Quantum pBac™
先進、非病毒且高效的 piggyBac系統，具有約100 kb的大載體容量，適用於最佳的治療性基因整合
基因治療通常需要在細胞中實現穩定且長期的基因表現，此長期表現可透過 體外 或 體內 使用病毒或非病毒載體系統改造細胞來達成。
慢病毒 (Lentiviral) / 逆轉錄病毒 (Retroviral)載體因其高基因傳遞效率且具備整合基因的能力，能夠實現穩定且長期的基因表現，因此常被應用於基因治療。然而，病毒載體仍然因多項限制而無法廣泛被運用，包括：(1) 載體容量有限，嚴重限制可整合基因的種類與大小；(2) 基因毒性風險會因病毒載體傾向整合於活躍的基因區域附近或內部，此可能造成原生基因表現與功能產生負面影響；(3) 由病毒載體導入的基因可能會被沉默，推測與細胞免疫機制有關；(4) 病毒載體本身具有免疫原性。這些限制削弱了病毒載體於病床應用上的潛力，此外，由於GMP等級的病毒載體製造成本高、生產程序複雜且品質管控標準嚴格，使得病毒載體基因治療的生產成本昂貴。
非病毒載體由於具有較低的免疫原性以及低基因毒性，可以成為更安全的替代選擇。此外，與病毒載體相比，非病毒載體能夠攜帶更大片段的遺傳物質，製造成本也有明顯的下降。儘管非病毒載體具有諸多優勢，裸露DNA型式的基因療法有較短的壽命，且缺乏穩定的基因表現。
近年來，非病毒DNA轉座子因一種擁有前景的基因治療載體系統而逐漸備受關注，此系統可以克服基因整合上的挑戰，一種常見的兩質體轉座子系統，透過剪下貼上的機制來促進整合，原理如下圖所示：
如上方 圖1A 所示，最常見的設計是使用雙職體系統：一個殖體包含被末端反向重複序列(TIR)夾住的目的基因，另一個則是含轉座酶質體，此系統能夠有效率的在極高效率的情況下遞送大型載體。
作為非病毒基因治療領域的先驅之一，我們團隊最早發現 piggyBac(一個DNA轉座子從甘藍夜蛾中飛離出來)，在所有的DNA轉座子系統於基因治療中最具潛力應用 (Wu S et al., PNAS 2006, 103 (41) 15008-15013)。由於 piggyBac 系統在基因治療中(見 圖1B)，推進 piggyBac 轉座子系統於臨床應用是 先驅生技的主要研究方向。這些努力促成一種具更安全且更強效的 piggyBac系統： Quantum pBac™ (圖3)的開發，該系統在基因治療中展現出巨大潛力，特別是在CAR-T細胞療法領域(Meir et al., FASEB J 2013, 27 (11) 4429-4443; Meir et al., BMC Biotechnology 2011, 11:28; 稿件撰寫中)，在 Quantum pBac™ 與其他CAR-T細胞療法的治療載體與發展對比顯示下方(圖2).
圖2. 為 Quantum pBac™ 發展歷史於CAR-T細胞療法領域中的應用背景
目前，活躍 piggyBac，是目前最先進的 piggyBac 系統； Sleeping beauty 11 (SB11成功應用於多項CAR-T細胞療法的開發，並且已有多項進入臨床試驗階段(圖2)，使用 Quantum pBac™ 的轉座效率有超過 15倍 (與活躍 piggyBac 比較)以及超過 10,000至40,000倍 (與 SB11 比較) (見 圖2).
我們的 Quantum pBac™系統如 圖3所示，該系統為雙質體組成，包含“Donor”以及“Helper”，其中Donor以小環形是加速基因遞送、增強基因整合效率，並確保穩定基因表現，其具有更高的安全性以及更高的效率(與活躍 piggyBac 系統比較(圖3).
平台組件
無質體的Donor小環形式DNA
- 包含具有大容量的載體，能夠攜帶大量的目的基因
- 包含末端反向重複序列(TIRs)，可實現安全有效的基因工程
- 加速基因遞送以及改善基因表現的穩定性
Helper質體
- 促進目標基因整合到治療細胞的基因體中
- 含有Quantum PBase，一種 高活性且安全的piggyBac轉座酶
與活躍piggyBac系統相比的優勢
- 提升有效容量和基因遞送效率(更小的Donor載體)
- 較少的片段碎片(0.1 kb vs hyPB 0.6 kb)
- 在人類T細胞有較少的增強子或沉默子
- 擁有更安全的潛在整合設定
- 提升整合效率(在人類T細胞中提高15倍
Figure 3. Quantum pBac™目的在提升治療基因的整合
直接比較 Quantum pBac™ 和活躍 piggyBac 在人類T細胞中的整合效率，結果顯示 Quantum pBac™ 的效率更高(圖4).
圖4. Quantum pBac™ 優於活躍 PiggyBac.
Jurkat細胞被被活躍piggyBac(左圖)以及 Quantum pBac™ (右圖)轉染攜帶抗Hygromycin的基因，結果影像顯示，在經過Hygromycin篩選後，剩餘擁有抗Hygromycin的細胞總數量。
初代T細胞的轉座效率圖中顯示， Quantum PBase 有更高的效率(與 hyPBase 比較) (見 圖5)，這個提升效率是因為在Donor載體移除骨幹質體，而使載體可攜帶更大容量的轉殖基因(4.0 kb 5.4 k)。
