mRNA(信使核糖核酸)疫苗是一種能夠激發(fā)人體自身對特定抗原免疫反應的新型技術,它攜帶有mRNA的信息,其中包括特定病毒特征(即病毒抗原)的“藍本"或者代碼。這些信息使人體能夠自行合成病毒抗原:mRNA將生產(chǎn)抗原所需的信息輸送到人體制造蛋白的細胞機器中,然后,人體細胞將抗原呈遞到細胞表面,從而誘導所需的特定免疫反應。當人體接觸到對應的病毒時,免疫系統(tǒng)會識別出特定抗原,從而精準且迅速地攻擊病毒來阻止感染。
mRNA的生產(chǎn)過程——
1、DNA原液制備;
我們首先需要設計與構建含有S蛋白基因序列的載體,然后通過大腸桿菌放大培養(yǎng),獲得大量的攜帶S蛋白基因序列的質粒。
2、mRNA原液的制備;
獲取的攜帶S蛋白基因序列的質粒線性化{(噬菌體啟動子(T7)-5 UTR-開放閱讀框(ORF)-3 個非翻譯區(qū)(UTR)-polyA}通過體外轉錄(IVT)將前mRNA5'端加帽子。后續(xù)需要經(jīng)過一系列的純化,除菌等過程。除去酶、游離核苷酸、殘留 DNA 和外源 RNA 片段,dsRNA, 及反應體系中的免疫原性雜質。滿足 GMP 生產(chǎn)的質量需求。
Moderna的mRNA還需要把尿苷替換成假尿苷,以降低免疫原性。
3、利用脂質微粒進行包封。
制備遞送系統(tǒng),例如基于聚合物或脂質的納米顆粒(LNP),然后使用不同制造商不同的方法將純化的mRNA封裝在其中。由此產(chǎn)生的mRNA/遞送納米顆粒組件經(jīng)過濃縮、緩沖液交換和無菌過濾。然后最終評估并按此順序包裝成袋/瓶作為原料藥。原料藥通常在最終形成(盡管不適用于某些工藝)最終藥物產(chǎn)品填充之前冷凍儲存,在某些情況下隨后還需要進行凍干。
在NGS及合成技術的快速發(fā)展的今天,病毒遺傳信息序列的解讀及序列合成已不是難題。如何將合成好的mRNA序列遞送進入人體細胞變成了mRNA疫苗研發(fā)的重要挑戰(zhàn)之一。
人體細胞結構從外至內可分為細胞膜(cell membrane)、細胞質(cytoplasm)、細胞核(nucleus)。mRNA翻譯成蛋白質的過程發(fā)生在細胞質中,因此,mRNA疫苗要發(fā)揮作用,必須先將編輯好的mRNA遞送進細胞質中。
進入細胞質需要通過細胞膜,細胞膜由磷脂雙分子層構成,磷脂分子頭部具有親水性,尾部具有疏水性,兩層磷脂尾部相對形成雙分子層,能夠有效控制水分子、離子、大分子物質通過。mRNA作為大分子(300-5000kDa),在不破壞細胞膜的前提下,進出細胞只能以內含體(endosome)通過胞吞作用(endocytosis)。
通常情況下,內含體進入細胞質后,會被直接送至溶酶體(lysosome)進行分解。為保證mRNA在翻譯前保持完整性,mRNA需要在內含體與溶酶體結合前打破內含體包膜(endosomal disruption)并逃離。
逃離內含體進入細胞質后,mRNA便會在細胞質內游動,直至到達核糖體(ribosome)并在此轉譯為肽鏈,最終折疊成為蛋白質。
對于mRNA疫苗和藥物,遞送系統(tǒng)有兩大職責:
1、有效包裹和保護mRNA在到達靶點前維持穩(wěn)定,
2、幫助mRNA有效成分進入細胞,
3、在mRNA到達溶酶體前將其釋放進入細胞質中。
LNP是目前有潛力的遞送載體之一。LNP(Lipid Nanoparticle)是脂質微粒的總稱,其中又包括脂質膠團(micelle)、脂質體(liposome)等。LNP與細胞膜的組成成分相似,均由脂質分子構成。脂質分子的兩條長尾通常呈平行狀態(tài),在此狀態(tài)下,脂質形成的雙分子層穩(wěn)定。
在進入細胞質酸性環(huán)境后,部分脂質的頭部質子化,呈現(xiàn)陽離子形態(tài),與其他陰性離子態(tài)的脂質分子相吸引,尾部張開。原本雙分子層的形式被破壞,形成頭部聚集在一起的環(huán)狀。之前包裹在內的mRNA便可逃逸出內含體,進入細胞質翻譯。
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