由Kisaco Research主办的第四届欧洲噬菌体未来年会于 2021 年 11 月 23 日至 24 日在比利时布鲁塞尔举行。该会议聚集了来自噬菌体行业学术背景各异的国际专家,他们对噬菌体及噬菌体相关疗法的应用都十分感兴趣,会议从商业和监管的角度来关注噬菌体的治疗及应用。
噬菌体应用的多样性
会议主要关注噬菌体在人体中的临床应用(噬菌体疗法),但也涵盖了在动物工业中的应用(畜牧业和水产养殖)。
天然噬菌体目前已被广泛应用于临床治疗中,工程化噬菌体也已开始在学术领域中使用,并较天然噬菌体更具有广阔的应用前景。裂解酶(由噬菌体产生的活性酶,能够水解细菌细胞壁)已受到PhagoMed、Bioharmony、Lysando和Micreos等公司的青睐,这些公司均在开发相应的裂解酶产品。但噬菌体应用不仅仅局限于噬菌体本身和裂解酶,还可以利用噬菌体颗粒作为载体用于递送靶向抗菌剂(如,Eligo Bioscience 利用CRISPR-Cas9系统选择性地剪切细菌中携带的抗生素抗性或毒力基因等)。
噬菌体与细菌匹配
选择特异性的噬菌体来对抗特定的细菌菌株对于噬菌体治疗至关重要。会议讨论了如何提高噬菌体筛选的速度和准确性。Ronen Hazan博士(以色列耶路撒冷大学首席研究员)、Bob Blasdel博士(Vesale Pharmaceuticals研究总监)和 Cindy Fevre博士(Pherecydes Pharma研发部总监)介绍了不同的噬菌体筛选经验以及他们倾向的方法。Hazan 博士指出了全面检测的重要性,即结合噬菌斑和动力学结果进行筛选。Fevre博士也比较喜欢用这两种方法筛选噬菌体,特别是当噬菌体用于治疗患者时。
此外,Blasdel博士介绍了Vésale Pharma公司采用的高通量筛选噬菌体方法,以满足医院和研究机构在短时间内选择最佳噬菌体供患者使用的需求。这种方法是基于荧光素酶发光技术,检测噬菌体裂解细菌后ATP的释放量,在一定范围内ATP与荧光强度成线性关系,因此可以通过测量荧光光强计算ATP释放量,从而筛选出裂解性噬菌体。但这种方法的可靠性依赖前期对大量不同噬菌体的测定。因此,要结合动力学检测尽可能多地测试噬菌体。
最后,Felix Biotechnology的联合创始人Natalie Ma博士描绘了未来加速噬菌体-细菌匹配的可能性。Felix Biotechnology为人工智能算法提供宿主细菌范围数据,以便找到噬菌体用于侵染细菌的基因序列。
噬菌体制造的挑战
噬菌体制备工艺、GMP生产如何从小规模到大规模也是大会的主要议题。Jafral的首席运营官 Barbara Hubad 博士分享了她在GMP噬菌体大规模生产方面的经验。Hubad博士认为,GMP生产过程中最需要防控的是噬菌体的交叉污染,尤其是在同时使用不同的噬菌体制备鸡尾酒时。另一个挑战是,当从小规模上升到大规模时,噬菌体的稳定性可能也会有所变化。
来自英国拉夫堡大学的Danish Malik博士介绍了批量化生产高滴度-纯化噬菌体的工艺优化方面的工作。他举例说,使用相对较小的体积连续生产噬菌体可以提高产量。干粉剂型理论上能够满足所有噬菌体保持稳定的需求,尽管噬菌体的稳定性各不不同。
Cellexus的技术应用专家Adam Ostrowski博士主张将一次性设备引入噬菌体生产中。Cellexus开发了一种生物反应器系统,该系统能提供快速、简便的噬菌体生产,并通过使用一次性的滤袋将交叉污染降至最低。由于噬菌体GMP生产面临着种种挑战,业界对噬菌体的关注度也越来越高,并不断为噬菌体科学家寻求解决方案。
“固定鸡尾酒”与“个体化”
噬菌体应用经常会面临一个争论,是应该使用“固定鸡尾酒”法还是“个体化”噬菌体疗法。Bob Blasdel博士支持建立小规模、单独表征的噬菌体库,然后将其选为活性药物成分并组合成鸡尾酒。此外,来自“临床试验”的细菌敏感性和有效性数据的反馈可以为模型提供信息并改进噬菌体的选择标准。
总体而言,目前的共识似乎是这两种方法不是相互排斥的,而是互补的。临床试验倾向于于使用固定鸡尾酒法,而在未来,从一个噬菌体库中取出的一种或几种噬菌体用于个体化治疗可能是更有希望的方案。
临床试验的重要性
本次大会卫生主管部门的代表Peter Beyer(世界卫生组织高级顾问)和Cara Fiore博士(微生物学家、食品和药物管理局高级监管审查员)特别强调了进行临床试验的必要性,用于评估噬菌体疗法的安全性及有效性。
Shawna McCallin博士(瑞士巴尔格里斯特大学医学院临床协调员)客观地概述了目前噬菌体治疗领域的临床试验。目前有 26 项已注册的噬菌体研究,其中 6 项正在积极招募,5 项已经开始——这创噬菌体治疗的历史新高。她认为,能否成功通过二期临床试验是噬菌体治疗的关键一步,因为到目前为止,在四项二期临床研究中,有三项已失败。她与 Sarah Djabara博士(比利时阿斯特丽德女王军事医院的传染病医生)一起协作创建了一个国际噬菌体治疗数据库。这项国际倡议旨在以集中和标准化的方式收集数据,用以提高透明度并减少报告中的主观偏见。
发展中国家的噬菌体疗法
抗菌素耐药性(antimicrobial resistance, AMR)肆虐全球,据估计,到2050年AMR将导致1000多万人死亡。由于缺乏药物,非洲和亚洲国家将付出惨痛代价。
噬菌体促全球健康(Phages for Global Health)组织创始人兼总裁Tobi Nagel博士介绍了她的非营利慈善组织工作,该组织旨在促进在非洲和亚洲使用噬菌体。由于AMR危机,需要避免在艾滋病和新冠疫情中出现的药物交付延迟,实现这一目标的一个方法是让发展中国家为本国人口生产药物。为此,她在国际和公共慈善基金的支持下推动在发展中国家建立噬菌体库,建立噬菌体库的第一步是在乌干达、肯尼亚、加纳和坦桑尼亚等非洲国家组织有关噬菌体分离的应用研讨会。超过1200名科学家接受了噬菌体生物学方面的培训,在整个非洲大陆分离出450株噬菌体,并创建了50个噬菌体项目。
到2050全球每年抗菌素耐药性致死人数预测(图片来源于网络:侵删)
噬菌体领域的未来
5 年后噬菌体疗法的前景如何?
随着人们对抗生素耐药性的认识不断提高以及未来可用抗生素愈发缺乏,大家都认为噬菌体疗法具有光明之路。对Hessel博士而言,微生物的精准靶向具有很大的前景,需要进一步研究。另一方面,Pirnay博士设想在更遥远的未来能够实现无细胞的即时生产噬菌体。最后,Corsini博士和McCallin博士坚持临床试验的重要性,因为目前正在进行的临床试验数量比以往任何时候都多,可能会更清楚地了解噬菌体治疗的潜力。
结束语
总之,2021 欧洲噬菌体未来大会证实了过去几年中观察到的一个趋势:噬菌体的应用在国际上越来越受欢迎,开始了更多的临床试验,公司推出了更多新产品和技术。噬菌体疗法的安全性现在已经得到了很好的证实,未来最大的挑战依然是证明它的有效性。在治疗细菌感染方面,噬菌体、裂解酶或噬菌体衍生的抗菌剂等方法不应被排斥,而应补充到我们对抗抗菌素耐药性的过程中。