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mRNA 疫苗技术路线关键考虑因素及解决方案

COVID-19 疫情期间,Pfizer/BioNTech 和 Moderna 迅速推出了高效疫苗(有效性94-95%),使 mRNA 疫苗成为人们关注的焦点。mRNA 之所以备受关注,与以下三个因素有关:


 安全:与许多传统疫苗不同的是,mRNA 疫苗没有感染风险。而且 mRNA 在注射后也会在正常的细胞过程中被迅速降解。

 快速:mRNA 生产不需要借助细胞,生产速度比其他生物药快的多,并且容易实现标准化和工艺放大,从而提高了对大规模疫情爆发的响应能力。

 高效:mRNA 能诱导特异抗原的表达,产生体液(抗体)和细胞介导的(T 细胞)免疫,从而产生高效的免疫反应。


mRNA 疫苗的产业化主要包括了mRNA的设计、生产及递送系统等多个步骤。


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mRNA的设计


mRNA疫苗的设计主要是通过在真核细胞中真实存在的mRNA原型来进行设计的。位于mRNA 5‘-和3’-末端的Cap和Poly(A),尾巴,两端的非编码区(UTRs) 可以在细胞质中稳定mRNA,防止mRNA被核酸外切酶消化及降解,在mRNA设计过程中,需要仔细对这些区域进行设计从而保证mRNA的稳定性。另外,经常对用于mRNA合成的核糖核苷酸进行修饰,以提高表达效率。体外转录后的mRNA需要通过人工加帽,才能在体内被细胞核糖体识别翻译,加帽的效率是mRNA 体外合成过程中主要需要思考的问题。


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mRNA的生产及质量控制


我们可以通过成熟的大肠杆菌系统表达带有目的DNA的质粒,而后线性化DNA模板用于mRNA的体外转录。在制备过程中,DNA质粒的纯度,mRNA转录过程中复杂物料体系的混合及各个步骤的环境温度控制是规模化mRNA生产中主要需要思考的问题。

制备好的mRNA中,含有DNA模板,dsRNA,未被加帽的mRNA,酶,dNTPs等多种杂质,如何通过降解及层析的方法得到纯度较高的mRNA并建立质量评估体系,是mRNA研发及生产过程中主要需要思考的问题。


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mRNA递送系统


体外合成的mRNA需要通过细胞膜屏障才能到达细胞质,并进入核糖体实现翻译功能性蛋白的作用。体外合成的mRNA递送至胞内的过程中,容易受到血清中的核糖核酸酶(RNase)快速降解的威胁,所以递送系统可以协助mRNA达到胞内,避免胞外降解。

已经研发成功的递送系统很多,包括电穿孔、鱼精蛋白修饰、纳米颗粒、脂质颗粒、多糖颗粒等,目前脂质纳米颗粒(LNPs)已成为最常用的mRNA递送系统之一。


LNPs通常由四部分组成:

  1. 可电离的阳离子脂质 - 促进mRNA-LNP自组装成病毒大小(约100 nm)的粒子,并在细胞质中帮助mRNA释放

  2. PEG - 增加配方的半衰期

  3. 胆固醇 - 稳定剂

  4. 磷脂 – 稳定脂质双层结构


mRNA的递送系统研发及生产过程中,LNPs的设计及颗粒均一度都会影响mRNA的传送效率。mRNA被LNP包封后,未被包封的mRNA若注射入体内,也容易引起体内应激反应,因此mRNA-LNP的纯化及质量评价至关重要。

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mRNA的制剂工艺


mRNA的生产及制剂需要防止共线而导致系统带来的污染,如何建立全封闭的mRNA 生产及制剂工艺,是mRNA 生产中需要思考的问题。


总 结


综上,mRNA疫苗的研发和产业化之路还存在诸多挑战和问题需要解决,同时任何药物的生产都离不开法规的监管和检查。为了深入探讨符合GMP要求的生产工艺和监管检查要点,Cytiva和佰傲谷联合举办主题网络研讨会《GMP理念下的mRNA生产平台和监管检查要点解析》,邀请法规及工艺相关专家,分享内容从法规监管检查要点,行业发展分析及研究案例到酶原料、生产工艺、递送系统等。5月18日,精彩内容尽在云端。