mRNA疫苗：当前趋势和前景

除了缩短开发时间和高效（至少对于COVID是这样的），将mRNA用于预防性和治疗性疫苗还有其他优势。第一是安全性特征，其中包括抗原通常仅表达几天，并且可以通过mRNA的设计进行调节。mRNA疫苗也比减毒疫苗和载体疫苗更可控。第二与基于DNA的方法不同，mRNA疫苗不需要进入细胞核，因此基因组整合和诱变的风险较小。最后，mRNA疫苗提供了细胞和抗体免疫反应的稳定开展，这些是可以通过mRNA的设计、递送方法的选择或其他方法在两者之间有所转变。

mRNA疫苗的生产方法也有优势，因为mRNA合成是基于无细胞系统中成熟的体外转录过程。无细胞系统有助于降低成本、时间和简化制造工艺。需要注意的是，用作mRNA疫苗模板的pDNA确实需要基于细胞培养步骤，但这不是一个成本高昂或耗时的步骤。此外，mRNA具有灵活性，因为通常可以在不显着改变生产过程的情况下制造变体疫苗或多价疫苗。

尽管如此，还是有一些地方需要改进。

由于mRNA带电负电荷，mRNA难以进入细胞，并且会被核酸酶（如RNase）迅速降解。这可以通过脂质纳米颗粒(LNP)封装（已用于当前基于mRNA的新冠疫苗）、修饰、碱基替换、mRNA设计或其他方法在一定程度上得以缓解。或者，可以采用物理方法，例如电穿孔，这种方法在体外给药的治疗性癌症疫苗中获得了吸引力，但其效率不高。

此外，疫苗的分发是一个问题，目前mRNA疫苗需要冷冻储存。其替代方法，如冻干正在研究中。因此，mRNA疗法是一种令人兴奋的新兴治疗方式，但仍有一些领域需要改进和完善，例如制造、管理和供应链方面。

从制造的角度来看，存在许多挑战。与传统重组蛋白相比，mRNA处理的主要挑战之一是缺乏适合相对较小体积和较大尺寸mRNA的专用设备和耗材。在提高可扩展性和工艺一致性的许多步骤中，技术开发也有改进的空间。

基于RNA疗法的趋势

1990年，在将裸露的mRNA注射到小鼠骨骼肌后观察到一种蛋白质的体内表达后，mRNA疫苗的潜力得到了科学界的关注。从那时起，该行业迅速发展壮大。今天，已经启动了140多项临床试验，这些试验使用mRNA来解决各种疾病，如传染病、癌症和各种其他可能的应用领域。

目前正在开发的两种形式的mRNA结构：常规的非复制mRNA和自扩增mRNA。非复制型mRNA疫苗具有传统的mRNA形式，不具有内置于mRNA序列中的复制能力。抗原序列的两侧是非翻译(UTR)区域、3'多聚(A)尾和5'帽。帽、UTR、ORF和尾部可以定制设计为上调或下调表达水平，或调节免疫反应。修饰的核苷酸，如假尿苷和5-甲基胞苷，可用于减少不良的先天免疫系统反应并提高翻译效率。因此，临床反应的许多方面可以简单地通过mRNA的设计进行调节。

非复制性mRNA疫苗本质上是短暂的，通常表达抗原数小时或数天（辉瑞和现代疫苗的细胞半衰期估计为8-10小时）。对于某些应用，这可能是有益的，但是对于其他应用，例如系统性蛋白质疗法，蛋白质的扩展表达将是有益的。

自扩增mRNA(saRNA)方法正在开发中，使mRNA能够复制。反过来，这可以将表达窗口延长至数周。通常，saRNA是基于添加顺式或反式构型的病毒复制酶基因，这些基因来自甲病毒、黄病毒或小核糖核酸病毒。这些策略可以提高表达水平或将mRNA剂量需求降低10-100倍。自我复制的mRNA可能会在许多应用中扩展mRNA技术，同时降低制造需求。有许多mRNA技术领域正在开发和优化，而mRNA设计和优化是当前努力的重要方面。

除了mRNA之外，还有其他RNA疗法正在开发中或已经获得批准。其中包括改变基因表达的反义寡核苷酸；小干扰RNA(siRNA)，它也通过不同的机制改变基因表达；适配体可以结合其他配体，包括RNA、引导RNA，用于CRISPR靶向设计和其他功能性RNA。这些RNA疗法与mRNA疫苗共享重叠技术。一个例子是使用LNP技术的经批准的siRNA治疗剂Onpattro。因此，除了mRNA疫苗外，整个RNA治疗领域正在迅速发展。

基于不同类型的mRNA疗法

COVID疫苗是传染病的预防性疫苗除了葡萄球菌和结核病等细菌感染外，还有许多其他预防性疫苗正在开发中，包括流感、寨卡病毒、登革热、狂犬病、委内瑞拉马脑炎。独特的方法包括表达基孔肯雅病毒的中和单克隆抗体。

mRNA疫苗作为癌症的治疗方法也获得了关注。mRNA可用于引发对突变癌基因或调节性癌症基因（如p53）的免疫反应，这些基因在治疗广泛性癌症治疗方法中在许多癌症中共有。

其他治疗癌症的方法包括个性化治疗，即针对个人癌症突变开发疫苗。在这方面，患者的突变组将通过下一代序列进行识别，并将开发一些针对个体特定新抗原的定制mRNA疫苗。治疗性癌症疫苗的开发进展迅速，已完成70多项临床试验，预计未来2-3年内还会有更多结果。许多技术正在评估中，包括通过mRNA的离体电穿孔直接刺激抗原呈递细胞(APC)。其他方法包括直接肿瘤内注射、全身方法和靶向器官方法。目前，超过50%的使用mRNA的临床试验专注于治疗黑色素瘤、前列腺癌和脑癌。因此，尽管针对特定器官、组织和细胞的LNP靶向特定器官、组织和细胞仍在研究中，但mRNA疫苗的许多应用处于从概念到临床试验的不同开发阶段。

mRNA生产规模和制造瓶颈

制造所需的mRNA规模因适应症、方法的效力、市场需求和其他因素而异。定制的、个性化的工艺可能只需要生产毫克量的mRNA。全球需求可能需要更多的mRNA生产能力。例如，目前的辉瑞和Moderna COVID疫苗分别含有30和100微克的非复制mRNA。在这种情况下，10亿剂的疫苗生产将需要生产30-100公斤高度纯化的cGMP mRNA，最好能够在至少几克的生产批次中予以解决。

当前mRNA制造中最常见的瓶颈之一是规模化。由于COVID产品已达到数十亿剂的规模，因此肯定需要更大规模的生产技术。我们看到供应商可以定制完整的解决方案并将其交付给客户的解决方案。这些解决方案已经为mAb应用以及质粒和病毒载体开发和交付。然而，小规模的cGMP生产也需要改进，因为目前大部分设备都是从生物技术行业改造而来的，专为比mRNA所需的生产规模大得多的生产规模而设计。该行业可以受益于专为mRNA cGMP制造而设计的设备，包括更小规模的设备。

mRNA的上游制造工艺相当成熟。体外合成mRNA所需的cGMP质粒、聚合酶和酶是可用的，但可能很昂贵。Poly A尾部可以通过包含在模板中或通过使用酶来创建。有高效、共合成、封盖选项，或者也可以通过高效酶处理进行。由于无细胞性质，mRNA疫苗有可能比其他疫苗方法成本更低，但目前它们的生产成本更高。为了改善整体成本状况，需要降低GMP试剂、封端试剂、专有LNP组件和其他专有组件的成本。在mRNA过程中用作起始模板的质粒的容量限制也是该应用领域与不断增长的病毒载体领域共同面临的挑战。此外，制造企业正在寻找消除这一瓶颈的方法，围绕质粒生产的无细胞工艺的新技术可能会改善这一初始工艺步骤。

然而，下游制造工艺液需要改进。高效翻译和减少不良免疫反应需要高纯度的mRNA。存在多种杂质，包括酶、核苷酸、质粒模板和异常RNA种类以及其他目前需要多步纯化过程的杂质。这些多步骤过程多种多样，并处于发展状态。可以使用诸如沉淀、亲和寡聚dT、有或没有纤维素的离子对色谱(IPC)、离子交换、切向流过滤(TFF) 等技术。因此，替代纯化配体和精制纯化方法将极大地有益于该行业。

虽然mRNA生产肯定适合标准化和平台化，正如单克隆治疗行业所发生的那样，但当前的大部分生产是使用适合用途的设备分多个步骤进行的。其他方面，如一次性物品和连续加工策略，将有利于这个新兴产业。

mRNA技术的速度和潜在成本收益使其成为个性化医疗的一项技术。疫苗是针对一个人的个体癌症突变开发的。许多公司正在为此开发集成系统mRNA处理解决方案。尽管该过程中的许多步骤是相同的，但由于规模和成本，还有许多额外的挑战。但是我们正在监控并为该领域的发展做出贡献，该领域在几年内就可以达到商业阶段。

最后，需要对过程科学有更深入的了解。例如，LNP通常是在使用微流体装置的快速混合过程中形成的，这更像是一门艺术，而不是已建立的方法。更好地了解LNP成分的影响，以及它们对LNP稳定性、递送、效率、免疫反应和最终患者结果的影响，将使该行业受益。LNP和其他递送技术的优化是决定治疗最终成败的关键属性。

封装和传递技术

纳米结构的使用，如LNP，在mRNA治疗中很常见，因为它们通常比裸mRNA提供更高的效率，并允许多种给药途径。纳米结构技术的一个挑战是它本质上很复杂，它涉及许多潜在的成分，具有许多可能的临床结果。对这方面的认识不完全。纳米结构特性对临床结果至关重要，包括：核酸保护、细胞内RNA的受控释放、细胞和组织选择性、翻译效率、毒性和长期稳定性等。

纳米结构结构复杂，它们可能由多种成分组成，例如常见的脂质、聚合物（PEG、PEI、聚赖氨酸等）、蛋白质、胆固醇或定制的专有成分，例如可电离的脂质。通常使用缀合物，例如PEG-脂质。这些中的每一个都会对其属性产生巨大的影响。例如，聚合物含量可以控制粒径并影响效率和细胞趋向性。结构脂质，如胆固醇，会影响颗粒稳定性。如果混合不正确，可能会形成没有有效载荷的空纳米粒子。因此，纳米结构的组成和形成对于所需的临床效果至关重要。目前，LNP是许多系统的着陆非病毒递送系统，包括基因治疗。

还有其他交付方式正在研究和开发中。外泌体被认为使用受体，并且可以提供更有效的摄取、更高的特异性和更少的副作用。这是一个很有前途的早期研究领域。其他领域包括共轭RNA，例如GalNac-siRNA，它已被证明可以靶向肝脏肝细胞。同样，GALA肽缀合的mRNA已被证明可以提高APC的摄取。还有其他方法正在评估中，以提高目标特异性或改善细胞摄取。

已通过直接注射到肿瘤或其他方法对裸mRNA进行癌症治疗进行了评估。通常认为裸RNA比其他方法效率低，但其优点是易于制备，因为它只需要缓冲液。在某些应用中，裸mRNA的内在高免疫原性可以通过增强佐剂活性提供益处。

mRNA行业前景

随着COVID-19流行的到来，预防性疫苗的mRNA因其迫切需要而成为公众关注的焦点。这些疫苗通过其快速的开发时间和高效性证明了mRNA疗法的前景。

尽管COVID疫苗引人注目，但迄今为止，大多数mRNA疫苗都专注于癌症治疗，迄今为止已有数十项完整或正在进行的临床试验。在接下来的2到4年内，这些试验中的许多应该会完成。其中许多是个性化治疗性癌症疫苗。该领域的有希望的结果可以进一步推动mRNA行业的发展。

此外，在不同领域的早期开发中有许多治疗方法，如果成功，将产生重大影响。mRNA疗法的成功可能会在未来取代效果较差的治疗方法，例如流感疫苗、结核病疫苗或其他应用。

总结

mRNA疗法是一个正在快速发展和扩张的新兴领域。有许多开发中的应用程序数量太多，无法在这份简短的文章中详细介绍。由于其在灵活性、成本和开发速度方面的优势，该技术为传染病和个性化药物提供了巨大的好处和潜力。当然，要充分发挥这项技术的潜力，仍然需要克服挑战，包括缺乏扩大mRNA过程的经验和知识、感知的监管不确定性和靶向递送技术。COVID-19流行证明了mRNA疗法的前景，这个新兴行业的前景一片光明。

参考：

1. Teo SP. Review of COVID-19mRNA Vaccines: BNT162b2 and mRNA-1273. J Pharm Pract. 2021 Apr12:8971900211009650. doi: 10.1177/08971900211009650. Epub ahead of print. PMID:33840294.

2. Kim J, Eygeris Y, Gupta M,Sahay G. Self-assembled mRNA vaccines. Adv Drug Deliv Rev. 2021 Mar;170:83-112.doi: 10.1016/j.addr.2020.12.014. Epub 2021 Jan 2. PMID: 33400957; PMCID:PMC7837307.

3. Schoenmaker L, Witzigmann D,Kulkarni JA, Verbeke R, Kersten G, Jiskoot W, Crommelin DJA. mRNA-lipidnanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int J Pharm. 2021 May15;601:120586. doi: 10.1016/j.ijpharm.2021.120586. Epub 2021 Apr 9. PMID:33839230; PMCID: PMC8032477.

4. Xu S, Yang K, Li R, Zhang L.mRNA Vaccine Era-Mechanisms, Drug Platform and Clinical Prospection. Int J MolSci. 2020 Sep 9;21(18):6582. doi: 10.3390/ijms21186582. PMID: 32916818; PMCID:PMC7554980.

5. Rosa SS, Prazeres DMF, AzevedoAM, Marques MPC. mRNA vaccines manufacturing: Challenges and bottlenecks.Vaccine. 2021 Apr 15;39(16):2190-2200. doi: 10.1016/j.vaccine.2021.03.038. Epub2021 Mar 24. PMID: 33771389; PMCID: PMC7987532.

6. Maruggi G, Zhang C, Li J,Ulmer JB, Yu D. mRNA as a Transformative Technology for Vaccine Development toControl Infectious Diseases. Mol Ther. 2019 Apr 10;27(4):757-772. doi: 10.1016/j.ymthe.2019.01.020.Epub 2019 Feb 7. PMID: 30803823; PMCID: PMC6453507.

7. Vormehr M, Schrörs B, BoegelS, Löwer M, Türeci Ö, Sahin U. Mutanome Engineered RNA Immunotherapy: TowardsPatient-Centered Tumor Vaccination. J Immunol Res. 2015;2015:595363. doi:10.1155/2015/595363. Epub 2015 Dec 30. PMID: 26844233; PMCID: PMC4710911.

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