城大研發DNA手術技術為心肝遺傳病提供高效治療

基因組編輯技術於生物醫藥研究領域日趨重要，更成為推動醫療創新的關鍵引擎。香港城市大學(城大)科研團隊早前獲中華人民共和國香港特別行政區政府「產學研 1+計劃」(RAISe+Scheme)撥款資助，通過其先進的「DNA手術」科技，研發兩種新型基因治療藥物，分別應用於肝臟和心血管遺傳疾病，並計劃在未來三年將項目推進至臨床試驗階段。項目旨在為病患提供安全、高效及可負擔的一次性創新療法，進一步為香港以至全球的遺傳疾病患者帶來嶄新的治療希望。

今次獲資助項目由城大生物醫學科學系鄭宗立教授帶領，名為「治療遺傳性疾病的體內體細胞人類基因組編輯:將新型基因組編輯和工程交付載體轉化為臨床試驗」，旨在開發安全、有效且具特異性的基因組編輯技術。此技術將在第一階段臨床試驗中，對人類「體細胞(somatic cells)」進行測試。

相對傳統療法提供更持久的基因治療

在2023年，隨著美國食品藥物管理局(FDA)批准首個新型基因組編輯技術「Casgevy」療法，可應用於治療人體遺傳疾病，標誌着「DNA 手術」發展的劃時代里程碑。基因組編輯技術是通過「修正」患者的 DNA 缺陷來治療疾病，科研人員利用不同方法精準切割、移除或替換基因當中有缺陷的部分，使細胞能夠正常運作，同時防止有害蛋白質的增生。方法之一是利用經改造的脂質納米顆粒(eLNPs)作為運輸載體，把「DNA 手術刀」精準送到目標細胞，進行基因編輯。

然而，此療法的廣泛應用仍存在不少挑戰，尤其在用藥安全性、準確度和藥效持續性方面。目前約有25%的遺傳疾病是來自「常染色體顯性遺傳」(意即繼承來自父或母任何一方的變異基因便足以引發病徵)，而這些變異基因將持續產生有害蛋白質;但傳統的基因治療通常需要長期甚至終身服藥，效果亦會隨每次服藥後漸漸減弱，導致病情反覆。

城大的科研團隊致力解決上述難題，利用曾獲諾貝爾獎的「CRISPR 基因組編輯平台」，結合團隊研發的專利技術——高度精準的核酸酶(nucleases)，再經由團隊改造的脂質納米顆粒(eLNPs)運送至目標細胞，為遺傳病患者進行體細胞變異的「DNA 手術」，同時提高了遞送經修復遺傳物質的效度及減少基因治療的「脫靶效應」(意即意外編輯非目標 DNA)。此外，團隊也開發了一套專用的基因脫靶檢測系統，以更高靈敏度偵測脫靶效應。由於「DNA 手術」可直接編輯體內的 DNA，而修正後的 DNA 也可傳承至新生細胞，配合團隊的技術就可以提供一種長效持久的解決方案，消除重覆用藥的需要。

兩款嶄新候選藥物管線 針對肝臟和心血管疾病

目前，團隊正開發兩款候選藥物，包括 PL-100——針對罕見肝臟遺傳疾病，以及 PL-200——針對可為全球醫療帶來沉重負擔的心血管疾病。兩款候選藥物正準備進入新藥「IND 支持性研究」以及由研發者發起之臨床試驗(investigator-initiated clinical trials)階段。

項目於非人類靈長類動物的初步臨床前研究經已完成，其精準的基因組編輯系統、高效的(基因藥)輸送載體可以帶來更低劑量的領先療效。未來，團隊將進行內部開發、或與藥廠等夥伴合作，從而將兩款新型候選藥物推進至臨床試驗階段。

鄭教授說:「基因組編輯技術是醫學發展的未來，不僅可用於控制病情，更能夠剷除病根。團隊的使命是開發既安全、可負擔又能改變患者生活的療法。」他認為，香港憑藉人才、資源、基礎設施和全方位的政策支持，有潛力成為基因醫學的全球領導者。團隊又感謝城大、「產學研1+計劃」和投資者的支持，希望能為基因醫療發展作出更大貢獻。

城大生物醫學科學系鄭宗立教授（右）的團隊將通過其先進的「DNA手術」科技研發兩種新型基因治療藥物，分別應用於肝臟和心血管遺傳疾病，並計劃在未來三年將項目推進至臨床試驗階段。（圖片來源：香港城市大學）

由城大生物醫學科學系鄭宗立教授帶領的科研項目，早前獲「產學研1+計劃」撥款資助。（圖片來源：香港城市大學）

團隊開發獲專利的基因組編輯技術。（圖片來源：香港城市大學）

隨着全球電動汽車（EV）市場及可再生能源的發展快速增長，產業對先進鋰電池技術的需求也日益提升。香港城市大學的科研團隊早前獲「產學研 1+計劃」撥款資助，以解決鋰離子電池的「富鋰正極材料」長期以來受電壓衰減的影響，有助推出一系列新型電極材料，為鋰離子電池帶來更高能量密度、更長壽命和降低成本。團隊計劃建立一條年產量逾千噸的生產線，料可創造逾百就業機會。

城大物理學系劉奇教授（中）領導的「開創下一代鋰離子電池的先進正極材料」項目，獲「產學研1+計劃」撥款資助。（圖片來源：香港城市大學）

由城大物理學系劉奇教授領導的「開創下一代鋰電池的先進正極材料」，為第二批獲中華人民共和國香港特別行政區政府「產學研 1+計劃」（RAISe+ Scheme）資助的項目。團隊將通過計劃的撥款，於未來三年提升及完善下一代電極材料的生產線，藉以加速科研成果的商業化和增加產業應用。

鋰離子電池：全球能源轉型的基礎

鋰離子電池技術被視為全球能源轉型的基石，在智能科技和可再生能源儲存系統，包括手機電池、電動汽車市場及大型太陽能發電站等應用中，至關重要。隨着全球市場對電能需求不斷增加，預計到 2030 年鋰電池市場的規模將達至 1,500 億美元，當中涉及電極材料部分的產業將佔超過 600 億美元。

在不同的電池正極材料中，「富鋰層狀氧化物」（LLOs）因其高容量、高運作電壓，以及因原材料資源豐富而帶來的成本優勢，被廣泛認為是鋰離子電池的「終極正極材料」，並能顯著地提升鋰離子電池的運作效能。

不過，儘管富鋰層狀氧化物具有理論上的優勢，但它在電壓衰減、電容量衰減方面所面臨的挑戰，長期以來都對其商業化進程帶來阻礙。

「富鋰層狀氧化物」（LLOs）被認為是鋰離子電池的「終極正極材料」。（圖片來源：香港城市大學）

解決長期存在的電壓衰減挑戰

為解決上述困難，研究團隊通過將額外的過渡金屬（transition metal, TM）融入正極材料，從而增強其蜂窩結構的穩定性，抑制了氧氣釋放、陽離子遷移和結構降解等情況，有效地解決電壓衰減的核心問題。團隊的方案為富鋰層狀氧化物帶來更高性能，亦為其商業化進程提供更堅實的基礎。

此外，團隊運用先進的「表面工程技術」來處理因材料表面降解、過渡金屬離子溶解、結構崩塌、電解腐蝕等引致的電容量衰減。團隊在煆燒過程（將固體物料加熱至高溫的處理過程）中，加入了包括碳塗層等保護劑，利用此保護層確保材料的長期穩定性，標誌着能源儲存技術的重大進步。

這項突破性科研技術曾於 2023 年的國際期刊《自然能源》（Nature Energy）上發表。在實驗室科研成果的基礎上，團隊將加速以下兩條生產線的商業化進程：

• 傳統鋰離子電池用富鋰錳基正極材料，令電池能量密度可提高超過三成及降低成本

• 固態鋰電池用富鋰錳基正極材料

城大物理學系劉奇教授（右）。（圖片來源：香港城市大學）

材料生產擴展至全球

劉教授說：「研究團隊成功使正極材料—富鋰層狀氧化物，發揮真正的商業潛力。此項技術不但以更低成本提供更高的能量密度，更為電動汽車市場及能源儲存應用開闢更多可能。項目不但展示了香港在新一代能源技術方面的優勢和實力，也助力香港在全球高新科技市場佔據領先地位。」

團隊早前已成立「速方新能源科技有限公司」，並搭建了一條年產量為百噸級的生產線，致力於高性能富鋰錳基正極材料的開發與產業化發展。團隊期望在「產學研 1+計劃」的支持下，可於未來三年於東南亞或韓國等地，建立一條年產量為 1,000 噸的生產線，並預計可創造約 100 個與研究、製造和工程相關的創新就業機會。