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發和生產的速度，使得mRNA疫苗成為一種極為重要且經濟效益巨大的干預手段。2020年的疫情使得mRNA疫苗和藥物受到廣泛關注，Moderna和Pfizer/BioNTech迅速開發出非常有效的核苷修飾mRNA-LNP疫苗，采用LNP作為運輸載體，并帶動了mRNA領域研究的蓬勃發展。

                               圖1：多款Corona Virus Disease 2019 mRNA 疫苗采用LNP

            【來源：International Journal of Pharmaceutics，國金證券研究所】

小德在往期的文章“冷凍干燥技術助力新型mRNA疫苗研發與生產”中介紹了mRNA疫苗的研發與生產，今天帶大家了解一下mRNA疫苗的遞送技術LNP。

遞送mRNA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合成以響應其不斷變化的需求，卻難以滿足成藥性的要求。加上mRNA分子本身攜帶負電荷，難以穿過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現mRNA藥物的胞內表達，因此，遞送技術是mRNA公司的核心技術之一。

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。脂質體及其衍生物已成為目前遞送mRNA非常有效的非病毒載體。用于遞送mRNA疫苗的脂質載體主要分為以下幾種：脂質體復合物（LP），脂質體聚合物（LPR），脂質體納米粒（LNP），陽離子納米乳（CNE）。

脂質體納米粒（LNP）是mRNA藥物常用的載體。LNP是一種多組分系統，通常由可電離脂質或陽離子類脂質化合物、輔助脂質、膽固醇、保護劑聚乙二醇-脂質共軛物組成。其作用是確保長鏈核酸分子的壓實，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）釋放到細胞質中，用于翻譯和表達具有免疫原性表位的蛋白質。

            圖2：LNP結構組成

           【來源：Science】

每種LNP都由4種輔料構成，包括可電離脂質（與mRNA結合，將其電荷由負電荷轉化為電中性，同時限制顆粒毒性）；另3種脂質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疫苗穩定性差的問題。為了疫苗能有效地進行流通，我們期望mRNA-LNP疫苗好能夠在冷藏溫度（2-8°C）或更高的溫度下有足夠長的有效期。目前，公開資料中幾乎沒有關于mRNA-LNP 制劑長期儲存穩定性數據。Moderna和BioNTech/輝瑞的Corona Virus Disease 2019疫苗分別需要在-15~-25℃和-60~-90℃儲存。mRNA-LNP 需要冷凍儲存，對疫苗在運輸、儲存和流通是個很大的挑戰。當前迫切需要研發出性質更加穩定不需要冷凍儲存的mRNA-LNP疫苗。

賓夕法尼亞大學與德國BioNTech學者共同在Molecular Therapy發表過一篇文章：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（見圖4），對脂質納米顆粒為載體的修飾核苷酸mRNA疫苗進行了穩定性研究。研究發現核苷酸修飾mRNA-LNP疫苗室溫儲存12周和4℃儲存至少24周物理化學性質沒有顯著變化。小鼠研究中表明，螢火蟲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疫苗的長期儲存難題提供了一個潛在的解決方案。

  圖4：SP ScientificVirTisGenesis35LPilotLyophilizer凍干機

瑞科吉生物的凍干劑型mRNA-LNPCorona Virus Disease 2019疫苗采用LNP遞送系統，應用自主開發的冷凍干燥技術實現了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，顯著提高了疫苗的可及性。研究成果已在 bioRxiv 在線發布，題為Lyophilized mRNA-lipid nanoparticle vaccines with long-term stability and high antigenicity against SARS-CoV-2。

作為初款凍干mRNA疫苗，若該疫苗能夠順利通過臨床成功上市，將對改變疫苗分發不均、Corona Virus Disease 2019疫情持續肆虐的困局起到關鍵作用。

                           圖5：瑞科吉生物疫苗研究成果

凍干疫苗的優勢及工藝開發，請移步往期文章“冷凍干燥技術助力新型mRNA疫苗研發與生產”。

mRNA-LNP疫苗的長期儲存解決方案

SP Scientific 研發及生產型凍干機

關于mRNA-LNP疫苗的一些問題

問：如何準確實現凍干mRNA-LNP疫苗中關鍵配方溫度測量？

                        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，可以輕松實現配方關鍵溫度（Tc, Teu, Tg’)的測量。

問：如何快速實現mRNA-LNP凍干工藝開發和優化？

SP Scientific提供的Lyostar凍干機僅需運行一個遁環即可自動摸索和開發凍干工藝。結合前沿的凍干PAT技術（Smart 全自動工藝開發技術，Controlyo晶核控制技術，TDLAS實時水蒸汽測量技術），使漫長復雜的工藝摸索變得簡單快捷有效。

         圖7：Lyostar 全智能凍干工藝開發與優化

問：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智能工藝開發凍干機進行Corona Virus Disease 2019凍干疫苗的研發。