打破传统LNP生产壁垒，加速 mRNA 疫苗的开发和放大生产
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随着全球疫情的继续，加快疫苗开发的需求从未如此迫切。第一批COVID-19疫苗的获批是信使 RNA (mRNA) 疗法的一个巨大里程碑，它改变了疫情的进程，并突显了该技术的快速应对潜力。虽然疫苗背后的 mRNA 技术似乎是一夜成名，但它是基于几十年的科学研究和创新，才实现合成 RNA 的安全注射。
然而，让这些高度敏感的 RNA 分子进入细胞而不被降解，同时保持安全性、效力和功效是一项重大挑战。脂质纳米颗粒 (LNP) 已经解决了许多此类问题，并且成为了使 mRNA 疫苗走向现实的关键。COVID-19 mRNA 疫苗的临床功效已得到证实，在此推动下，基于 RNA 的疫苗开发出现了爆炸性增长，同时将递送复杂多核苷酸和肽的有效药物载体—— LNP 推向了主流。
LNP相较于传统递送方式，
具有更好的安全性、效力和功效
COVID-19疫苗中使用的 LNP 由带正电荷的可电离脂质组成，这些脂质与带负电荷的 mRNA 分子发生静电相互作用。LNP 壳能够有效包封 mRNA，形成一个可抵御代谢酶的保护性屏障。LNP 与内源性低密度脂蛋白 (LDL) 相似，通过内吞作用进入靶细胞。在内含体中，对 pH 敏感的可电离脂质促进内含体逃逸，并将内载mRNA 药物释放到细胞质中。虽然 LNP 是复杂的递送系统，但它们毒性低，能够有效包封各种不同核酸药物（或多种药物），并能够设计成特异性靶向某类细胞，从而为新兴的纳米医学带来了新的机遇。
LNP的自组装过程 & 进入细胞后释放核酸药物的过程
随着全球兴趣的增长，对 LNP 的需求空前高涨。这种从小众应用到主流应用的转变增加了对生物工艺开发工作的投资，以建立可靠和强劲的生产，并考虑后续的放大性和合规性目标。随着设计质量 (QbD) 概念和实验设计 (DoE) 方法在工艺开发中获得迅猛发展，结合了垂直（向上/向下）可放大平台生产技术、预测工艺模型和自动化等优点于一身的解决方案正在提供深厚的工艺理论知识。
重要的是，需要对上游和下游步骤进行大规模评估，以获得贯穿整个生产流程的端到端工艺见解，这对于确定 工艺或分析方法的变化对产品关键质量属性 (CQA) 造成的任何差距或意外影响至关重要。对于纳米颗粒，下游配方的放大和灌封操作会对功能性和稳定性产生巨大影响。因此，关注下游因素可以决定商业化道路上的成败。
下游工艺开发对生物活性的影响
工艺开发的目标是定义和优化关键工艺参数，同时确保工艺的可放大性，以获得长期成功。基于 LNP 的纳米药物生产因其粒径和复杂性而具有挑战性，因为纳米颗粒的形态会受到下游过滤工艺的影响，从而影响最终药品的生物活性。因此，彻底了解如何混合脂质和 RNA，以稳健和可重复的方式制备纳米颗粒是成功制备和递送 LNP 的关键。
流速、温度和混合比等关键工艺参数 (CPP) 会影响所得纳米颗粒的物理化学特性。需要适当的分析和生物测定来评估工艺变量的变化如何影响纳米颗粒的性质，包括粒径、多分散系数 (PDI) 和药物包封率 (EE%)，以确认在所有开发阶段均保持了产品特性、效力和安全性，从而指导配方和工艺开发。
传统的纳米颗粒制造方法包括湍流混合工艺，含有 LNP 的有机溶剂以不受控制的方式与 RNA 的水溶液相遇。然而，不均匀的颗粒大小、不一致的包封以及不同批次之间较差的重现性对扩大规模构成了障碍。为此，我们开发出非湍流微流控混合设备以克服这些生产技术的缺点，从而提高纳米药物生产的一致性和重现性。
Precision NanoSystems (PNI) 专有的NxGen™技术，使得微流控技术可以更广泛、实用地应用于药物开发和生产，并使流速比传统的微流控设计高出数千倍，同时保持混合条件精确可控。非湍流以受控的方式，将流体流（包含溶解于有机溶剂的脂质和溶解于水性缓冲液的核酸）聚集在一起，产生溶剂极性变化并触发组装内载 RNA 的 LNP。对化学和物理环境的精确控制能够实现高度可预测、时不变(time-invariant)的混合，从而实现可靠且可重复的纳米颗粒自组装。
PNI NxGen™ 非湍流微流控技术
相较于传统微流控技术，具有诸多优点
PNI 在一系列NanoAssemblr®系统中加载了 NxGen™ 技术，支持在药物开发的所有阶段高通量制备LNP 配方，在临床前、临床和商业生产的不同阶段，满足相应法规要求。NxGen™ 技术可以实现在不同体积制备中仍保持相同混合条件，使开发人员得以在化学、制造和控制 (CMC) 研究中将后期风险因素考虑进来，从而使小规模临床前平台的模拟操作更快地转移到大规模平台。这有助于最小化技术转让过程中的变量，并减少 cGMP 生产前的工程运行次数。
当然，工艺开发通常不是线性的，可能需要在不同规模之间移动，以重新审核和优化工艺参数。NxGen™ 技术作为具备这种灵活性的可放大技术，能够实现快速高效的工艺开发，从而提供超越传统技术的显著优势。
LNP-RNA 组装后的下游工艺是切向流过滤 (TFF)，包括超滤和透析。对于纳米颗粒，透析用于将制备过程中使用的有机溶剂换成适合储存和给药的缓冲液。超滤用于将治疗剂浓缩至其最终制剂浓度。PNI 最新的开发工作旨在生产 LNP 包封的自扩增 RNA (saRNA) 新冠疫苗，这项工作强调了在放大生产过程中评估下游工艺影响的重要性。
PNI以终为始的端到端解决方案
典型案例：自扩增 RNA-LNP
新冠疫苗的开发
2020 年，Precision NanoSystems 获得了加拿大战略创新基金 (SIF) 的资助，目标是开发加拿大自主制造的新冠 saRNA 疫苗。saRNA 疫苗被视为下一代 mRNA 疫苗，因为它们具有在靶细胞内自我复制其 mRNA 的能力。这比 mRNA 疫苗具有优势，因为每剂所需的 saRNA 相当少（大约少 20 倍），这显著降低了原材料和制造负担。
两种候选的 saRNA-LNP 疫苗配方LNP-1 和 LNP-2，均使用 PNI 的 NanoAssemblr® 制造平台进行开发。这两种配方在所有生产规模中都保持了相似的 CQA，包括粒径、PDI 和包封率。然而，LNP-1 在体外表现优于 LNP-2，在体内结果相当。在转向下游 TFF 参数的优化及其对颗粒特性的影响时，发现随着生产规模的扩大，LNP-1 的粒径和 PDI 增加，而 LNP-2 的粒径和 PDI 保持稳定。此外，在存储时的稳定性方面，LNP-1 不如 LNP-2。这使得 PNI 选择 LNP-2 作为进一步开发的主要候选疫苗，（尽管 LNP-1 表现出略高的生物活性，）并强调了在放大过程中优化工艺参数的重要性。
如果没有稳定性和可放大性数据，LNP-1 可能已经取得了进展，导致一些非常不同的结果。这个警示性的例子强调了在下游工艺开发过程中需要尽职调查，以降低放大时失败的风险，而这种风险会导致商业化产品开发过程中代价高昂的延迟。可垂直放大的 NanoAssemblr® 平台极大地加快了新型 saRNA 新冠疫苗的开发，并提供了从临床前到 cGMP 生产阶段转移的灵活机制，这为针对一系列疾病开发基于 LNP 的其他纳米药物提供了路标。PNI LNP-2 先导疫苗正在接受进一步评估，以支持今年开始的 I 期临床试验，而该项目启动不到两年。
工艺开发对任何药物开发者来说都是一个挑战，mRNA 疫苗也不例外。需要进行工艺优化，以实现可持续、经济高效且稳健的生产工艺，确保最终产品的安全性和功效。像PNI NanoAssemblr® 的平台技术能够对单元操作进行小规模建模，从而预测大规模性能并加速流程优化。这样的技术具有巨大的潜力，能够加快新的 mRNA 疫苗和其他基于 LNP 的疗法的开发和商业化进程，从而确保全球为未来的大流行做好准备，并更快地为患者提供挽救生命的治疗。
PNI NanoAssemblr®平台，从科研到产业化全规模覆盖
扫码下载PNI LNP应用文章合集
资料简介：
1. 脂质纳米颗粒专题刊物合集
2. 应用说明：筛选用于mRNA 递送的脂质纳米颗粒材料
3. 应用说明：利用NanoAssemblr®平台无缝放大siRNA LNP 制备规模
4. PNI NxGen™ 技术
关于Precision NanoSystems
Precision NanoSystems是脂质纳米颗粒基因药物开发的全球领导者，提供mRNA疫苗和治疗药物相关技术、平台、试剂和服务在内的整体解决方案。我们帮助（生物）制药公司开发下一代基因药物，用于治疗传染病、癌症和罕见疾病；我们与世界领先的药物生产商合作，以了解疾病，共同开发定义药物未来的创新疗法和疫苗。
Precision NanoSystems经验证的技术可提高脂质纳米颗粒递送的基因药物的稳定性、有效性、产量和质量，降低基因药物开发的壁垒，加速从概念到临床的基因药物开发进程。
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或访问 www.precisionnanosystems.com
E.N.D
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