用于mRNA疫苗的配方和递送技术

mRNA疫苗已经成为一种预防传染病和治疗癌症的多功能技术。在疫苗接种过程中,mRNA的形成和传递策略有助于抗原的有效表达和呈现,以及免疫刺激。mRNA疫苗已经以不同的形式交付:通过交付载体封装,如脂质纳米颗粒、聚合物、多肽、溶液中的游离mRNA,并通过树突状细胞体外交付。适当的给药材料和配方方法往往能提高疫苗的功效,而选择适当的给药途径也会影响疫苗的功效。在某些情况下,多重mrna的共同递送可产生协同效应,并进一步增强免疫。在本章中,我们综述了mRNA疫苗制备和传递技术的最新进展和存在的挑战,并展望了未来的发展前景。

介绍

由于第一次使用体外转录的信使RNA(mRNA)在1990年表达小鼠中的外源蛋白(Wolff等人1990),MRNA已经发展成为一种多功能平台,跨越许多治疗和预防田地(Hajj和Whitehead 2017;熊等人。2018; Li等人2019; Patel等,2019b; Pardi等人。2020; Weng等人。2020)。特别地,正在开发许多mRNA疫苗以解决传染病和各种类型的癌症,许多推进临床试验的不同阶段(Pardi等,2018)。

体外转录的mRNA的几个特征有助于其疫苗的潜力。首先,mRNA疫苗的开发过程可以比传统的蛋白疫苗快得多(DeFrancesco 2017)。为了应对2020年严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)的大流行,在病毒基因组序列被揭示后的10周内,在一期临床试验中给第一个志愿者注射了一种mRNA疫苗(Lurie et al. 2020)。第二,体外转录反应容易进行,产量高,可放大(Pardi et al. 2018)。先进的工业装置可以生产高达公斤级的mRNA (Versteeg等,2019)。第三,mRNA疫苗可以在原位合成抗原蛋白,省去了对某些抗原具有挑战性的蛋白质纯化和长期稳定的需要。第四,mRNA的运输和储存可能比基于蛋白质的疫苗更容易,因为如果对核糖核酸酶(RNases)有适当的保护,与蛋白质相比,RNA更不容易降解(Stitz et al. 2017;张等,2019)。由于这些优势,mRNA疫苗有很大的潜力被生产和部署,以及时应对迅速爆发的传染病。

尽管mRNA具有吸引人的特点和在该领域的进展,但mRNA的体内传递仍然具有挑战性。第一个挑战是mRNA的不稳定性,这主要是由于rna酶的降解。rnase在人体各处普遍存在,降解外源性rna (Gupta等,2012)。而信使rna,由成百上千个核苷酸组成,必须完整到达细胞质以进行主动翻译。因此,对rnase的保护对于大多数体内传递策略是至关重要的。其次,由于mRNA分子具有负电荷和较大的体积,有效的细胞内传递是另一个挑战。负电荷阻止大多数mRNA在负电荷细胞膜上的转运。与小分子、sirna和反义寡核苷酸(ASOs)等其他有效载荷相比,大的尺寸使得有效的封装和传递更具挑战性。为了解决这些障碍,研究了各种执行战略,采用了不同的执行材料、制定方法和管理途径。

用于疫苗的mrna可分为常规mrna和自扩增mrna。传统mrna类似于哺乳动物细胞中的内源性mrna,包括一个5 ' cap, 5 ' UTR,编码区,3 ' UTR,和一个聚腺苷化的尾巴(Pardi et al. 2018;Kowalski等人2019年)。典型的大小是1 - 5k个核苷酸。当传送到细胞质中时,这种类型的mRNA被翻译直到它的降解而不需要额外的复制。另一方面,自扩增mrna来源于单链RNA病毒的基因组,如甲病毒(Brito et al. 2015)。除了编码感兴趣的蛋白质外,自扩增mrna还编码由几种病毒非结构蛋白(nsPs)组成的复制机制来复制自己。因此,它们的典型大小约为8 - 12k核苷酸,比传统的mRNA疫苗大。当传送到细胞质时,自我扩增mrna复制自己,同时表达相对大量的指定蛋白(Iavarone et al. 2017)。更重要的是,由于自佐剂的特性,自扩增mrna在疫苗应用中是独一无二的(marugi et al. 2019)。2021欧洲杯竞猜软件 Many factors involved in their self-replication process, such as the double-stranded RNA (dsRNA) intermediate of replication (von Herrath and Bot 2003) and the nsPs in the replication machinery (Maruggi et al. 2013), could stimulate interferon-mediated immune responses (Pepini et al. 2017).

三种主要类型的蛋白质被mRNA疫苗编码:抗原(Grunwitz和Kranz 2017;Zhang et al. 2019),中和抗体(Stadler et al. 2017;Tiwari等人2018年)和具有免疫刺激活性的蛋白(Bonehill等人2008年;Manara等人2019年)。抗原或中和抗体诱导特异性免疫反应,而具有免疫刺激活性的蛋白,如CD70 (Van Lint et al. 2012)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF) (Manara et al. 2019)促进先天和/或适应性免疫。

近年来的进展使MRNA成为一个有前途的疫苗平台。例如,使用核苷酸类似物的RNA的化学修饰,例如假核素,通过减少由未修饰的核苷酸触发的平移抑制(Kariko等人2008; Warren等,2010)中,通过减少平移抑制来显着增加蛋白质产生。高效液相色谱(HPLC)纯化进一步通过从体外转录中除去副产物的纯度和翻译能力,例如DSRNA,这可能会诱导mRNA翻译的抑制(Karikó等,2011; Weissman等,2013)。脂质和脂质衍生的纳米颗粒(LNP)以前用于递送小分子药物和SIRNA(Brito等,2015; Iniconstein和Garidel 2019)。LNP对mRNA递送的适应性大大提高了体外和体内mRNA的输送效率(Dimitriadis 1978; Malone等人1989; Martinon等,1993)。使用新的配方技术,如连续流体微流体装置,使得在具有可控尺寸的各种尺度的各种尺度上能够在各种尺度上再现可再现的纳米颗粒(Jahn等,2008; Valencia等,2012)。

在本章中,我们总结了mRNA疫苗的局部途径,讨论mRNA递送载体及其相应的制剂方法,并概述mRNA疫苗的挑战和未来发展。近期MRNA疫苗交付的全面概述可能有助于未来的新型交付策略和有效的mRNA疫苗的发展。

阅读此处的完整章节:Zeng C.,Zhang C.,Walker P.G.,Dong Y.(2020)用于mRNA疫苗的配方和递送技术。在: 。微生物学和免疫学的当前主题。Springer,柏林,海德堡。https://doi.org/10.1007/82_2020_217

参见:Covid-19疫苗中的成分和赋形剂是什么?更新包括Astrazeneca的疫苗

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