下一代mRNA疫苗技术创新

2021
04/14

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BiG生物创新社
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来自人类癌症和传染病mRNA疫苗试验的数据令人鼓舞,但是同样还有许多地方需要深入研究。


过去几年在mRNA疫苗领域取得了极其重要的进展,并为这种新型疫苗模式的可行性提供了证据。

mRNA疫苗技术最重要的创新在于:mRNA序列设计;开发简单、快速和大规模生产mRNA的方法;以及开发高效、安全的mRNA疫苗递送材料,本文从上述三个角度切入。


mRNA序列设计  



考虑到mRNA的5'和3'非翻译区 (UTRs) 可以显著影响转录物的翻译率和半衰期,优化UTRs对于mRNA疫苗设计非常重要。

最近的一项研究使用了一种基于细胞培养的系统选择过程来识别新的UTRs,它显著增加了IVT mRNA的蛋白质表达。 研究鉴定了几个3’UTR序列,与人类β-珠蛋白3’UTR的相比,这些序列可以诱导相关转录物产生大约3倍的蛋白质。

新的3'UTR基序在mRNA疫苗接种和基因重编程研究中得到验证,与β-珠蛋白3'UTR的mRNA相比,它们诱导了更有效的治疗效果。

此外,最近报道了一种有趣的新疫苗形式,在没有递送材料的情况下显示出巨大的效力。该方法利用编码α病毒RNA依赖性RNA聚合酶的mRNA加上编码抗原的第二个mRNA,使其在细胞质中能够复制。

这种系统可以在非常低的剂量 (50ng) 就有效地诱导小鼠的保护性免疫反应。这些发现特别有吸引力,因为低剂量的使用降低了疫苗生产的成本。无递送材料进一步降低了成本,简化了制造,并且提高了疫苗冻干和在环境温度下储存的可能性。


 
mRNA生产的优化  
 


开发快速、简单、大规模和廉价生产高质量mRNA的方法是未来实施mRNA疫苗的关键要求。最近的两项创新技术在这方面取得了进展:第一个是一种称为CleanCap@的共转录封盖技术,在IVT过程中向特定的转录起始序列添加了一个天然的5'cap1结构。

这一进展意义重大,因为以前的研究方案使用酶促法,在制造过程中增加了额外的反应组分和纯化步骤,而当IVT mRNA制备含有dsRNA污染物时,会产生先天性免疫激活。

第二项创新为高效液相色谱纯化提供了一种有吸引力的替代方法,可用于实验室和工业规模化生产。这是一种通过将双链RNA污染物吸附到纤维素 (一种廉价且丰富的多糖) 来纯化mRNA的简单方法。

研究证明,这种高度可扩展且廉价的方法与高效液相色谱法一样有效地去除IVT mRNA样本中的dsRNA污染物。



 
 

 

高效体内mRNA递送材料的研制



聚合物


一种新型的含脂聚合物,称为电荷改变可释放转运体 (CARTs) ,它能有效地靶向T细胞,并有效清除小鼠体内已建立的肿瘤。

操纵T细胞是非常困难的,通常需要体外操作 (从供体获得的T细胞纯化、核酸电穿孔、扩增和再融合) ,因此,CART是一种极具吸引力的传递材料,在mRNA疫苗和基因治疗领域具有巨大潜力。

另外一种由脂质锚定聚乙二醇 (PEG) 和抗原编码、自我扩增mRNA组成的支链多胺基聚合物,称为树枝状聚合物。单次肌注可在小鼠中诱导对寨卡、埃博拉、流感病毒和弓形虫的抗原特异性CD8+T细胞反应和中和抗体。




细胞穿透肽 (CPPs) 很少用于mRNA疫苗,但最近在这方面有一些进展:人们开发了含有两亲性Arg-Ala-Leu-Ala基序的CPP,将mRNA凝聚成能破坏和穿透膜的颗粒,并在免疫小鼠后显示出强大的杀伤性T细胞反应。



脂质纳米颗粒


脂质纳米颗粒 (LNPs) 是目前应用最广泛的mRNA载体材料,目前正在进行几种使用mRNA LNP的临床试验 (NCT03076385和NCT0334343)

在这些试验中,核苷修饰的mRNA-LNP流感疫苗在受试者中诱导了体液免疫反应,疫苗的安全性与流感灭活疫苗相当。与临床前研究相比,免疫反应的程度和耐久性都相对较小,需要改进。

值得注意的是,上述临床试验是在几年前开始的,目前已有更有效的LNP制剂。与基于聚合物的CART平台类似,mRNA-LNPs也实现了选择性T细胞靶向。

一种新的平台,称为ASSET (锚定二级靶向单链抗体) ,其中T细胞特异性单克隆抗体与LNP相连,以靶向T细胞。这种灵活的平台在mRNA疫苗和其他应用方面也有很大的潜力。

另外一种脂质复合物在全身给药后优先靶向树突状细胞。用mRNA疫苗选择性靶向DC以诱导强烈的免疫反应是一个潜在的关键发现,该平台已经在临床试验中证明了其前景。

— 小结 —  


来自人类癌症和传染病mRNA疫苗试验的数据令人鼓舞,但是同样还有许多地方需要深入研究,包括减少疫苗注射后的不良反应,以及更全面地了解各种mRNA疫苗类型的作用机制,以进一步地优化mRNA疫苗技术。


参考文献:
1.Recent advances in mRNA vaccine technology. Curr Opin Immunol. 2020 Aug;65:14-20.

— THE END —


本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
技术创新,mRNA,聚合物,疫苗,细胞,材料,流感

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