网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

mRNA新冠疫苗背后的“无名英雄”

0
分享至

‍‍

首款 mRNA 新冠疫苗(来自辉瑞 / BioNTech)研发至获批上市用时 327 天。这个曾被认为遥不可及的成功,为短暂 “停摆” 的世界带来了希望。

显而易见,这完全得益于对 mRNA 疫苗几十年坚持不懈的科学研究、数十亿美元的投资以及之前对冠状病毒的研究。

如今,疫苗成为了 mRNA 技术成功应用的首个成果,也成为脂质纳米颗粒应用领域的里程碑。Moderna 传染病前主管 Giuseppe Ciaramella 曾称赞脂质纳米颗粒为整个事件的 “无名英雄”。

奠基

mRNA 疫苗的成功研发必将被载入史册,然而,如果没有脂质纳米颗粒的组装,mRNA 疫苗将一文不值。这源于 mRNA 非常容易降解、mRNA 链很大且带负电,不能简单地穿过细胞的保护性脂膜。

大多数人知道首款 mRNA 疫苗来源于辉瑞,却很少有人知道这款疫苗依赖于 Acuitas Therapeutics 公司的脂质纳米颗粒递送技术。而这项技术正是加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)的纳米颗粒专家 Pieter Cullis 的研究成果。

42 年前的 Cullis 绝对想象不到其对于抗击新冠疫情做出的巨大贡献。

1978 年,Cullis 在 UBC 的实验室正式启动,重点研究如何将抗癌药物精准递送到人体,同时尽可能减少毒副作用。也正是在这项研究中,Cullis 及团队率先发现脂质纳米颗粒能够将药物递送到癌细胞中。

此后,Cullis 开始尝试递送更大的核酸药物分子,这些核酸类药物可以在基因水平上对抗疾病。最初开始尝试分子量为 13000 的 RNA,在这之前,常见的抗癌药分子量为 500。

Cullis 发现,在脂质体中加入带正电荷的脂质有助于平衡带负电荷的核酸。但自然界中没有阳离子脂质,而且永久带正电的脂质,毒性巨大,会撕裂细胞膜。

2000 年左右,Cullis 与 Inex 制药公司、Protiva 生物疗法公司一起开发出了可电离的脂质:即在酸性 pH 环境下带正电荷,但在血液中是中性的。

该研究团队还创造了一种利用这些脂质制造纳米颗粒的新方法:通过微流体将溶解在乙醇中的脂质与溶解在酸性缓冲液中的核酸混合,当这两种溶液流汇合时会自发形成脂质纳米粒,与中空脂质体不同,脂质纳米粒中充满了脂质和核酸。

然而,在实验室里看起来不错的脂质纳米粒在临床应用上并不尽如人意:不能够快速降解、反复注射后会在体内聚集。

研究遭遇困境。

引路

2005 年可谓是脂质纳米颗粒技术突破的转折点,Alnylam 联合 Protiva 在内的多家公司担起了这一阶段的研发重任。起因是 siRNA 药物能够选择性沉默基因,但现有的脂质纳米颗粒的递送效果不尽如人意。

Alnylam 接连和 Protiva、Inex 在内的多家公司达成合作,共制造了 300 余个可电离脂质,这些脂质首先被优化了尾部,然后调整了可电离的头部基因以及处于尾部中间的连接区。

脂质纳米颗粒通过受体介导的内吞作用进入细胞。与细胞结合时,纳米颗粒被包裹在一个更大的脂质泡中,被称之为胞内体的细胞器。胞内体内部的酸性环境质子化可以电离脂质的头部,使其带正电,这种正电荷引发了纳米颗粒形状的变化,科学家们认为这有助于纳米颗粒从胞内体中逃脱,最终将其携带的 RNA 释放到细胞中。

然而,这并未解决问题:在培养皿中能形成很好的纳米离子的脂质在动物研究中无一例外都会失败。培养皿中的研究低估了纳米粒子和细胞间复杂的相互作用。

2010 年,Alnylam、AlCana 和 UBC 的科学家成功地使用了一种叫做 MC3 的可电离脂质。使用 MC3 所需的纳米颗粒的剂量,约为使用较早的可电离脂质制备方法的千分之一。

2018 年,由 Alnylam 开发的 patisiran 获得 FDA 批准上市,成为第一个经批准的 siRNA 药物,也是第一个经批准的通过脂质纳米粒递送的疗法。就在 patisiran 临床上崭露头角的时候,Alnylam 开始研究一种新的化学偶联技术,用它来将其它小干扰 RNA 疗法输送到皮下。

patisiran 的成功也让 Acuitas 顺利收获了辉瑞的青睐,双方开始合作研发癌症疫苗,BioNTech 也一直在与辉瑞合作开发流感疫苗,这也为之后合作开发 mRNA 新冠疫苗埋下了伏笔。

但是为 siRNA 设计的脂质纳米粒颗粒对于递送 mRNA 的效果并不佳。siRNA 分子就像两排短棒,每排大约有 20 个核苷酸,相比之下,mRNA 常常有超过数千个核苷酸,形成复杂的形状,并且用难以预测的方式改变脂质纳米粒的特性。

递送 mRNA 成为需要破解的下一个难题。

领跑

BioNTech、Moderna 等公司的成立显然为该领域按下了加速键,其背后的资本更是不可或缺。

在意识到 MC3 不能有效递送 mRNA 后,Moderna 投入了大量的资源来构建更好的可电离脂质,研究小组制造了大约 100 种可电离脂质,并在脂质的碳链中引入酯键,使其更易被生物降解,调整纳米颗粒中四种脂质的比例可以改变脂质纳米粒在体内的分布。

COVID-19 疫苗中使用的脂质纳米粒就包含四种成分:带正电荷的可电离脂质(其与带负电荷的信使 RNA 骨架结合),有助于稳定粒子的聚乙二醇化脂质,以及构成粒子结构的磷脂和胆固醇分子。成千上万的这四种成分包裹着 mRNA,保护它不受破坏性酶的影响,并将其递送到细胞中。

最令人惊叹之处在于,将脂质纳米颗粒进行微量优化后,就可以用于递送不同的 mRNA。在南非首次发现新冠病毒的变异株后,尽管其 mRNA 序列略有改变,但脂质纳米颗粒的配方保持不变。

但关于 Moderna 最初是如何达到最佳配方的细节却鲜有报道,辉瑞和 BioNTech 也没有。

对于 COVID-19 疫苗,Moderna 最终使用了一种被称为 SM-102 的可电离脂质,该脂质在 2018 年一项关于 MC3 替代品的研究中被首次描述,而辉瑞 / BioNTech 从 Acuitas 公司获得了一种名为 ALC-0315 的可电离脂质的许可。

显而易见,新冠大流行再次激发了科学家对脂质纳米颗粒的研究兴趣,有效的脂质纳米颗粒对于基于核酸药物的疗法,甚至 CRISPR 基因编辑疗法都至关重要。

研究人员们开始寻找下一个有效的可电离脂质,下一个可电离脂质的出现会迎来怎样的跨越,尚不可知。但对于该领域而言,将药物递送到特定的组织和细胞中,是目前最大的挑战。

mRNA 新冠疫苗的成功带来了惊喜、鼓舞和回报,但依旧,路漫漫其修远兮,科学无止境。

参考:

  • https://cen.acs.org/pharmaceuticals/drug-delivery/cn-Without-lipid-shells-mRNA-vaccines/99/i8

  • https://themedicinemaker.com/manufacture/the-rise-of-lipid-nanoparticles

  • https://lsi.ubc.ca/2020/11/13/lsi-spinoff-company-the-source-of-technology-pfizers-mrna-covid-19-vaccine-cant-work-without/

  • https://faktograf.hr/2021/08/04/superherojsko-dnk-cjepivo-imat-ce-s-mrna-vakcinama-neke-slicnosti-ali-to-nije-izmjena-dnk/

-End-

【专栏往期】

独家专访 Robert:最新增材制造研究成果即将见刊,下一个重点方向是穿越血脑屏障

默克连续押注,细菌「毒力注射器」递送初创获大额融资,称正在寻求第三方合作

持续关注生辉 递送者联盟 专栏

更多深度内容正在路上 ↓↓↓

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
去了浙江才发现,电线早已不埋墙里了!瞧人家这么设计,真是先进

去了浙江才发现,电线早已不埋墙里了!瞧人家这么设计,真是先进

我的琪琪美玉
2024-07-02 13:57:25
重庆渝环生物能源有限公司原董事长、总经理张志伟涉嫌严重违纪违法被查

重庆渝环生物能源有限公司原董事长、总经理张志伟涉嫌严重违纪违法被查

鲁中晨报
2024-07-02 17:03:02
马斯克开价3.5亿带回两名宇航员,遭波音婉拒,据称买有高额保险

马斯克开价3.5亿带回两名宇航员,遭波音婉拒,据称买有高额保险

谈芯说科技
2024-07-01 20:39:02
破门率9.4%!梅西世界杯+美洲杯任意球攻门53次,打进5球

破门率9.4%!梅西世界杯+美洲杯任意球攻门53次,打进5球

直播吧
2024-07-02 17:46:37
死亡半区!西班牙、德国、法国和葡萄牙,你看好谁进决赛?

死亡半区!西班牙、德国、法国和葡萄牙,你看好谁进决赛?

直播吧
2024-07-02 08:10:42
朱丹周一围带女儿面试小学!家住7万一平小区,选普通公办惹争议

朱丹周一围带女儿面试小学!家住7万一平小区,选普通公办惹争议

古希腊掌管月桂的神
2024-06-30 09:05:45
三星电子2.8万人工会宣布总罢工:不给涨工资就不上班,还要增加带薪年假!5.1%的薪酬涨幅过低

三星电子2.8万人工会宣布总罢工:不给涨工资就不上班,还要增加带薪年假!5.1%的薪酬涨幅过低

和讯网
2024-07-02 10:04:00
为什么要少看中国历史?

为什么要少看中国历史?

黑噪音
2024-07-02 01:45:18
54岁丁海峰现身五台山祈福!席地而坐惹争议,久居美国过田园生活

54岁丁海峰现身五台山祈福!席地而坐惹争议,久居美国过田园生活

柠檬有娱乐
2024-07-02 10:06:43
向义和团宣战?你配吗?

向义和团宣战?你配吗?

平原公子
2024-07-01 10:07:10
144小时免签之后,美国动手了,阻扰视频传播,调高中国风险等级

144小时免签之后,美国动手了,阻扰视频传播,调高中国风险等级

怪口历史的K先生
2024-07-01 12:41:49
反转来得太快,欧盟电动车关税让步,降幅直接让中国傻眼!

反转来得太快,欧盟电动车关税让步,降幅直接让中国傻眼!

谈芯说科技
2024-07-01 20:52:03
真相出炉!印尼主办方负有重大责任,知名医生说出张志杰死亡真因

真相出炉!印尼主办方负有重大责任,知名医生说出张志杰死亡真因

十点街球体育
2024-07-01 15:15:35
伟伟道来|两名美国宇航员的归期与太空探索的未来

伟伟道来|两名美国宇航员的归期与太空探索的未来

经济观察报
2024-07-02 12:46:11
哈方顶格接待中方,派两架战机护航,总统亲自接机,并铺满蓝地毯

哈方顶格接待中方,派两架战机护航,总统亲自接机,并铺满蓝地毯

说天说地说实事
2024-07-02 18:37:45
“月加班120小时到手4800元,时薪只有16元”!汽车大厂员工吐槽被迫卷工时

“月加班120小时到手4800元,时薪只有16元”!汽车大厂员工吐槽被迫卷工时

每日经济新闻
2024-07-02 17:24:13
美媒不满中国月壤分配,NASA求合作,22天已过,国家航天局开条件

美媒不满中国月壤分配,NASA求合作,22天已过,国家航天局开条件

影孖看世界
2024-06-30 13:37:43
台湾美女去帕劳旅游,竟被要求掰开屁股检查,网友:身材太火辣!

台湾美女去帕劳旅游,竟被要求掰开屁股检查,网友:身材太火辣!

皖声微言
2024-07-02 14:19:15
美国众议院通过法案,以安全及垄断为由调查中国制造集装箱

美国众议院通过法案,以安全及垄断为由调查中国制造集装箱

壹航运
2024-07-02 16:58:56
南京市高淳区区长蒋冰,跨省履新

南京市高淳区区长蒋冰,跨省履新

鲁中晨报
2024-07-02 11:35:02
2024-07-03 00:00:49
DeepTech深科技
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
13984文章数 512214关注度
往期回顾 全部

科技要闻

旧车比新车贵,比亚迪断了二手车贩子活路

头条要闻

媒体:上合组织因俄乌战事面临三重困境 中国迎来机遇

头条要闻

媒体:上合组织因俄乌战事面临三重困境 中国迎来机遇

体育要闻

曾因失误被嘲讽 今夜他是葡萄牙的超级英雄

娱乐要闻

未火先塌?流量的路子不好走啊

财经要闻

张军:房地产是经济收缩的受害者而非原因

汽车要闻

18.96万 奕派eπ007 540纯电四驱Pro上市

态度原创

游戏
旅游
家居
房产
军事航空

《和平精英》想让更多开发者赚到“第一个100万”

旅游要闻

官宣!黄鹤楼公园等55家武汉旅游景区今起免预约!

家居要闻

江畔雅居 石质与木色的现代风

房产要闻

6月上海楼市“强劲反弹”,二手房交易量破2.6万套

军事要闻

泽连斯基称不排除通过中间方谈判的可能性 克宫表态

无障碍浏览 进入关怀版