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解释:为什么Covid-19的RNA疫苗赛跑到了包的前部

发布2020年12月15日

多年的研究使科学家能够快速合成RNA疫苗,并将其输送到细胞内。

开发和测试新疫苗通常至少需要12至18个月。然而,在SARS-COV-2病毒的遗传序列出版遗传序列后,仅超过10个月,申请FDA紧急使用疫苗的两家药品公司似乎对病毒具有高度有效的疫苗。

这两种疫苗都是由信使RNA制成的,细胞自然使用信使RNA将DNA的指令传递给细胞的蛋白质构建机制。此前,FDA从未批准过基于mRNA的疫苗。

对于SARS-COV-2的大多数疫苗引起了靶向冠状病毒穗蛋白的免疫反应,该刺激蛋白在病毒表面上。信使RNA疫苗编码刺突蛋白片段,这些mRNA序列在实验室中比刺突蛋白本身更容易生成。图片信用:Pearson0612 VIAPixabay.,免费许可证

然而,对RNA疫苗的研究已经进行了多年,这也是科学家能够如此迅速地开始测试这种针对Covid-19的疫苗的原因之一。病毒序列在今年1月公布后,制药公司Moderna和辉瑞(Pfizer)及其德国合作伙伴BioNTech只用了几天时间就生产出了候选mRNA疫苗。

“信使rna的独特之处在于它能够快速生成针对新疾病的疫苗。我认为这是这项技术背后最激动人心的故事之一,”麻省理工学院化学工程教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所成员丹尼尔·安德森说。

大多数传统疫苗是由灭活的或减弱的病毒或细菌组成。这些会引发免疫反应,让身体随后击退真正的病原体。

RNA疫苗不是传递病毒或病毒蛋白质,而是传递基因信息,使人体自身细胞产生病毒蛋白质。为病毒蛋白质编码的合成信使rna可以借用这种机制来制造该蛋白质的许多副本。这些蛋白质刺激免疫系统产生反应,而不会造成任何感染风险。

信使rna的一个关键优势是,一旦研究人员知道了他们想要靶向的病毒蛋白质的序列,就很容易合成。大多数SARS-CoV-2疫苗都会引发针对冠状病毒刺突蛋白的免疫反应,这种蛋白位于病毒表面,使病毒具有典型的刺突形状。信使RNA疫苗编码刺突蛋白片段,这些mRNA序列在实验室中比刺突蛋白本身更容易生成。

“对于传统疫苗,你必须进行大量的开发。你需要一个大工厂来制造蛋白质或病毒,而培养它们需要很长时间,”麻省理工学院戴维·h·科赫研究所教授、科赫研究所成员、Moderna的创始人之一罗伯特·兰格(Robert Langer)说。“信使rna的美妙之处在于你不需要它。如果你将纳米包裹的信使rna注射到人体内,它会进入细胞,然后身体就是你的工厂。身体会处理其他的事情。”

兰格花了几十年的时间开发新的药物递送方法,包括治疗性核酸,如RNA和DNA。20世纪70年代,他发表了第一项研究,表明可以将核酸和其他大分子封装在微小颗粒中,并将它们输送到人体内。(麻省理工学院教授菲利普·夏普和其他人在RNA剪接方面的工作,这也奠定了为今天的mRNA疫苗奠定了基础也开始于70年代。)

“当时是非常争议的,”Langer回忆起。“每个人都告诉我们这是不可能的,我的第一个九个补助金被拒绝了。我花了大约两年的工作,我发现了200多种方法来努力。但是,最终我确实找到了一种让它工作的方法。“

,发表于自然在1976年,由合成聚合物组成的微小粒子可以安全地携带和缓慢释放大分子,如蛋白质和核酸。后来,兰格和其他人证明,当聚乙二醇(PEG)被添加到纳米颗粒的表面时,它们可以在体内停留更长的时间,而不是几乎立即被破坏。

在随后的几年里,兰格、安德森和其他人开发了一种叫做脂质纳米颗粒的脂肪分子,这种分子在输送核酸方面也非常有效。这些载体保护RNA不被体内分解,并帮助它通过细胞膜。Moderna和辉瑞的RNA疫苗都是由带有聚乙二醇的脂质纳米颗粒携带的。

“信使RNA是一种大型亲水分子。它本身不会自然地进入细胞,所以这些疫苗被包裹在纳米颗粒中,便于在细胞内传递。这使得RNA可以被输送到细胞内,然后转化成蛋白质。”安德森说。

2018年,FDA批准了首个RNA脂质纳米颗粒载体,该载体由Alnylam制药公司开发,用于递送一种名为siRNA的RNA。与mRNA不同的是,siRNA会使目标基因沉默,这可以通过关闭引起疾病的突变基因而使患者受益。

对于mRNA疫苗的一个缺点是它们可以在高温下分解,这就是为什么当前疫苗储存在这种寒冷的温度下。PFizer的SARS-COV-2疫苗必须储存在-70摄氏度(-94华氏度)和-20 c(-4 f)的现代疫苗。使RNA疫苗更稳定,Anderson指出,是通过称为冻干的过程添加稳定剂并从疫苗中除去水,这已被证明允许一些mRNA疫苗储存在冰箱中而不是冷冻机中。

这两种临床试验中这两种Covid-19疫苗(大约95%)的引人注目的效果提供了希望这些疫苗有助于结束目前的大流行,也是在未来,RNA疫苗可能有助于战斗安德森说,对抗其他疾病,如艾滋病毒和癌症。

“该领域的人,包括我自己,都看到了这项技术的很多前景,但在获得人类数据之前,你真的不知道。因此,看到这种保护水平,不仅是辉瑞疫苗,还有Moderna,真的验证了该技术的潜力——不仅对Covid,而且对人们正在研究的所有其他疾病,”他说。“我认为这是该领域的一个重要时刻。”

作者:Anne Trafton

来源:麻省理工学院

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