除了縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和高效（至少對(duì)于COVID是這樣的），將mRNA用于預(yù)防性和治療性疫苗還有其他優(yōu)勢(shì)。第一是安全性特征，其中包括抗原通常僅表達(dá)幾天，并且可以通過(guò)mRNA的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。mRNA疫苗也比減毒疫苗和載體疫苗更可控。第二與基于DNA的方法不同，mRNA疫苗不需要進(jìn)入細(xì)胞核，因此基因組整合和誘變的風(fēng)險(xiǎn)較小。最后，mRNA疫苗提供了細(xì)胞和抗體免疫反應(yīng)的穩(wěn)定開(kāi)展，這些是可以通過(guò)mRNA的設(shè)計(jì)、遞送方法的選擇或其他方法在兩者之間有所轉(zhuǎn)變。

mRNA疫苗的生產(chǎn)方法也有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閙RNA合成是基于無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中成熟的體外轉(zhuǎn)錄過(guò)程。無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)有助于降低成本、時(shí)間和簡(jiǎn)化制造工藝。需要注意的是，用作mRNA疫苗模板的pDNA確實(shí)需要基于細(xì)胞培養(yǎng)步驟，但這不是一個(gè)成本高昂或耗時(shí)的步驟。此外，mRNA具有靈活性，因?yàn)橥ǔ？梢栽诓伙@著改變生產(chǎn)過(guò)程的情況下制造變體疫苗或多價(jià)疫苗。

盡管如此，還是有一些地方需要改進(jìn)。

由于mRNA帶電負(fù)電荷，mRNA難以進(jìn)入細(xì)胞，并且會(huì)被核酸酶（如RNase）迅速降解。這可以通過(guò)脂質(zhì)納米顆粒(LNP)封裝（已用于當(dāng)前基于mRNA的新冠疫苗）、修飾、堿基替換、mRNA設(shè)計(jì)或其他方法在一定程度上得以緩解?；蛘?，可以采用物理方法，例如電穿孔，這種方法在體外給藥的治療性癌癥疫苗中獲得了吸引力，但其效率不高。

此外，疫苗的分發(fā)是一個(gè)問(wèn)題，目前mRNA疫苗需要冷凍儲(chǔ)存。其替代方法，如凍干正在研究中。因此，mRNA療法是一種令人興奮的新興治療方式，但仍有一些領(lǐng)域需要改進(jìn)和完善，例如制造、管理和供應(yīng)鏈方面。

從制造的角度來(lái)看，存在許多挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)重組蛋白相比，mRNA處理的主要挑戰(zhàn)之一是缺乏適合相對(duì)較小體積和較大尺寸mRNA的專(zhuān)用設(shè)備和耗材。在提高可擴(kuò)展性和工藝一致性的許多步驟中，技術(shù)開(kāi)發(fā)也有改進(jìn)的空間。

基于RNA療法的趨勢(shì)

1990年，在將裸露的mRNA注射到小鼠骨骼肌后觀(guān)察到一種蛋白質(zhì)的體內(nèi)表達(dá)后，mRNA疫苗的潛力得到了科學(xué)界的關(guān)注。從那時(shí)起，該行業(yè)迅速發(fā)展壯大。今天，已經(jīng)啟動(dòng)了140多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，這些試驗(yàn)使用mRNA來(lái)解決各種疾病，如傳染病、癌癥和各種其他可能的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前正在開(kāi)發(fā)的兩種形式的mRNA結(jié)構(gòu)：常規(guī)的非復(fù)制mRNA和自擴(kuò)增mRNA。非復(fù)制型mRNA疫苗具有傳統(tǒng)的mRNA形式，不具有內(nèi)置于mRNA序列中的復(fù)制能力?？乖蛄械膬蓚?cè)是非翻譯(UTR)區(qū)域、3'多聚(A)尾和5'帽。帽、UTR、ORF和尾部可以定制設(shè)計(jì)為上調(diào)或下調(diào)表達(dá)水平，或調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。修飾的核苷酸，如假尿苷和5-甲基胞苷，可用于減少不良的先天免疫系統(tǒng)反應(yīng)并提高翻譯效率。因此，臨床反應(yīng)的許多方面可以簡(jiǎn)單地通過(guò)mRNA的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

非復(fù)制性mRNA疫苗本質(zhì)上是短暫的，通常表達(dá)抗原數(shù)小時(shí)或數(shù)天（輝瑞和現(xiàn)代疫苗的細(xì)胞半衰期估計(jì)為8-10小時(shí)）。對(duì)于某些應(yīng)用，這可能是有益的，但是對(duì)于其他應(yīng)用，例如系統(tǒng)性蛋白質(zhì)療法，蛋白質(zhì)的擴(kuò)展表達(dá)將是有益的。

自擴(kuò)增mRNA(saRNA)方法正在開(kāi)發(fā)中，使mRNA能夠復(fù)制。反過(guò)來(lái)，這可以將表達(dá)窗口延長(zhǎng)至數(shù)周。通常，saRNA是基于添加順式或反式構(gòu)型的病毒復(fù)制酶基因，這些基因來(lái)自甲病毒、黃病毒或小核糖核酸病毒。這些策略可以提高表達(dá)水平或?qū)RNA劑量需求降低10-100倍。自我復(fù)制的mRNA可能會(huì)在許多應(yīng)用中擴(kuò)展mRNA技術(shù)，同時(shí)降低制造需求。有許多mRNA技術(shù)領(lǐng)域正在開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，而mRNA設(shè)計(jì)和優(yōu)化是當(dāng)前努力的重要方面。

除了mRNA之外，還有其他RNA療法正在開(kāi)發(fā)中或已經(jīng)獲得批準(zhǔn)。其中包括改變基因表達(dá)的反義寡核苷酸；小干擾RNA(siRNA)，它也通過(guò)不同的機(jī)制改變基因表達(dá)；適配體可以結(jié)合其他配體，包括RNA、引導(dǎo)RNA，用于CRISPR靶向設(shè)計(jì)和其他功能性RNA。這些RNA療法與mRNA疫苗共享重疊技術(shù)。一個(gè)例子是使用LNP技術(shù)的經(jīng)批準(zhǔn)的siRNA治療劑Onpattro。因此，除了mRNA疫苗外，整個(gè)RNA治療領(lǐng)域正在迅速發(fā)展。

基于不同類(lèi)型的mRNA療法

COVID疫苗是傳染病的預(yù)防性疫苗除了葡萄球菌和結(jié)核病等細(xì)菌感染外，還有許多其他預(yù)防性疫苗正在開(kāi)發(fā)中，包括流感、寨卡病毒、登革熱、狂犬病、委內(nèi)瑞拉馬腦炎。獨(dú)特的方法包括表達(dá)基孔肯雅病毒的中和單克隆抗體。

mRNA疫苗作為癌癥的治療方法也獲得了關(guān)注。mRNA可用于引發(fā)對(duì)突變癌基因或調(diào)節(jié)性癌癥基因（如p53）的免疫反應(yīng)，這些基因在治療廣泛性癌癥治療方法中在許多癌癥中共有。

其他治療癌癥的方法包括個(gè)性化治療，即針對(duì)個(gè)人癌癥突變開(kāi)發(fā)疫苗。在這方面，患者的突變組將通過(guò)下一代序列進(jìn)行識(shí)別，并將開(kāi)發(fā)一些針對(duì)個(gè)體特定新抗原的定制mRNA疫苗。治療性癌癥疫苗的開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速，已完成70多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)2-3年內(nèi)還會(huì)有更多結(jié)果。許多技術(shù)正在評(píng)估中，包括通過(guò)mRNA的離體電穿孔直接刺激抗原呈遞細(xì)胞(APC)。其他方法包括直接腫瘤內(nèi)注射、全身方法和靶向器官方法。目前，超過(guò)50%的使用mRNA的臨床試驗(yàn)專(zhuān)注于治療黑色素瘤、前列腺癌和腦癌。因此，盡管針對(duì)特定器官、組織和細(xì)胞的LNP靶向特定器官、組織和細(xì)胞仍在研究中，但mRNA疫苗的許多應(yīng)用處于從概念到臨床試驗(yàn)的不同開(kāi)發(fā)階段。

mRNA生產(chǎn)規(guī)模和制造瓶頸

制造所需的mRNA規(guī)模因適應(yīng)癥、方法的效力、市場(chǎng)需求和其他因素而異。定制的、個(gè)性化的工藝可能只需要生產(chǎn)毫克量的mRNA。全球需求可能需要更多的mRNA生產(chǎn)能力。例如，目前的輝瑞和Moderna COVID疫苗分別含有30和100微克的非復(fù)制mRNA。在這種情況下，10億劑的疫苗生產(chǎn)將需要生產(chǎn)30-100公斤高度純化的cGMP mRNA，最好能夠在至少幾克的生產(chǎn)批次中予以解決。

當(dāng)前mRNA制造中最常見(jiàn)的瓶頸之一是規(guī)模化。由于COVID產(chǎn)品已達(dá)到數(shù)十億劑的規(guī)模，因此肯定需要更大規(guī)模的生產(chǎn)技術(shù)。我們看到供應(yīng)商可以定制完整的解決方案并將其交付給客戶(hù)的解決方案。這些解決方案已經(jīng)為mAb應(yīng)用以及質(zhì)粒和病毒載體開(kāi)發(fā)和交付。然而，小規(guī)模的cGMP生產(chǎn)也需要改進(jìn)，因?yàn)槟壳按蟛糠衷O(shè)備都是從生物技術(shù)行業(yè)改造而來(lái)的，專(zhuān)為比mRNA所需的生產(chǎn)規(guī)模大得多的生產(chǎn)規(guī)模而設(shè)計(jì)。該行業(yè)可以受益于專(zhuān)為mRNA cGMP制造而設(shè)計(jì)的設(shè)備，包括更小規(guī)模的設(shè)備。

mRNA的上游制造工藝相當(dāng)成熟。體外合成mRNA所需的cGMP質(zhì)粒、聚合酶和酶是可用的，但可能很昂貴。Poly A尾部可以通過(guò)包含在模板中或通過(guò)使用酶來(lái)創(chuàng)建。有高效、共合成、封蓋選項(xiàng)，或者也可以通過(guò)高效酶處理進(jìn)行。由于無(wú)細(xì)胞性質(zhì)，mRNA疫苗有可能比其他疫苗方法成本更低，但目前它們的生產(chǎn)成本更高。為了改善整體成本狀況，需要降低GMP試劑、封端試劑、專(zhuān)有LNP組件和其他專(zhuān)有組件的成本。在mRNA過(guò)程中用作起始模板的質(zhì)粒的容量限制也是該應(yīng)用領(lǐng)域與不斷增長(zhǎng)的病毒載體領(lǐng)域共同面臨的挑戰(zhàn)。此外，制造企業(yè)正在尋找消除這一瓶頸的方法，圍繞質(zhì)粒生產(chǎn)的無(wú)細(xì)胞工藝的新技術(shù)可能會(huì)改善這一初始工藝步驟。

然而，下游制造工藝液需要改進(jìn)。高效翻譯和減少不良免疫反應(yīng)需要高純度的mRNA。存在多種雜質(zhì)，包括酶、核苷酸、質(zhì)粒模板和異常RNA種類(lèi)以及其他目前需要多步純化過(guò)程的雜質(zhì)。這些多步驟過(guò)程多種多樣，并處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。可以使用諸如沉淀、親和寡聚dT、有或沒(méi)有纖維素的離子對(duì)色譜(IPC)、離子交換、切向流過(guò)濾(TFF) 等技術(shù)。因此，替代純化配體和精制純化方法將極大地有益于該行業(yè)。

雖然mRNA生產(chǎn)肯定適合標(biāo)準(zhǔn)化和平臺(tái)化，正如單克隆治療行業(yè)所發(fā)生的那樣，但當(dāng)前的大部分生產(chǎn)是使用適合用途的設(shè)備分多個(gè)步驟進(jìn)行的。其他方面，如一次性物品和連續(xù)加工策略，將有利于這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

mRNA技術(shù)的速度和潛在成本收益使其成為個(gè)性化醫(yī)療的一項(xiàng)技術(shù)。疫苗是針對(duì)一個(gè)人的個(gè)體癌癥突變開(kāi)發(fā)的。許多公司正在為此開(kāi)發(fā)集成系統(tǒng)mRNA處理解決方案。盡管該過(guò)程中的許多步驟是相同的，但由于規(guī)模和成本，還有許多額外的挑戰(zhàn)。但是我們正在監(jiān)控并為該領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，該領(lǐng)域在幾年內(nèi)就可以達(dá)到商業(yè)階段。

最后，需要對(duì)過(guò)程科學(xué)有更深入的了解。例如，LNP通常是在使用微流體裝置的快速混合過(guò)程中形成的，這更像是一門(mén)藝術(shù)，而不是已建立的方法。更好地了解LNP成分的影響，以及它們對(duì)LNP穩(wěn)定性、遞送、效率、免疫反應(yīng)和最終患者結(jié)果的影響，將使該行業(yè)受益。LNP和其他遞送技術(shù)的優(yōu)化是決定治療最終成敗的關(guān)鍵屬性。

封裝和傳遞技術(shù)

納米結(jié)構(gòu)的使用，如LNP，在mRNA治療中很常見(jiàn)，因?yàn)樗鼈兺ǔ１嚷鉳RNA提供更高的效率，并允許多種給藥途徑。納米結(jié)構(gòu)技術(shù)的一個(gè)挑戰(zhàn)是它本質(zhì)上很復(fù)雜，它涉及許多潛在的成分，具有許多可能的臨床結(jié)果。對(duì)這方面的認(rèn)識(shí)不完全。納米結(jié)構(gòu)特性對(duì)臨床結(jié)果至關(guān)重要，包括：核酸保護(hù)、細(xì)胞內(nèi)RNA的受控釋放、細(xì)胞和組織選擇性、翻譯效率、毒性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等。

納米結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它們可能由多種成分組成，例如常見(jiàn)的脂質(zhì)、聚合物（PEG、PEI、聚賴(lài)氨酸等）、蛋白質(zhì)、膽固醇或定制的專(zhuān)有成分，例如可電離的脂質(zhì)。通常使用綴合物，例如PEG-脂質(zhì)。這些中的每一個(gè)都會(huì)對(duì)其屬性產(chǎn)生巨大的影響。例如，聚合物含量可以控制粒徑并影響效率和細(xì)胞趨向性。結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，如膽固醇，會(huì)影響顆粒穩(wěn)定性。如果混合不正確，可能會(huì)形成沒(méi)有有效載荷的空納米粒子。因此，納米結(jié)構(gòu)的組成和形成對(duì)于所需的臨床效果至關(guān)重要。目前，LNP是許多系統(tǒng)的著陸非病毒遞送系統(tǒng)，包括基因治療。

還有其他交付方式正在研究和開(kāi)發(fā)中。外泌體被認(rèn)為使用受體，并且可以提供更有效的攝取、更高的特異性和更少的副作用。這是一個(gè)很有前途的早期研究領(lǐng)域。其他領(lǐng)域包括共軛RNA，例如GalNac-siRNA，它已被證明可以靶向肝臟肝細(xì)胞。同樣，GALA肽綴合的mRNA已被證明可以提高APC的攝取。還有其他方法正在評(píng)估中，以提高目標(biāo)特異性或改善細(xì)胞攝取。

已通過(guò)直接注射到腫瘤或其他方法對(duì)裸mRNA進(jìn)行癌癥治療進(jìn)行了評(píng)估。通常認(rèn)為裸RNA比其他方法效率低，但其優(yōu)點(diǎn)是易于制備，因?yàn)樗恍枰彌_液。在某些應(yīng)用中，裸mRNA的內(nèi)在高免疫原性可以通過(guò)增強(qiáng)佐劑活性提供益處。

mRNA行業(yè)前景

隨著COVID-19流行的到來(lái)，預(yù)防性疫苗的mRNA因其迫切需要而成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。這些疫苗通過(guò)其快速的開(kāi)發(fā)時(shí)間和高效性證明了mRNA療法的前景。

盡管COVID疫苗引人注目，但迄今為止，大多數(shù)mRNA疫苗都專(zhuān)注于癌癥治療，迄今為止已有數(shù)十項(xiàng)完整或正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)。在接下來(lái)的2到4年內(nèi)，這些試驗(yàn)中的許多應(yīng)該會(huì)完成。其中許多是個(gè)性化治療性癌癥疫苗。該領(lǐng)域的有希望的結(jié)果可以進(jìn)一步推動(dòng)mRNA行業(yè)的發(fā)展。

此外，在不同領(lǐng)域的早期開(kāi)發(fā)中有許多治療方法，如果成功，將產(chǎn)生重大影響。mRNA療法的成功可能會(huì)在未來(lái)取代效果較差的治療方法，例如流感疫苗、結(jié)核病疫苗或其他應(yīng)用。

總結(jié)

mRNA療法是一個(gè)正在快速發(fā)展和擴(kuò)張的新興領(lǐng)域。有許多開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用程序數(shù)量太多，無(wú)法在這份簡(jiǎn)短的文章中詳細(xì)介紹。由于其在靈活性、成本和開(kāi)發(fā)速度方面的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)為傳染病和個(gè)性化藥物提供了巨大的好處和潛力。當(dāng)然，要充分發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)的潛力，仍然需要克服挑戰(zhàn)，包括缺乏擴(kuò)大mRNA過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)、感知的監(jiān)管不確定性和靶向遞送技術(shù)。COVID-19流行證明了mRNA療法的前景，這個(gè)新興行業(yè)的前景一片光明。

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