2020 年，在新冠疫情爆發的背景下，mRNA 技術在歷經多年發展后得到快速突破，mRNA 疫苗 95% 左右的保護率遠遠高于其它傳統疫苗，讓這項技術從實驗室全面走向臨床。同時基于 mRNA 技術的靈活性，其可以廣泛應用于疾病預防和癌癥治療等多個領域，因此在國內外的研發得到了廣泛關注。

圖 1. 疫苗研發發展簡史

國外方面，Moderna、BioNTech 和 CureVac 作為先行者，多個產品已經進入臨床。國內方面，也掀起了一股 mRNA 研發熱潮，艾博、斯微和麗凡達在新冠疫苗研發上已經先行，嘉晨西海、藍鵲生物、美諾恒康、深信生物、深圳瑞吉、厚存納米、吉瑪基因和本導基因等企業加速進入研發行列，技術的應用場景包括腫瘤疫苗、CART 療法、傳染性疾病疫苗、罕見病治療、基因編輯等多個方面。

此外復星醫藥、君實生物、康泰生物、沃森生物和天境生物等其他傳統藥物研發企業，也紛紛參與 mRNA 的產品和技術合作，藥明生物在杭州也已經建好上億劑 mRNA 疫苗產能。可見 mRNA 相關藥物研發生態圈在國內已經基本成型，有資本有產能，然而作為一項較新的技術，研發、工藝及生產方面能力還有待進一步提升，助力產品的成功轉化。

圖 2. 各類型疫苗結構特點

從 mRNA 藥物的研發來看，抗原設計、載體的構建、遞送技術和生產平臺搭建是 mRNA 藥物技術的四大核心元素。

抗原設計

抗原設計對于不同治療領域各有區別，對于細菌類的以糖蛋白為主，對于病毒類的以刺突蛋白為主，對于抗體相關的被動免疫療法，則有必要使用分開的抗原設計以解決分子量的限制問題。序列設計方面，mRNA疫苗需要選擇最接近人源性的同義密碼子，規避可能引起過敏反應的組合以保證安全性和轉譯質量，非轉譯區也會調控mRNA和蛋白質的穩定性以及表達效率。

載體的構建

載體的構建方面，5’ 的 Cap、抗原編碼區及 3’ 的 Poly A 尾巴為骨架元件，此外修飾的尿苷有助于抑制合成 mRNA 的免疫應答，從而降低毒性并改善基因的翻譯，此前 CureVac 的臨床失敗可能和使用未修飾的尿苷。此外目前第一代 mRNA 藥物均是非復制性 mRNA，在劑量方面受到較大限制，復制型 mRNA 隨著復制子元件的加入，將顯著提高基因的翻譯效率，在腫瘤治療方面發揮重要作用，是未來 mRNA 藥物重要的發展方向。此外編碼前后的非轉譯區（UTR）負責調控轉譯及蛋白表達，對mRNA的轉譯效率、半衰期和最高表達水平等有顯著影響。同時，UTR中的GC水平、U水平均會影響mRNA的免疫原性，對疫苗的安全性和能否正常產生抗原造成影響。

圖 3. mRNA 技術的四大核心元素

遞送技術

mRNA 分子量大、親水性強，但自身的單鏈結構致使其極為不穩定，易被降解，自身攜帶負電荷，穿過表面同為負電荷的細胞膜遞送亦是難題，所以需要特殊的修飾或包裹遞送系統才能實現 mRNA 的胞內表達，改變 mRNA 胞內的生物分布、細胞靶向和攝取機制，促進 mRNA 的遞送，發揮疫苗的效果，因此遞送技術也成為各家 mRNA 公司的核心專利技術。

目前最常用的 mRNA 疫苗遞送手段是脂質納米粒（Lipidnanoparticle，LNP），Moderna 和 BioNTech 均采用此項技術，此外還有陽離子脂質復合物 (lipoplex，LPX)、脂質多聚復合物 (lipopolyplex，LPP)、聚合物納米顆粒（Polymer nanoparticles，PNP）、無機納米顆粒（Inorganic nanoparticles，INP）陽離子納米乳 (Cationic nanoemulsion，CNE)，瑞博生物還自主開發了 GalNac N-乙酰半乳糖胺技術，能夠進行肝臟的定點傳遞。

圖 4. 目前主要LNP技術的專利格局

生產平臺搭建

生產是整個 mRNA 藥物研發最后的關鍵環節，除了無核苷酸酶的生產環境投入巨大以外，工藝的開發同樣具有挑戰。第一步是編碼抗原的 DNA 模板生產，除了常用的大腸桿菌大規模體內表達；第二步則是在無細胞的反應器內進行轉錄，通過 T7、SP6 或 T3 等 RNA 多聚酶作用，通過一步或者兩步法轉錄成為 mRNA，同時加上 5’ 的 Cap 及 3’ 的 Poly A 尾巴，在進一步使用 DNA 酶將殘留的 DNA 模板進行消除；隨后使用離子交換等層析步驟進一步將轉錄形成的 mRNA 進行純化，進行超濾濃縮形成原液；制劑階段，通過微流體泵精確地控制著 mRNA 原液和脂質流速，將他們混合成脂質納米粒 LNP。最后則是成品的灌裝及質量控制，貼簽形成終產品。

圖 5. mRNA 藥物的生產流程

隨著 mRNA 技術的廣泛應用，mRNA 的生產技術也在快速發展，針對 mRNA 層析技術方案也在不斷優化，特別是對于 mRNA 在治療領域應用過程中，其純度控制對于療效至關重要。

參考文獻

1. mRNA vaccines manufacturing: Challenges and bottlenecks

2. An Update on Self-Amplifying mRNA Vaccine Development