mRNA疫苗中的纳米颗粒和磁珠

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mRNA疫苗中的纳米颗粒和磁珠

辉瑞-BioNTech和莫得纳（Moderna） 的mRNA 疫苗都使用的是脂质纳米颗粒（LNP）递送系统， 但在他们的产品成分列表中却都没有做出说明，很有可能纳米颗粒是造成接种过敏的主要原因。

首先读者需要了解的是在mRNA疫苗生产中两个最重要的原料就是纳米颗粒和纳米磁珠。

mRNA疫苗开发先要合成病毒关键靶点的多种不同抗原序列的mRNA，并通过纳米脂质载药技术制备成制剂，通过动物和人体实验，筛选和验证有效抗原，并且进一步地进行疫苗样品生产、制备。 mRNA疫苗的合成一般以含有靶蛋白开放阅读框的质粒DNA或其他DNA片段作为模板，通过体外转录技术合成而构成。由于mRNA在5'端含有帽子结构，3'端含有Poly(A)结构，在体外转录合成mRNA后，一般需要加上这些元件。帽子结构可以促使mRNA和核糖体的结合，同时能保护mRNA的稳定性，避免被核酶降解。而polyA结构为mRNA的提取纯化提供了有效的途径。

mRNA合成后的提纯是一个非常关键的步骤，纳米磁珠是目前非常有效的mRNA提纯手段，通过碱基配对原理，磁珠通过共价键结合力，磁珠一般直径小于1微米，具有超顺磁性、快速磁响应性、优异的悬浮性、高表面积、高亲和力和高特异性等特点，将PolyT结构结合在磁珠表面。



mRNA的Ploy A尾部与磁珠表面的PolyT序列之间的碱基互补配对。利用标准杂交条件，可以很容易地将含有PolyA的mRNA结合到oligo (dT)上面，其他RNA种类(rRNA和tRNA)不包含polyA序列，因此不会与oligo(dT)磁珠结合。

另外，mRNA疫苗中的mRNA编码有着新冠病毒表面的抗原蛋白，只有mRNA与人体细胞内负责生产蛋白的核糖体相结合，就能够“指挥”核糖体生产S蛋白。不过mRNA非常脆弱，细胞中的很多很多酶能够迅速将它们降解，很难将mRNA递送到细胞内部。




另外，mRNA链是一个带有负电荷的长链大分子，人体的细胞表面有一层也带有负电荷的细胞膜，由于电荷相斥，mRNA分子没法轻易穿过细胞膜进入细胞内部。因此，使用携带正电荷的脂质分构的脂质纳米颗粒，帮助mRNA进入细胞的方法应运而生。



然而，由于带有正电荷的脂质分子具有一定毒性，用量过多可能导致细胞膜被破坏，从而杀伤健康细胞，因此以往采用纳米颗粒或者脂质体的生物产品经常因为毒副作用而中止开发。

最新开发的纳米颗粒采用了被称为“可离子化的脂质分子”（ionizable lipids）。它的极性随着pH值的变化会改变，在低pH值的环境中，它携带正电荷，这让它们可以与mRNA形成复合体，起到稳定mRNA的作用。然而在生理pH值时，它变成中性以减少对细胞的毒副作用。 在纳米颗粒的的外围，还包裹着受到聚乙二醇修饰的脂质分子，聚乙二醇（PEG）的修饰具有多种功能，它能够防止纳米颗粒聚集在一起，以控制纳米颗粒颗粒的大小，并且在最初可以起到防止纳米颗粒被人体的免疫系统发现的作用。此外，纳米颗粒中还包含着胆固醇和其它辅助脂质分子，协助构成纳米颗粒的完整结构。 在mRNA新冠疫苗得到广泛使用之前，美国FDA已经批准过使用纳米颗粒技术递送的RNA的疗法。2018年，由Alnylam公司开发的RNAi（RNA interference）疗法Onpattro（patisiran）就使用了纳米颗粒技术递送治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性（hATTR）患者的RNAi疗法。



不过作为每三周就需要输注一次的疗法，患者仍然需要服用多种抗炎症药物来减少对纳米颗粒的不良反应。目前，如果静脉注射的纳米颗粒会聚集到肝脏，肌肉注射的疫苗能够被免疫细胞摄入，但是纳米颗粒还不能特异性地将药物递送到身体其它部位的大部分组织中。



不过近日，由诺贝尔化学奖得主詹妮弗·杜德娜（Jennifer

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