mRNA疫苗是一种比较安全的新型核酸疫苗，用于肿瘤、感染性疾病等的防治研究表明其具有非常好的应用前景。近年来，针对mRNA疫苗已经成立多家公司，其中最著名的有CureVac AG、BioNTech 和 Moderna。据统计，仅这三家公司融资已达约8亿美元，所有融资已超过10亿美元，约合人民币70亿。国内张江药谷也宣布已完成亿元融资。
虽然mRNA疫苗的应用前景十分广阔，但是如何快速且高效将mRNA传递到机体一直是限制mRNA疫苗发展的重要障碍。如果能够克服这个困难，mRNA疫苗将会大力发展，其价值也将会远远超过70亿。
近日，来自麻省理工大学的Robert Langer教授和Daniel G. Anderson教授团队在国际顶尖学术期刊《Nature Biotechnology》（IF 35.7 ）上发表了题为Delivery of mRNA vaccines with heterocyclic lipids increases anti-tumor efficacy by STING-mediated immune cell activation的研究论文，发现了mRNA疫苗新的传递系统，成功解决了mRNA传递难的问题，这无疑会促进mRNA疫苗进一步发展和应用，创造出巨大价值。
该研究创新点在于：①通过一步式三组分反应快速合成了包括1000多种化合物的大型脂质库，②突破第三代mRNA递送系统的局限，可在递送mRNA的同时激活STING信号通路的活化，发挥生物学活性。为了解决mRNA疫苗传递困难这个难题，作者对传统的脂质纳米粒进行了改造。我们知道脂质纳米粒的设计需要双亲性的化合物。作者设计了以异氰化物介导的一步法三组分反应（3-CR），以同时偶联伯或仲胺、酮和异氰化物或异氰化物衍生物。合成出的脂质结构由烷基和亚烷基酮作为尾部，异氰酸酯基作为连接部和胺基作为头组成。使用这种方法一天可完成该库的合成，共1080种材料。
合成后，在每种化合物中分别加入磷脂酰乙醇胺，C14-PEG2000，胆固醇合成脂质纳米粒递送系统。为了评估递送系统的效率，作者将荧光素酶mRNA载到LNP中并比较细胞系中荧光素酶蛋白的表达。结果表明，两种合成物A2-Iso5-2DC18和A12-Iso5-2DC18在BMDC，BMDM和HeLa三种细胞中的递送效率相似，都是最有效的递送系统。体内实验结果与体外一致。由此可以看出-Iso5-2DC18可作为LNP的最佳亚结构。
接着作者分别使用A2和A12的mLuc LNP皮下注射，结果发现虽然它们在局部淋巴结和抗原呈递细胞中表现出相似的递送功效，只有A2mLuc LNP可以诱导出强烈的肿瘤免疫反应。由此可以看出两种不同头部的合成物影响了递送系统的免疫原性。为了验证这种头部对递送系统的影响，作者重新合成了5种类似A2杂环和4种类似A12线性的化合物。通过比较mOVA疫苗接种后IFN-γ的表达显示类似A2杂环的化合物更能促进IFN-γ的分泌，其中A18或A21杂环结构的化合物可显著提高递送效率，诱导强烈的抗原表达。
那么这种杂环结构是如何激活免疫反应的呢？作者检测了几种常见的信号通路，结果发现STING 信号通路对其激活免疫有很大的影响。同时作者比较了A18或A21杂环结构的化合物与STING蛋白的亲和力发现A18结合更加紧密，所以将A18-Iso5-2DC18鉴定为最佳环状脂类。最后作者通过一系列体内实验和毒性检测证明了这种LNP系统可以诱导强烈的适应性免疫应答，并且是安全有效的。
总结这篇文章，作者先是通过一步式三组分反应快速合成了脂质库，再通过细胞实验找到最佳的递送脂质。环状与线性头部LNP在动物实验中的差异让作者需要继续寻找具体的信号通路，最终发现环状脂质A18-Iso5-2DC18通过STING激活免疫应答，显著增强mRNA疫苗。
关注后获取《科研修炼手册》1、2、3、4、5、6、7、8、9、10