mRNA递送技术持续升温，数十亿资金密集砸向初创企业

贝壳社 3年前 (2022-06-20)

新冠疫情爆发以来，mRNA疫苗成功上市引发全球热切关注，激发起全球科学家对mRNA技术更强烈的探索热情。今年，mRNA疫苗及相关技术企业接连获得巨额融资，表明市场对mRNA药物未来前景一致看好。

mRNA药物及递送技术相关企业融资情况

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mRNA疫苗的制备大体分为三个阶段：第一是基因编辑获得特定DNA序列的质粒；第二阶段是质粒转录成mRNA；第三阶段是核酸药物的关键难点，将纯化后的mRNA进行包装，防止降解，再递送到患者病灶处。在目前主流的技术路径下，各阶段成本占比约为12%、77%和11%。虽然mRNA递送成本不算高，但技术含金量很高。

递送载体可谓“身担重任”，必须帮助mRNA克服细胞内外多重屏障进入细胞质，避免与外部环境接触，并使mRNA从内涵体或溶酶体中成功逃逸不被降解。要完成使命，递送载体本身在设计上还得靠表面修饰，降低载体与血浆蛋白的非特异性结合，降低被巨噬细胞的清除，增强与靶细胞的相互作用，并使mRNA跨越细胞膜屏障，最终起到表达目标蛋白、激活机体免疫应答的目的。

为了提高递送效率并尽可能降低治疗副作用，研究者开发了多种包裹mRNA的递送载体，利用天然或合成材料（如脂类、聚合物、多肽、抗体、小分子或金属等）制成具有不同几何结构（纳米颗粒、微粒、共轭物、固体器件或水凝胶等）的纳米颗粒，将mRNA安全输送到靶细胞表达正常蛋白。

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脂质纳米粒载体

脂质纳米粒（LNPs）是脂质载体中的佼佼者，目前已上市的BNT162b2（Pfizer/BioNTech公司）和mRNA-1273（Moderna公司）mRNA疫苗均采用脂质纳米粒技术。

早在2018年，FDA批准的首款siRNA药物Onpattro（Alnylam）就使用了LNP。LNP是较早获得市场和监管认可的成熟递送载体，包括mRNA疫苗在内的临床试验数量也达十几例。但应用LNP技术的弊端是专利所属权问题，其底层专利掌握在Alnylam手中，为此Alnylam还起诉了Pfizer和Moderna两家公司。

LNP载体通常包含4种组分，分别为阳离子或可离子化的脂质、聚乙二醇PEG修饰的脂质、中性脂质和胆固醇。不同脂质成分发挥不同的作用，阳离子脂质头部带有正电荷，可与带负电的mRNA形成复合物，但正电荷纳米粒子也具有一定的细胞毒性，且易被单核吞噬细胞清除。

而可离子化氨基脂质分子在正常酸碱度值时呈中性，在酸碱度值降低时会发生质子化而带有正电荷，从而一定程度上避免阳离子脂质细胞毒性的缺点。其他磷脂、胆固醇、聚乙二醇化脂质等脂质成分，可影响LNP的稳定性、递送效率。此外，LNP表面也可以连接特异性抗体分子等，赋予LNP-mRNA递送系统组织或细胞的靶向性，起到精准治疗的目的。

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聚合物载体

带有正电荷的的阳离子聚合物与mRNA混合后也能形成络合物，生产过程较为简单，其优点在于无免疫原性，通过对聚合物结构的修饰（如增加亲水或疏水基团）降低分子本身毒性或增强与细胞膜的作用。

聚乙烯亚胺（PEI）是早期常用于运载mRNA的聚合物，转染率虽高但生物毒性也较大，之后还发展出利用聚酰胺胺（PAMAM）、聚丙烯亚胺（PPI）等树枝状大分子。但聚合物递送的通病是生物相容性欠佳，均具有细胞毒性且难降解。为提高安全性、有效性和稳定性，一些研究还采用聚乳酸（PLA）、聚β-氨基酯（PBAE）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）等聚酯、壳聚糖和葡聚糖等天然聚合物衍生物，能更好地满足生物降解要求。

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脂质/聚合物杂化纳米粒

脂质/聚合物杂化纳米粒（LPHNs）集脂质和聚合物两家所长，是由脂质壳和聚合物内芯组成的纳米结构，对mRNA的转染效率高达80%。装载mRNA疫苗的LPHNs可以通过细胞屏障，并实现有效的内体释放和高效的蛋白质翻译，具有稳定持久、可生物降解等优点。

以斯微生物为例，其开发的LPP纳米递送平台是一种以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构。LPP的双层纳米粒比LNP有更好的包载、保护mRNA效果，并能随聚合物的降解逐步释放mRNA分子，再通过抗原递呈激活T细胞免疫反应，达到免疫治疗效果。斯微生物处于I期临床的SARS-CoV-2疫苗SW-0123，就是采用LPP技术。

LPP的制备步骤一般包括：

（1）制备核酸-阳离子聚合物的复合物（PPs）。制备LPP的阳离子聚合物曾报道有鱼精蛋白、PEI及聚（β-氨基酯）等；

（2）制备纳米脂质体；

（3）将纳米脂质体与PPs溶液混合，或者在脂质膜水化步骤时加入PPs溶液自组装形成LPP。

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蛋白载体

用于核酸递送的多肽由于包含赖氨酸和精氨酸残基而带正电荷，能与带负电荷的mRNA通过静电作用结合形成纳米复合物，并有效被细胞摄取，称为阳离子细胞穿膜肽（CPPs）。

CPPs发现于1988年，是一种短序列肽，能帮细胞摄取多种分子，虽然其跨膜机制仍不清楚，但人工已能成功合成CPP，凭借较低的电荷密度和优秀的穿越细胞膜能力，在药物递送、蛋白质、质粒DNA和siRNA等领域有巨大潜力，在mRNA递送领域大多处于研究探索阶段。

蛋白载体的另一颠覆性成果，是2021年8月由基因编辑先锋人物张锋及团队开发的SEND递送技术。SEND的核心是哺乳动物逆转录病毒样蛋白PEG10，具有在细胞之间运输RNA的潜力。

研究人员发现PEG10专门用来识别并包装mRNA的基因序列，将信号序列加在RNA分子两端时，PEG10就能装载“货物”RNA。再利用融合技术，为PEG10添加病毒融合蛋白Fusogen，让PEG10能与靶向特异的细胞表面融合，将载荷RNA递送到细胞质中。发布在Science上的该研究虽然仍处于小鼠实验阶段，大胆猜测距离临床实验不会相隔太久，因为该机制借用天然已存在的运载RNA的蛋白工具，其安全有效性早已经过大自然进化的检验。

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新型载体

外泌体是新型的药物递送载体，具有与细胞膜类似、体积小能避免吞噬、介导免疫逃逸、存留时间长、能穿透深层组织等众多优点，所以被用来装载化疗药物和各种核酸物质，包括mRNA、miRNA和siRNA。其临床缺点是要选择特定细胞来源的外泌体，因为不同细胞来源成分差别较大，生物学功能也不同，在外泌体运载领域处于领先地位的Codiak BioScience。目前已有两款药物作进入临床1期。

除上述载体外，也有一些新型材料被用于mRNA疫苗递送研究，如无机纳米材料、水凝胶、病毒样颗粒等，大多处于临床前研究阶段。

目前来看，全球有众多创新企业在mRNA疫苗领域研发投入，处于已上市或临床阶段的mRNA疫苗递送技术仍以LNP为主。全球TOP3的mRNA疫苗领先企业是Moderna、BioNTech、CureVac，旗下布局有多个研发管线。

其次，进展较快的还有TranslateBio and Inc.、eTheRNA Immunotherapies、ethris GmbH、Argos Therapeutics、In-Cell-Art、Tiba Biotech、Arcturus Therapeutics、Arbutus Biopharma Corporation、Acuitas Therapeutics等，在mRNA合成和递送领域各有所长。国内圣诺医药、艾博生物、斯微生物、冠昊生物、沃森生物、复星医药、康希诺等企业也都是mRNA疫苗领域的佼佼者。

预计未来mRNA递送技术将继续朝安全稳定、包埋效率高、靶向性好、毒副作用小、便于储存的方向发展，不断升级优化，协助更多mRNA疫苗尽早上市。

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参考文献：

1、苗佳颖、陆伟,应用于mRNA 疫苗的非病毒载体递送系统研究进展,药学进展,2022,46 (2): 84-92;

2、Segel et al,Blake Lash,Feng Zhang, Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery,Science 373,882-889 (2021);

3、姚恒美,mRNA疫苗发展态势研究,2021年8月，第17卷，第4期.