mRNA是一種很有吸引力的疫苗方式，它在抗原設計上的靈活性以及開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的速度，使得mRNA疫苗成為一種極為重要且經(jīng)濟效益巨大的干預手段。2020年的新冠疫情使得mRNA疫苗和藥物受到全球范圍內的廣泛關(guān)注，Moderna和Pfizer/BioNTech迅速開(kāi)發(fā)出非常有效的核苷修飾mRNA-LNP疫苗，采用LNP作為運輸載體，并帶動(dòng)了mRNA領(lǐng)域研究的蓬勃發(fā)展。
圖1：多款新冠 mRNA 疫苗采用LNP
【來(lái)源：International Journal of Pharmaceutics，國金證券研究所】
小德在往期的文章“冷凍干燥技術(shù)助力新型mRNA疫苗研發(fā)與生產(chǎn)”中介紹了mRNA疫苗的研發(fā)與生產(chǎn)，今天帶大家了解一下mRNA疫苗的遞送技術(shù)LNP。
遞送mRNA頗為有效的常用載體—LNP
mRNA分子量大、親水性強，但自身的單鏈結構極不穩定，易被降解。mRNA的有限壽命使細胞能夠快速改變蛋白質(zhì)合成以響應其不斷變化的需求，卻難以滿(mǎn)足成藥性的要求。加上mRNA分子本身攜帶負電荷，難以穿過(guò)表面同為負電荷的細胞膜，所以需要特殊的修飾或包裹遞送系統才能實(shí)現mRNA藥物的胞內表達，因此，遞送技術(shù)是mRNA公司的核心技術(shù)之一。
遞送mRNA疫苗的手段有物理方法、病毒載體方法和非病毒載體方法。脂質(zhì)體及其衍生物已成為目前遞送mRNA頗為有效的非病毒載體。用于遞送mRNA疫苗的脂質(zhì)載體主要分為以下幾種：脂質(zhì)體復合物（LP），脂質(zhì)體聚合物（LPR），脂質(zhì)體納米粒（LNP），陽(yáng)離子納米乳（CNE）。
脂質(zhì)體納米粒（LNP）是mRNA藥物常用的載體。LNP是一種多組分系統，通常由可電離脂質(zhì)或陽(yáng)離子類(lèi)脂質(zhì)化合物、輔助脂質(zhì)、膽固醇、保護劑聚乙二醇-脂質(zhì)共軛物組成。其作用是確保長(cháng)鏈核酸分子的壓實(shí)，保護其在細胞外酶的作用下不降解，并提供由于內吞作用（吞噬作用或胞吞作用），而將納米顆粒轉運到細胞中，隨后將mRNA從內體（吞噬體）釋放到細胞質(zhì)中，用于翻譯和表達具有免疫原性表位的蛋白質(zhì)。
圖2：LNP結構組成
【來(lái)源：Science】
每種LNP都由4種輔料構成，包括可電離脂質(zhì)（與mRNA結合，將其電荷由負電荷轉化為電中性，同時(shí)限制顆粒毒性）；另3種脂質(zhì)可以維持粒子的結構并提高穩定性。
用LNP將mRNA包封，從而保護LNP中的mRNA，還可解決mRNA疫苗穩定性差的問(wèn)題。為了疫苗能有效地在全球范圍內進(jìn)行流通，我們期望mRNA-LNP疫苗能夠在冷藏溫度（2-8°C）或更高的溫度下有足夠長(cháng)的有效期。目前，公開(kāi)資料中幾乎沒(méi)有關(guān)于mRNA-LNP 制劑長(cháng)期儲存穩定性數據。Moderna和BioNTech/輝瑞的新冠疫苗分別需要在-15~-25℃和-60~-90℃儲存。mRNA-LNP 需要冷凍儲存，對疫苗在全球運輸、儲存和流通是個(gè)極大的挑戰。當前迫切需要研發(fā)出性質(zhì)更加穩定不需要冷凍儲存的mRNA-LNP疫苗。
賓夕法尼亞大學(xué)與德國BioNTech學(xué)者共同在Molecular Therapy發(fā)表過(guò)一篇文章：Lyophilization provides long-term stability for a lipid nanoparticle-formulated, nucleoside-modified mRNA vaccine。
圖3：Molecular Therapy研究文章
用SP Scientific VirTis Genesis 35L Pilot Lyophilizer凍干機（見(jiàn)圖4），對脂質(zhì)納米顆粒為載體的修飾核苷酸mRNA疫苗進(jìn)行了穩定性研究。研究發(fā)現核苷酸修飾mRNA-LNP疫苗室溫儲存12周和4℃儲存至少24周物理化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有顯著(zhù)變化。小鼠研究中表明，螢火蟲(chóng)熒光素編碼的凍干劑型mRNA-LNP依舊可以高水平表達，在室溫儲存12周或4℃儲存至少24周后，未觀(guān)察到編碼HA的mRNA-LNP疫苗的免疫原性降低。
該研究為克服核苷修飾mRNA-LNP疫苗的長(cháng)期儲存難題提供了一個(gè)潛在的解決方案。
圖4：SP ScientificVirTisGenesis35LPilotLyophilizer凍干機
瑞科吉生物的凍干劑型mRNA-LNP新冠肺炎疫苗采用LNP遞送系統，應用自主開(kāi)發(fā)的冷凍干燥技術(shù)實(shí)現了4℃和25℃條件下的制劑穩定性。該疫苗可在常規冷鏈條件下貯存與運輸，很大地提高了疫苗的可及性。研究成果已在 bioRxiv 在線(xiàn)發(fā)布，題為Lyophilized mRNA-lipid nanoparticle vaccines with long-term stability and high antigenicity against SARS-CoV-2。
若該疫苗能夠順利通過(guò)臨床成功上市，將對改變全球疫苗分發(fā)不均、新冠持續肆虐的困局起到關(guān)鍵作用。
圖5：瑞科吉生物疫苗研究成果
凍干疫苗的優(yōu)勢及工藝開(kāi)發(fā)，請移步往期文章“冷凍干燥技術(shù)助力新型mRNA疫苗研發(fā)與生產(chǎn)”。
mRNA-LNP疫苗的長(cháng)期儲存解決方案
SP Scientific 研發(fā)及生產(chǎn)型凍干機
關(guān)于mRNA-LNP疫苗的一些問(wèn)題
問(wèn)：如何準確實(shí)現凍干mRNA-LNP疫苗中關(guān)鍵配方溫度測量？
圖6：凍干顯微鏡Lyostat5及搭配使用的DSC模塊
英國Biopharma Group公司提供的凍干顯微鏡Lyostat5及可與顯微鏡搭配使用的DSC模塊，可以輕松實(shí)現配方關(guān)鍵溫度（Tc, Teu, Tg’)的測量。
問(wèn)：如何快速實(shí)現mRNA-LNP凍干工藝開(kāi)發(fā)和優(yōu)化？
SP Scientific提供的Lyostar凍干機僅需運行一個(gè)遁環(huán)即可自動(dòng)摸索和開(kāi)發(fā)凍干工藝。結合先進(jìn)的凍干PAT技術(shù)（Smart 全自動(dòng)工藝開(kāi)發(fā)技術(shù)，Controlyo晶核控制技術(shù)，TDLAS實(shí)時(shí)水蒸汽測量技術(shù)），使漫長(cháng)復雜的工藝摸索變得簡(jiǎn)單快捷有效。
圖7：Lyostar 全智能凍干工藝開(kāi)發(fā)與優(yōu)化
問(wèn)：是否有凍干mRNA-LNP疫苗的案例？
輝瑞、莫德納，阿斯利康、強生均已在使用SP Scientific Lyostar智能工藝開(kāi)發(fā)凍干機進(jìn)行新冠凍干疫苗的研發(fā)。
