两年前，新冠病毒席卷全球，随之“疫苗”这一关键词成为全民关注的焦点，各类创新技术也纷纷助力疫苗的开发。其中，mRNA作为未来最具潜力的疫苗，一鸣惊人，其未来主要发展方向不仅在于常见的预防性疫苗，还包括前景看好的治疗性疫苗。现阶段，mRNA疫苗已发展成为新冠疫苗的领跑者。
相比于传统疫苗需要通过将病原微生物及其代谢产物通过人工灭毒﹑减活﹑基因工程的方法制成的繁杂工序，mRNA疫苗结构简单、可人工批量合成，并且可以在研发阶段进行高通量筛选，大大节省研发时间。而且相较于DNA疫苗，mRNA疫苗没有导入外源基因的遗传风险，疫苗特异性更强，可以用于精准化和个性化治疗，一次可呈递多种抗原。全球已经有多家企业正在进行mRNA疫苗的研发，其中Moderna、BioNTech、CuerVac被称为“mRNA国际领先三巨头”，都有多个产品研发管线正在推进中。国内多家公司也在开发新冠mRNA疫苗中，包括复星医药、艾博生物、沃森生物、斯微生物、丽凡达、军科院、深信生物、蓝鹊生物、瑞吉生物、厚村纳米、美诺恒康等企业，但目前均处于起步阶段，暂未有产品获批上市，这一市场仍处于空白状态。
mRNA疫苗的制备过程通常包括合成、修饰和递送等步骤。制备安全、高效及质量可靠的mRNA疫苗，目前主要面临两个难点：一是合成与纯化有足够蛋白表达量的mRNA，二是mRNA在体内的有效靶向递送。目前常用的脂质体主要包括脂质体纳米粒（LNP）、阳离子脂质体复合物（LP）、脂质体聚合物（LPR）、阳离子纳米乳（CNE）等。作为mRNA药物的核心技术与门槛之一，先进制剂和递送方案的技术较量，从mRNA药物出现至今仍然方兴未艾。
解决mRNA在组织液中的不稳定性问题，实现生产工艺的稳定一致性，达到工业化产出，降低生产成本是mRNA疫苗合成的主要壁垒。以DNA为模板，酶法转录生产mRNA是目前比较成熟的合成方法。体外转录mRNA利用DNA模板及包括T7、T3或Sp6噬菌体聚合酶在内的RNA聚合酶来制备具有蛋白质编码功能的开放阅读框，包含一个5’端的“帽子（cap）”结构、一条多聚A（poly A）“尾巴（tail）”和一段未翻译区。这段未翻译区目的在于提高复合物在转录时的稳定性以发挥较为成熟的转录组装作用。近年来，商业提纯试剂盒的使用，也使得mRNA合成的质量和产量都得到了较大的提高。
mRNA修饰能够直接或间接地影响其在体内激发的免疫应答，其中5’和3’UTR（untranslated region）区域的序列对于提高mRNA稳定性和蛋白表达至关重要。mRNA修饰是mRNA疫苗的重要技术体现，对mRNA疫苗的稳定性和在临床中发挥治疗作用有着重要的影响。
目前已形成了多种mRNA修饰技术，包括：（1）合成“帽子”类似结构和“加帽酶（capping enzymes）”来稳定mRNA；（2）在5’和3’UTR区域增加可调控序列，稳定mRNA；（3）修饰多聚A“尾巴”，稳定mRNA，增强蛋白质翻译；（4）修饰核苷酸，减少先天免疫激活；（5）分离和（或）纯化技术：利用RNase Ⅲ处理和快速蛋白液相色谱（FPLC）纯化，降低免疫激活并提高翻译率；（6）优化序列和密码子，选择与tRNA同源的密码子，提高翻译率；（7）靶细胞的调节：翻译起始因子和其他方法的共同递送，优化翻译和免疫原性。图4 mRNA 修饰途径方法（来源参考3）
裸mRNA在体内递送几乎是不可能的，有效的体内mRNA递送是mRNA疫苗实现效用的关键性要素。外源mRNA必须穿透脂质膜的屏障，才能进入细胞质，进而被成功翻译成功能性蛋白质。最初，科学家直接将裸露的mRNA（naked mRNA）注射入人体内，其具备一定激发免疫的能力，但很容易被胞外核糖核酸酶催化部分降解，不能有效内化。现在科学家们已开发出了多种递送载体，用于促进mRNA的细胞摄取和并保护其免于降解。常用的载体包括树突状细胞（dendritic cell, DC）、鱼精蛋白（protamine）、多糖颗粒（polysaccharide particle）、阳离子脂质体（cationic lipid）等等。其中，脂质体纳米颗粒（LNPs）是目前临床上最先进的mRNA递送载体。今年6月前，所有开发中或已获批的新冠mRNA疫苗均使用LNPs递送。其优点有：易于配方、模块化、生物相容性以及较大的有效载荷能力。
mRNA技术虽然在疾病治疗方面具有很大潜力和优势，但与其他成熟的药物治疗形式相比，要真正走上应用仍面临诸多挑战。欧美国家针对mRNA药物的研究已进入爆发式增长的阶段，但中国在这一领域才刚刚起步。目前，全球领先的mRNA疫苗企业已经储备和布局了大量的相关专利，仅Moderna公司就申请了几百件专利，在疫苗自扩增、RNA修饰，以及包裹RNA的脂质颗粒等方面都有大量申请。从技术与知识产权的角度来看，mRNA疫苗正在逐渐发展为“卡脖子”技术，先行者进行的专利布局越密集，留给跟随者的机会就越少。疫苗行业增长的推动力主要来自各国政府、国际组织对新型疫苗的开发支持、民众对接种疫苗需求的日益增加以及制药企业的创新研发。由于研发周期长、资金投入多，生产技术要求高、审批销售环节监管严等，疫苗行业存在较高进入壁垒，呈现出高度的行业集中，市场以新品种为主要增长点。疫苗行业目前仍存在巨大的市场空间，在多方推动下，未来mRNA 疫苗有望开启新一轮成长通道，带来新的增量。佰傲谷作为生物医药知识聚合社区，将联合华东理工大学等单位，汇聚世界各地生物医药行业学术界和工业界的大牛，分享生物工艺研发、放大、质量和分析等方面的最新研究，共谋产业化发展之路。经过两年的沉淀，Bio-ONE 2021第三届生物工艺产业年度峰会将于2021年11月13-14日在上海隆重起航！请加入我们，聆听这些激动人心的报告！
截止目前，已有70+权威大咖，60+知名展商，1000+行业同仁、50+行业媒体，已确认加盟本次大会。
1. https://www.nature.com/articles/s41541-020-0159-8＃Fig12. https://www.nature.com/articles/s41573-021-00283-53. doi：10.1016/j.cell.2018.06.0464. 姚恒美. mRNA疫苗发展态势研究[J]. 竞争情报,2021,17(04):52-61.6. Kim J, Eygeris Y, Gupta M, Sahay G. Self-assembled mRNA vaccines. Adv Drug Deliv Rev. 2021 Mar;170:83-112.7. 其他
点击“阅读原文”，了解更多