创噬纪吴楠楠:噬菌体治疗的过去、现在与将来|嘉程创业流水席199席精彩回顾
    12.08.2023 | 嘉程资本:创新者的第一笔钱 | 嘉程创业流水席
    噬菌体是所有细菌病毒的总称,包括所有原核病毒,如支原体的病毒。所以说,它们是针对耐药细菌的完美捕食者。
    近日,嘉程创业流水席第199席【探讨新一代抗感染解决方案】,邀请了创噬纪联合创始人&CEO吴楠楠分享,主题是《噬菌体治疗的过去、现在与将来》
    以下为正文部分:
    我非常荣幸今天有机会向各位汇报我们在噬菌体方面的工作。这一领域本来比较小众,我希望通过今天的分享,能让大家对噬菌体有更深入的了解。
    噬菌体——针对耐药菌的完美捕食者
    首先,我简单介绍一下噬菌体。在我们实际应用中,噬菌体的杀菌效果非常直观,肉眼可见。举个简单例子,例如,如果我们把细菌在液体培养基中大量培养,培养基会变得浑浊。如果我们在其中添加裂解性的噬菌体,细菌就会在一个小时内被噬菌体全部吃光。同样地,如果我们在固体的细菌培养板上的相应位置点上噬菌体,也可以形成一个空斑,这叫做噬菌斑。我们通过这种方法,就可以在液体或固体体系中,简单快速高效地筛选烈性的噬菌体。噬菌体是所有细菌病毒的总称,包括所有原核病毒,如支原体的病毒。所以说,它们是针对耐药细菌的完美捕食者。
    我们都对噬菌体有一定的了解,我们都知道它的造型,我们都学过 DNA 是遗传物质和最著名的赫尔希-蔡斯实验。但实际上,噬菌体的种类非常丰富多样,它们包括所有的原核病毒。这里有一些噬菌体,我们可能对它们的名字或部分特性比较熟悉。比如,T4连接酶,T7聚合酶,lambda噬菌体的限制性内切酶等等,这些都是与噬菌体研究密切相关的科学发现和学科进展。因此,我们可以说噬菌体是一个熟悉的陌生人。
    噬菌体历史溯源
    噬菌体治疗的历史已经超过了一百年。1915年和1917年,噬菌体分别被两个团队发现,其中1917年的发现者是德赫雷尔,他也是第一个给噬菌体命名的人。他在发现噬菌体两年后,就在巴黎的内克尔儿童医院开展了第一次噬菌体治疗。当时青霉素还没有被发现,噬菌体的杀菌效果非常显著,因此一度风靡全球。但是,随着第二次世界大战的爆发,青霉素开始大规模生产,噬菌体就逐渐被这些广谱抗生素所替代。
    中国的噬菌体治疗可以追溯到20世纪50年代,这里有一些历史资料作为例证。比如说,50年代的大连生物制品厂,生产了一些针对痢疾杆菌的噬菌体,当时主要用于预防性口服。因为当时的卫生条件较差,拉肚子是常见的问题。中间的图片是山西岷县发放痢疾杆菌噬菌体的公文。最右边的图片是发生在上海的邱财康案例,他是一个炼铁的劳动模范,不幸掉入钢水中,全身大面积烫伤。经过了一系列的治疗后,他的感染仍然难以控制。当时也使用了进口的多粘菌素,但效果不佳。幸运的是,上海免疫所的第一任所长余㵑教授用噬菌体成功地治愈了他,此后直到2014年86岁的邱财康因老年性疾病去世。这是一个非常成功的案例。但是,从1958年到2018年,中国就没有再出现过类似的情况。
    不仅是中国,其他国家也是如此,噬菌体的重新点燃实际上是从2017年开始的。2017年,美国的金字塔案例引起了轰动,这是美国FDA第一次按照同情心伦理批准的噬菌体治疗。所谓同情心伦理,就是指当患者没有其他的治疗方案,也没有现成的临床试验可以参与时,可以使用尚未获批上市的在研药物/疗法(这里是噬菌体)作为最后的救命稻草。这个案例的背后影响深远,首先,美国海军实验室,它原来有一个军用的噬菌体库,后来转型成立了一家民用的噬菌体公司,叫做Adaptive Phage Therapeutics,这家公司现在发展得非常好。其次,一家参与了这个案例的公司叫做AmpliPhi,它本来做了很多年,但是不为人知,参与了这个案例后,2018年就成功上市了。2019年,在欧洲报道的PhagoBurn临床试验,也催生了一家上市公司,就是法国的Pherecydes。此外,刚刚提到的AmpliPhi和Pherecydes,它们都分别与其他的上市公司合并了,合并后的公司都放弃了其他的药物研发项目,只专注于噬菌体管线的研发,这也从侧面反映了噬菌体现在是一个非常热门的领域。
    我们团队在2018年报道了中国首个临床试验产生的成功案例,就是“沙老”案例,在国内的噬菌体和感染领域也引起了一定的关注。去年,我们创立了创噬纪,今年,我们也参加了一些比赛,如创客中国,也获得了一些荣誉。

    噬菌体治疗的进展

    接下来,我介绍一下目前噬菌体治疗的进展。我主要参考了WHO的抗菌管线报告,这个报告从2017年开始每年发布一次,从2017年到2021年底,共有12款新的抗生素上市,其中只有这两款绿色背景的抗生素是具有创新性的,而且针对我们临床最常见的碳青霉烯类耐药的几种革兰氏阴性菌,尤其是鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌,只有一款头孢地尔,这个药在国内还没有上市,三期临床还没有完成。
    同时,这个报告里面也列举了噬菌体的管线,我们可以看到,已经有9条管线被收录了。这9条管线,涵盖了噬菌体治疗的各个方向,包括天然的活的噬菌体药;包括噬菌体的固定配方;包括刚刚提到的Adaptive Phage Therapeutics这家公司,它是把整个噬菌体库申请了一个IND;也包括噬菌体的蛋白,如裂解酶;还包括基因编辑的噬菌体,如Locus Bioscience公司,它也拿到了腾讯的投资,主要做CRISPR增强的噬菌体。所以,这9条管线虽然数量不多,但是几乎代表了噬菌体未来发展的各个方向。

    噬菌体在非医疗行业的商业化应用

    噬菌体在其他领域,特别是食品行业,也有一定的应用。实际上这种应用已经有些年的历史,从2000年开始,就陆续有一些噬菌体的食品添加剂、饲料添加剂以及膳食添加剂等产品获得了批准,主要是在美国、加拿大、以色列等国家。

    噬菌体治疗概况

    最后,我也介绍一下我们团队的情况。我们在2017年成立了上海噬菌体耐药研究所,截至今年10月底,我们已经收治了近150例患者,这些患者都是参与了我们在几个中心开展的研究者发起的临床试验。在我们成立创噬纪公司之前,我们也参加了科技部第一届的颠覆性技术大赛,也获得了5票的颠覆性认证。今年5月份,我们完成了天使轮的融资,目前我们有11名全职员工。
    接下来,我再简单介绍一下我们噬菌体与耐药研究所整理的数据,这些数据不是创噬纪的。这些数据显示了国内接受噬菌体治疗的患者的来源,主要集中在上海和长三角地区,其他地区也有一些,但是因为患者需要转院到上海,所以数量较少。患者的类型主要是老年男性和中老年女性。
    从治疗的靶标细菌来看,最多的是肺炎克雷伯菌,其次是鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌。还有现在ICU里非常常见的嗜麦芽窄食单胞菌,这些都反映了实际临床的需求,或者说新药研发的需求。从感染的部位来看,大部分是肺部感染,其次是尿路感染,还有腹腔、伤口、生殖道、肌骨等部位的感染。有些感染是多部位的,也有些感染是多细菌种类的。从治疗的效果和安全性上,因为目前这个数据我们还在整理,我就以我们刚刚结题的一个项目为例,介绍一下临床试验的指标和结果。终点指标的首要指标是细菌的清除,次要指标是细菌没有清除,但是临床症状有改善。达到首要终点的比例,即清除率,大概是40%。首要指标和次要指标相加的应答率可以达到将近75%。整体来说,它的不良反应率也是比较低的,是6.3%左右,不良反应主要是发热。

    噬菌体在抗感染领域的未来

    最后一部分,我要介绍一下我们对噬菌体在抗感染领域未来的展望。这里,我列举了一篇2019年在《柳叶刀》发表的文章,它显示了耐药细菌每年直接导致的死亡人数达到了127万。我们可以看到,排名前8的这些细菌都是临床常见的,其中只有结核分枝杆菌和肺炎链球菌,目前还没有噬菌体治疗的案例,其他的细菌案例较多,也反映了它们的天然噬菌体分布很广泛。感染类型也是如此,除了结核之外,其他的感染类型,噬菌体都有应用的场景。除了这些细菌,我们认为未来嗜麦芽窄食单胞菌的危害排名可能也会上升,甚至进入整个致死人数的前10名。
    噬菌体怎么应用?我举一个例子,这是去年上海某病房的鲍曼不动杆菌的情况,我们总共拿了103株,我们就用鲍曼噬菌体库对这些细菌做了裂解谱的分析,发现这103株的每一株在我们库里都能找到裂解性的噬菌体,而且我们可以根据裂解的格局把它们分成8个分型,每一个分型就代表这些细菌具有一定的相似度,甚至说如果它们有流行病学上的关联,就有可能是同一株,也就是一个院内感染。
    我们使用噬菌体,做个性化治疗非常简单,只要根据细菌的裂解谱选择裂解性的噬菌体就可以了。如果要做一个配方,实际上最少四个噬菌体就能达到全覆盖的效果。如果我只要求达到90%的覆盖,那么这里只要两个噬菌体就足够了。
    所以,这就是我们的整体策略,包括个性化医疗技术,也就是面向卫健委的限制类医疗技术路线,也包括创新药,我们有天然的或者人工改造的噬菌体。

    另外一个方面就是环境消杀,因为噬菌体不会感染人,而且这个制剂不含有腐蚀性的化学品,所以它对人和机器都比较友好。我们在某医院的ICU,使用了噬菌体环境喷雾,患者、医生、护工都在里面,甚至医生、护士和护工们还在里面聊天,所有的一切都不受影响,所以它就相当于部分补充了现在院感的消毒措施,因为目前越大的医院越难做到终末端消杀(需要腾空病房),所以噬菌体院感防控在未来也是一个重要的应用领域。

    如何更好地应用和改造噬菌体

    在规范应用方面,我们团队也已经发表了一个噬菌体治疗的中国专家建议,在《中华传染病》杂志上发表。同时我们另外一个预防和治疗用噬菌体质量标准的专家共识,在《中国生物工程》杂志上面也接收了,应该很快会发表。此外我们也在国际期刊上发表了一些与噬菌体应用策略相关的文章。
    最后一个问题就是如何保持优势。天然噬菌体有各种各样的障碍,未来我们应该如何更好地应用噬菌体,或者如何改造噬菌体。
    • 针对天然噬菌体的一些瓶颈,我们都可以通过基因编辑的策略来解决。比如说,我们如果考虑到现在噬菌体大部分需要临床的细菌扩增,可能会带有一系列的耐药基因或毒力基因相关的顾虑,我们可以对细菌进行编辑,去除这些不利的基因。
    • 另外,考虑到我们有些噬菌体的应用,因为它们是天然来源的,产权保护上会有一定困难,我们也可以对噬菌体进行修改,如加一个标签的序列,用来证明这个是我们的噬菌体。
    • 第三个,针对天然噬菌体,它们因为很有特异性,这也是当时它们曾被广谱抗生素取代的原因。我们也可以通过对噬菌体的相应的编辑,比如说尾丝蛋白的改造和替换,来实现拓宽单个噬菌体的裂解谱。其他方面,还有像有些细菌,就像刚刚提到的分枝杆菌,还有肺炎链球菌,它们天然的烈性噬菌体是比较难筛选到的,但是这些细菌往往自身就携带一些与它们共生的溶原性噬菌体,所以我们对这些溶原性噬菌体进行改造,把它们激活出来,把它们相应的整合酶基因,以及携带的有助于细菌的基因都敲掉,这样的噬菌体就有望应用到临床上。
    我介绍的就是这些,谢谢大家。

    Q&A

    席友:怎么去提高噬菌体的活性呢?

    吴楠楠:噬菌体的最大障碍其实不是它的活性,因为它一旦感染到细菌,它的杀菌效果非常好,而且它每杀一个菌就会扩增,一般能产生100到几百个子代噬菌体,实际上噬菌体的最大瓶颈是它的谱比较窄。比如说我们开发一个噬菌体药,我们只能针对一种细菌中的一部分菌种,它不像抗生素能针对好几种细菌。所以对于噬菌体裂解谱的拓宽,是目前合成生物学的主要方向。说到提高它的杀菌效力,其实也有很多办法,比如说最简单的就是给噬菌体加一个CRISPR-Cas系统,这样的话我们只要加了目标序列的识别引物,我们就可以剪切细菌的任何一段基因,如果剪切的这一段基因是细菌生存所必需的,比如说它的毒力基因,这样就可以显著地提高噬菌体的杀菌效果。

    席友:我们在做临床试验的时候,跟一般的药物小分子或者大分子药物在噬菌体上面有什么特殊的流程吗?

    吴楠楠:对,这是一个很好的问题,因为其实在我们2018年做的时候都没有参考,噬菌体跟小分子药物我觉得最大的区别就是它的安全性是比较已知的,因为它的临床数据已经有100多年了,做过人体实验的应该有近万人,因为噬菌体首先它不感染人的细胞,因为它是严格的原核细胞的病毒。第二个噬菌体颗粒比较大,又不会游泳,所以它没法穿透人体的组织。这两个本身是它的缺点,但是在安全性上面也是噬菌体的优点。所以在我们一开始开展噬菌体治疗临床试验的时候,实际上我们能参考的,第一个就是判断抗菌药物的杀菌效果,临床试验终点指标的设定。第二个就是噬菌体制剂要达到一个什么样的标准,它的活性要达到多少,它的内毒素要降低到多少。我想除了这些区别,可能它跟小分子的化学药就没有其他的区别了。
    席友:在药物递送方面,噬菌体有什么特殊的制剂要求,或者说感染部位的限制吗?

    吴楠楠:有的,噬菌体在药物递送方面,我们可以把它看作一个大分子蛋白,它会遇到所有大分子蛋白所面临的问题,比如说如果我们做口服,需经过胃酸这一关,如果没有一个很好的保护,噬菌体就无法到达它的目标区域。比如说我通过静脉注射,如果噬菌体都暴露在我们的血液中,这些免疫细胞就会很快在大概4个小时之内把它清除掉。所以噬菌体的药物递送是非常需要研究的一个领域,我们目前主要做的是静脉以外的外用给药,同时我们也避免了口服,在局部给药的时候损失相对较少,所以我们可以用裸露的噬菌体直接给药,而且给药的剂量也比较大。我们确实认为未来噬菌体也会有一些口服的药或者静脉相关的药,这个时候就要解决这个问题了。

    席友:目前科研角度是否有找到具有广谱性的噬菌体?就是抗生素虽然有耐药性,但是一种抗生素可能可以对抗多种细菌,而噬菌体至今只是一对一的特性,如果要对抗不同的超级细菌,是否要找到不同的噬菌体?

    吴楠楠:理论上来说对抗不同的细菌肯定要找不同的噬菌体。它就有点像我们人或者动物与真核病毒的关系,肯定存在一些跨种感染的噬菌体。就像我们人畜共患的一些病毒,比如说新冠病毒它可以感染蝙蝠,它也可以感染人,有些噬菌体也是这样。但是我们说到噬菌体实际应用的时候,绝大部分都是它只感染一类的。比如说我找鲍曼不动杆菌的噬菌体,它都是感染鲍曼不动杆菌或者至多它会感染其他一些类型的不动杆菌。所以这个是噬菌体的一个特征,我们认为它最广泛的应用肯定是针对一种细菌的种类。第二点,如果要对抗不同的超级细菌,要找不同的噬菌体。其实像现在做抗生素,大家可以看到一个趋势,抗生素也是越来越窄谱,这是一个大的趋势。

    席友:从产业化层面,之前看到美国FDA的一个批复,是针对帕特森的治疗,目前没有获批成为临床治疗方式。从临床角度大概什么时候可以发展到取代抗生素?

    吴楠楠:首先,我认为噬菌体是不太可能完全取代抗生素的。我们噬菌体实际上它要取代或者说它要补充的,主要是高级别的抗生素。比如说在我们团队看来,像碳青霉烯类的抗生素,都不是我们的取代对象。我们取代的是现在一线碳青霉烯用完了以后剩下的,比如说像新药,像头孢他啶阿维巴坦,像杜洛巴坦舒巴坦,像头孢地尔。另外就是多粘菌素、替加环素这一类。这些最后防线的抗生素我们是要去取代或者补充的。我们认为当我们用噬菌体在用了一个周期,比如说我们在用了100年以后,可能细菌它又回到100年前的状态,实际上它就相当于大自然一个往返的平衡。所以我们用噬菌体还是用大自然的手段,即使我们把生命力改造得非常强,它也没法逃脱大自然的规律。

    席友:通用的生产和纯化工艺?
    吴楠楠:噬菌体生产的纯化工艺,其实跟发酵是非常类似的,它唯一的区别就是目前我们还缺少针对噬菌体发酵的工程菌,大部分国内外用作发酵噬菌体的都是采用临床的菌株。我们现在也在做噬菌体扩增菌株的改造,只要改造好了以后,其他的工艺其实都有现成的。
    席友:噬菌体对体内益生菌的影响?
    吴楠楠:这是一个非常好的问题。所以我刚放了我们的宣传片,大家可以看到它的封面场景是“后羿射日”。我们也认为我们在应用噬菌体的时候,一定要把有益的细菌给它留下来。所以我们在开发噬菌体药或者噬菌体疗法的时候,主要针对的是这些鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌等致病菌,它们在我们人体任何部位出现,只要看到它们是碳青霉烯类耐药的菌株,我们都认为它们是致病菌。所以对体内益生菌的影响,如果我们做像大肠杆菌、肠球菌等噬菌体的时候,是需要考虑的。目前针对临床的这几个像鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌等我们可以不考虑。

    席友:CRISPR编辑噬菌体治疗的有效性、安全性?
    吴楠楠:首先,CRISPR改造是一个比较成熟的技术,其实基因编辑包括CRISPR,它的发展其实就是在噬菌体和细菌的体系里研究的,CRISPR就是细菌的一个获得性免疫,就是针对噬菌体的。所以这个改造,首先它的有效性肯定会提高。但是像Locus这家公司,它为了保证安全性,它对噬菌体的裂解谱是没有做拓宽,相当于噬菌体还是靶向原来它能靶向的这些大肠杆菌,但只是靶向完了以后,有一个CRISPR增强的元件,让它更杀菌。所以这是它的一个特征,因为针对大肠杆菌,大家都担心它对我们肠道正常菌群的一个影响,所以如果拓宽裂解谱,可能就面临比较大的一个伦理审批的一个压力。
    席友:如何节约筛选的时间?
    吴楠楠:其实这个时间可以非常短,就是细菌生长的周期。像目前我们的固体筛选法,是在六到八个小时就能拿到结果,当然是针对这些生长较快的菌。我们也在开发一些更快的方法,可以在两到三个小时得到结果。此外,有时候我们针对一些患者,如果他们能等待,我们会做更长时间的液体筛选,因为这时候就可以观察到耐受性,可以选择一些细菌不容易耐受的噬菌体,这些是大家都会采用的技术路线。

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