“生物导弹”，临床上还有抗体细胞偶联药物（ACC）、病毒样药物偶联物（VDC）、抗体片段偶联药物（FDC）、抗体寡核苷酸偶联物（AOC）、抗体免疫刺激偶联物（ISAC）、抗体生物聚合物偶联物（ABC）等偶联药物都可以实现递送功能，但在这些领域产业研究比较少，所以本文不做过多解读。
除了偶联药物，还有一些直接提供“连接体（Linker）”的递送技术。例如通过设计组装核苷酸形成特定药物载体，使其与目标分子（包括具有靶向功能的大分子）的底层核酸序列偶联，成为具备特定靶向递送功能的核酸药物。
相较于ADC、PDC药物，纳米核酸载体能够实现多靶向适配体挂载，提升适配体介导药物与靶细胞特异性结合；通过接头设计确保靶向适配体不折叠，立体构象完整，保证了适配体介导的特异性和亲和力；且靶向适配体和药物整体分子量比值合理，提高了适配体介导药物与靶细胞特异性结合几率。纳米核酸载体可以以序列延展方式挂载核苷酸片段和大部分N环类化药等。
国内药物递送先行者：药企们都使用哪些递送技术？
了解了递送技术的多种多样，那么国内有哪些企业正在这个赛道发力呢？
首先，从病毒载体方面来看，基本上国内从事基因治疗的药企普遍采用都是病毒载体，包括有奥源和力、至善唯新、辉大基因、信念医药、安龙生物等近20家国内药企正在使用病毒载体进行基因疗法开发。
另一方面，国内也有不少提供专业病毒包装技术服务的CRO/CDMO，例如有源兴基因、吉凯基因、和元基因、白泽生物、汉恒生物、赛业生物等10余家企业，都能输出品类多样的临床用病毒载体。
与病毒载体和基因治疗的强关联不同，脂质体（LNP）作为递送载体，与之关联的不仅有前沿的mRNA疫苗，还有各类抗癌化疗药物，以及对药物缓释、药物吸收有需求的临床药物都可以采用脂质体（LNP）作为递送载体。
例如，竞诺择生物在基础的脂质体（LNP）技术之上，创新研发了一种“多药脂质体技术”，通过控制脂质体的载药量和释放速度，在保证疗效的前提下降低药物副作用；再通过修饰脂质体的表面，提高脂质体的靶向性，控制药物在体内的分布和作用时间。该技术能够让联合使用的药物在体内的分布和半衰期发生变化，药物在体内分布将趋向一致，以此改善药物的代谢行为，增强联合化疗的协同作用，弥补现有方法的不足，提高治疗效果。
不过围绕脂质体（LNP）最前沿的研究还是建立在核酸疫苗之上，因为疫苗注射本身对其靶向性要求不高，所以成为核酸疫苗注射首选的药物载体。在国内，深信生物、传信生物围绕RNA药物（多为疫苗）展开的研究都是借助了脂质体（LNP）作为递送载体，脂质体（LNP）成为传染疾病mRNA疫苗最具潜力的递送技术。
其中，深信生物采用的脂质体（LNP）是一种可离子化阳离子的脂质纳米粒，内部可以很好负载核酸药物，相对于AAV病毒载体，这种载体具备更大的递送空间和更好的重复递送性。
另外，值得一提的还有渤因生物，该公司围绕核酸（DNA）药物/基因治疗展开创新药研发，采用的却不是病毒载体，而是一种非病毒可重复递送的药物载体。据了解，该非病毒载体正是基于脂质体（LNP）基础之上研发而来针对DNA递送特异优化的创新载体。
其次在外囊泡载体方面，目前国内主要有恩泽康泰、博泌生物、宇玫博生物等企业正在做相关研究。其中，恩泽康泰主要是基于外囊泡中外泌体一类型作为大分子递送载体，通过工程化改造的方式对外泌体进行改性，大幅提高了外泌体携带特定有效成分，包括多肽、蛋白质、核酸药物的载量，并实现特定器官的选择性递送。
而博泌生物采用的是红细胞外囊泡（RBCEV）载体递送，公司先从O型血捐献者的血液中分离红细胞，在体外诱导使其分泌RBCEVs，然后经过纯化得到高纯度的RBCEVs。RBCEV可以装载多达30kb的DNA片段，以及mRNA、反义寡核苷酸、siRNA等其他核酸药物。由于红细胞自身没有细胞核和线粒体，也保证了分泌后的RBCEVs中核酸量含量极少，形成天然的空白核酸运载载体。
除了前文提及的载体制剂递送，中国从事ADC药物研发的企业超过20家，包括有荣昌生物、乐普生物、康诺亚、嘉和生物等；从事PDC药物研发的另有安医生命科技（N1 Life）、泰尔康医药、主流生物、同宜医药、盛诺基医药等不到10家，该领域在国内还处于开发的洼地，研究公司并不多见。
例如，安医所使用的Linker连接的多肽不仅能够靶向肿瘤微环境，使药物肿瘤形成富集，让肿瘤组织内部药物富集，从而提高药效浓度、药物吸收效率，降低药物毒副作用，同时还利用多肽载体克服肿瘤的多重耐药性，甚至扩大原始药物的适应症；康源久远用linker链接PEG化的毒素，克服了传统ADC耦联技术的随机性缺陷。
百药智达的纳米核酸药物合成工艺最后，值得介绍的还有一家专门从事递送技术服务的药企——百药智达，该公司以核苷酸和修饰物为材料，仿生tRNA人工合成多条寡核苷酸RNA或DNA链，遵循碱基配对原理自主装配成T型药物载体系列；该载体动态粒径约10nm（挂载药物和靶向后约15nm），呈稳定超螺旋结构立体构象，具有优良热力学、酸碱、血液生理、酶学稳定性；同时，百药智达开发出系列序列延展、缀合、偶合方法，可以高效挂载各类靶头及药物效应分子，灵活成药。
后记：没有最好的载体，只有最适合的递送技术
递送技术在医疗产业中是一个非常大的盘子，从我们前文的研究可以看到，每一种递送技术几乎都有与之对应的契合的研发药物。例如，核酸药物最常见的是采用病毒载体，究其缘由是病毒载体的感染能力高、宿主范围广、同时表达多个基因等优势都很适用于核酸药物的运载。
当然，围绕病毒载体本身的短板，也成为前沿科学家们致力于克服的地方，病毒的不可重复递送性、随机整合风险等，也就诞生出了诸如类病毒（VLP）载体类型，以及像渤因生物一样尝试用非病毒载体克服AAV病毒短板进行基因治疗的企业。
提到非病毒载体，脂质体（LNP）则成为产业的宠儿，基于被递送药物的属性差异，药企开始围绕脂质体进行的各类升级，以高效适应递送目标药物，纳米脂质体、阳离子纳米乳、多药脂质体等，成为产业发展的一大方向。由于脂质体（LNP）的非主动靶向性，目前成为核酸疫苗的首选递送技术，强大的可离子化磷脂化学结构改造优化能力，以及解速度快，产量高等优势，未来的应用前景巨大。
相较病毒和脂质体（LNP）而言，天然的外囊泡则可以被认为最前沿的第三代递送技术。不仅易于设计靶向性，还能天然运载大分子，且低免疫原性，有望弥补现有递送技术的不足，成为独具优势的给药系统。然而，目前国内从事该领域的企业并不多，技术工艺也需要进一步完善。不过据业内人士透露，目前国内诸多药企已经开始尝试使用外囊泡递送技术替代原有递送方式，以提高药物递送效率等相关属性。
最后是我们提及小分子药物，可以偶联单抗、多肽等形成靶向药物，定向导航到病变（多为肿瘤）部位。与此同时，连接小分子药物和大分子单抗/多肽的linker也可以成为科学家们优化的对象，以及如何提高这些偶联药物的均一性，也是前沿药企需要解决的问题。所以，也有药企尝试直接构建核酸载体，将需要运载的药物直接“回归”到核苷酸序列本身，与纳米核酸载体相连形成稳定的核酸复合物，解决药物递送均一性问题。
综上所述，医药界对递送技术的探索是永无止境的，永远在研究更为高效、完美的递送系统。递送系统与医药是协同发展，递送在医药领域无处不在，也将是医药产业发展中一个永恒的话题。
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