纳米技术的突破加速了疫苗生产
尽管受德尔塔变异株影响，新冠疫情热点地区不断出现，但数据表明疫苗在预防住院和死亡方面依然有效。全球已接种超过40亿剂疫苗，但仅有27%的世界人口和1.1%的低收入国家人口至少接种了一剂新冠疫苗。在疫苗生产和分发的供应链中存在诸多挑战（如冷藏、成本和运输），其中脂质纳米颗粒的生产尤为关键。
图1：按国家和洲划分的疫苗接种比例分布图
为什么脂质纳米颗粒对mRNA疗法至关重要？
由于核酸固有的不稳定性及其理化性质，将mRNA疗法递送至人体内一直是一项重大挑战：
- 其负电荷和亲水性阻碍了跨生物膜的被动扩散
- 与血清蛋白的结合、被吞噬细胞摄取以及内源性核酸酶的降解，阻碍了高效递送
- 需要递送载体来保护它们免受降解，并将其递送至靶细胞以实现有效摄取。
脂质纳米颗粒（LNPs）已被证明能有效保护并将mRNA转运至细胞内，近期应用的mRNA新冠疫苗即是例证。
疫苗生产受限于脂质纳米颗粒的产量
任何疗法的规模化生产都十分困难，而为满足全球疫苗需求而生产这些脂质纳米颗粒更是一项重大挑战。合成专为这些疫苗开发和优化的专利可电离阳离子脂质是一个复杂的多步骤过程。但大规模生产LNP还面临更大的挑战——即将脂质和mRNA结合成纳米颗粒的任务。
事实上，对于药物制剂的高效生产，制造技术至关重要。传统的LNP制造方法（包括但不限于薄膜水化法、反相蒸发法、溶剂注入法和去垢剂去除法）通常会产生大尺寸（>100 nm）且不均匀的颗粒，且包封率较低，需要额外的减小尺寸步骤，如挤压或超声处理。此外，这些方法难以规模化，且可重复性较差。
微流控是一种新方法
近期，微流控技术在LNP生产中已取得成功。在微流控聚焦法中，一股醇类脂质溶液被强制通过一个通道，并被同轴的水相流束包围（图2A）。醇和水在界面处的相互扩散导致脂质沉淀并自组装成LNP。微流控技术稳健、可扩展且高度可重复。对于mRNA疫苗制剂，脂质混合物包括一种可电离阳离子脂质，以及PEG-脂质和辅助脂质（磷脂酰胆碱、胆固醇），而水相则包含核酸。阳离子脂质与带负电的核酸相互作用，从而获得高包封率的LNP。通过精确控制流速和组分比例等微流控操作参数，可以生产出尺寸确定且分布窄的LNP。然而，该工艺的通量有限（<10 mL/h），从而成为mRNA疫苗大规模生产的瓶颈。
图2. 单通道微流控装置（A）和一种新型并行微流控装置（B），包含128个并行工作的微混合通道
早期结果令人振奋
近期制造技术的突破使微流控生产效率提升了百倍以上。该微流控装置采用超大规模微流控集成（VLSMI）平台技术，内置128个并行工作的微混合通道。这些通道能精确混合脂质与mRNA，从而制备出粒径可控且mRNA包封量精准的脂质纳米颗粒。该装置的通量是单通道微流控装置的百倍以上（18.4升/小时），并具备进一步扩展的巨大潜力，为RNA脂质纳米颗粒的规模化生产提供了可能。已发表的研究结果表明，该并行微流控装置所生产的脂质纳米颗粒，可有效应用于基于siRNA和mRNA的治疗药物及疫苗中。
脂质纳米颗粒生产将助力更多mRNA疗法的实现
此类疫苗和疗法的开发有望通过基因编辑和蛋白质替代疗法彻底改变医学领域。目前，基于LNP的mRNA疫苗已进入针对多种传染病的临床试验阶段，例如针对寨卡病毒、巨细胞病毒、结核病和流感的核苷修饰mRNA疫苗。mRNA治疗性疫苗在黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌及其他实体瘤的癌症免疫治疗中展现出巨大潜力。
利用mRNA表达治疗性蛋白质，为通过蛋白质替代疗法治疗多种疾病带来了广阔前景。这项新开发的微流控制造技术满足了临床对可扩展、高精度且可重复的LNP生产需求，从而能够为各类RNA治疗药物和疫苗快速制备LNP。尽管这可能无法彻底解决全球分发难题，但它标志着mRNA所开启的潜在疗法与疫苗新时代迈出了关键一步。
