用于mRNA疫苗的配方和递送技术
mRNA疫苗已成为预防传染病和癌症治疗的多功能技术。在疫苗接种过程中，mRNA配方和产量策略促进了抗原的有效表达和呈递和免疫刺激。mRNA疫苗以各种形式递送：通过递送载体包封，例如脂质纳米颗粒，聚合物，肽，溶液中的游离mRNA和通过树突细胞进行exvivo。适当的递送材料和制剂方法通常会提高受适当给药途径的选择的影响。多种MRNA的共同递送能够在某些情况下进一步增强免疫力。在本章中，我们概述了未来发展的观点，概述了MRNA疫苗的配方和递送技术中的进展和现有挑战。
介绍
自1990年首次使用体外转录信使RNA（mRNA）在小鼠体内表达外源性蛋白质（Wolff等人，1990年）以来，mRNA已发展成为跨越许多治疗和预防领域的多功能平台（Hajj和Whitehead，2017年；熊等，2018；Li等人，2019年；Patel等人，2019b；Pardi等人，2020年；翁等人，2020年）。特别是，许多mRNA疫苗正被开发用于治疗传染病和各种类型的癌症，其中许多已进入临床试验的不同阶段（Pardi等人，2018年）。
体外转录的mRNA的几个特点有助于其疫苗的潜力。首先，mRNA疫苗的开发过程可能比传统蛋白质疫苗快得多（DeFrancesco 2017）。为应对2020年严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）的流行，在病毒基因组序列被揭示后的10周内，在第一阶段临床试验中，向第一名志愿者接种了mRNA疫苗（Lurie等人，2020）。第二，体外转录反应易于进行，产量高，并且可以放大（Pardi et al.2018）。先进的工业装置可以制造高达公斤级的mRNA（Versteeg等人，2019年）。第三，mRNA疫苗能够原位合成抗原蛋白，消除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，因为与蛋白质相比，RNA如果受到适当的核糖核酸酶（RNase）保护，则不太容易降解（Stitz等人，2017；Zhang等人，2019年）。由于这些优点，mRNA疫苗有很大的潜力被及时制造和部署，以应对迅速爆发的传染病。
尽管MRNA的吸引人的特征和领域的进步，但体内递送mRNA仍然具有挑战性。第一个挑战是mRNA的不稳定性主要是由于RNASES的酶促降解。在整个身体中普遍存在的情况下普遍存在，以降解外源RNA（Gupta等，2012）。和mRNA组成的数百至数千个核苷酸，必须在全长上到达胞嘧醇以进行主动翻译。因此，对RNASES的保护对于大多数体内交付策略至关重要。其次，由于负荷和大尺寸的mRNA分子，高效的mRNA细胞内递送是另一个挑战。负电荷可防止大多数mRNA穿过带负电荷的细胞膜的转移。大尺寸使得高效封装和交付比其他有效载荷更具有挑战性，例如小分子，siRNA和反义寡核苷酸（ASOS）。已经调查了各种交付策略，以解决这些障碍，以不同的交付材料，制定方法和主管部门提供。
用作疫苗的MRNA可以分为常规MRNA和自我放大MRNA。常规MRNA类似于哺乳动物细胞中的内源MRNA，由5'帽，5'UTR，编码区，3'UTR和多腺苷酸化尾巴（Pardi等，2018; Kowalski等，2019）。典型的尺寸为1-5 k核苷酸。当递送到细胞溶溶胶时，这种类型的mRNA被翻译直至其降解而无需额外复制。另一方面，自我放大MRNA来自单链RNA病毒的基因组，例如alphaVirouses（Brito等，2015）。除了编码感兴趣的蛋白质之外，自我扩增MRNA编码复制机制，包括几种病毒非结构蛋白（NSP）以复制自己。因此，它们的典型尺寸约为8-12k核苷酸，大于常规mRNA疫苗。当递送到细胞溶溶胶时，自我放大MRNA在表达相对较大量的指定蛋白（Iavarone等人2017）时复制自己。更重要的是，由于其自助性性质（Maruggi等，2019），自我放大MRNA对于疫苗应用是独特的疫苗应用。许多涉及它们的自我复制过程的因素，例如复制的双链RNA（DSRNA）中间体（Von Herrath和Bot 2003）和复制机械中的NSP（Maruggi等，2013），可以刺激干扰素介导的 immune responses (Pepini et al. 2017).
三种主要类型的蛋白质由mRNA疫苗编码：抗原（Grunwitz和Kranz 2017; Zhang等，2019），中和抗体（Stadler等，2017; Tiwari等，2018）和免疫刺激活动的蛋白质（Bonehill等。2008; Manara等，2019）。抗原或中和抗体诱导特异性免疫应答，而具有免疫刺激活性的蛋白质，如CD70（van Lint等，2012）和粒细胞 - 巨噬细胞殖民地刺激因子（Manara等，2019）Boost先天和/或自适应免疫力。
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。
请在此处阅读全文：曾C.，张C.，沃克P.G.，董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
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