上海斯微生物mRNA疫苗研发&递送平台

文章源自公众号:同写意

1、LPP递送平台

在讲LLP递送平台时,不得不提及病毒颗粒。李兰娟院士团队于2020年发表过一张新冠病毒的照片(如图1)。图中我们可以看出,新冠病毒是包括一个核和一个壳的结构,在核里面RNA分子与核蛋白紧密结合,且它表面还有一些冠状蛋白。

事实上,很多RNA病毒都如此,比如我们熟悉的狂犬病毒、流感病毒等。狂犬病毒中间的一些RNA与核蛋白组成的核结构,外面则是壳结构(图2左);流感病毒也是中间的一个mRNA与核蛋白组成的核与壳结构(图2右)。

在几十万年的进化过程中,我们的机体已建立有效抗御病毒的能力。当微生物进入机体,免疫细胞能精准识别不同形状、大小和组分的细菌和病毒。以RNA病毒为例,有单链、双链的RNA病毒入侵时,它们激活各种受体,由此引发我们机体的内部免疫,免疫细胞进而对其识别并吞噬,或使病毒的影响降到最低。很多年以前,科学家就认识到,可以设计一种类病毒结构,将mRNA递送到人体。例如,我们可以制备mRNA疫苗,或其他的mRNA治疗药物等进行递送。斯微的递送平台叫LPP。mRNA分子带有阴性负电荷,我们把mRNA分子与带有正电荷的聚合物混合,二者就会形成一种核结构,再将这个核用脂质双层结构包起来,可以得到核壳结构(图3)。

从上图可以看到,这样子的结构跟病毒相近,我们利用其递送mRNA,机体免疫系统就会非常容易识别它们,并进行吞噬。一旦mRNA颗粒被吞噬后,它就会在机体内表达。如果这是一个mRNA疫苗,mRNA分子便翻译抗原蛋白,接着免疫细胞递呈这个抗原蛋白,起到一个很好的作用。我们对LPP递送系统进行一定的激励性研究(图4),探索做出一种我们想要的类病毒递送系统。

在一个早期的研究中,我们发现,对于树突状细胞(DC2.4细胞),如果给它一种PBS、 OVA、ODN2095并不会起作用,然而给它一个LPP的mRNA,可以看到后者能刺激DC2.4细胞分泌IFN-β或者分泌TNF-α。如果把LPP/OVA mRNA与ODN2095同时使用,分泌IFN-β或者分泌TNF-α的效果就消失。从这一点我们知道, LPP mRNA分子是通过激活Toll-like receptor 7 通路发挥作用。接着,我们又把LPP-mRNA进行一定的改造,做成一种治疗性的肿瘤疫苗。把这个肿瘤疫苗接种到带有肿瘤的荷瘤小鼠,然后观察疫苗进入体内后去到什么地方,被什么细胞吞噬,是不是真正被免疫细胞吞噬。基于这一构想,我们把draining lymph node取下来,分析lymph node里的各种各样树突状细胞(DC细胞)的组成,以及哪一些DC细胞吞噬了LPP-mRNA疫苗分子。

总的来说,我们发现用mRNA疫苗来处理的小鼠,它的draining lymph node里吞噬疫苗颗粒的DC细胞增加了,而在三种不同的对照组里面没有增加。而且,在某一种特定的DC细胞(CD8α阳性的DC细胞)里面,它可以吞噬大量的这种LPP-mRNA分子。那么,我们可以知道LPP-mRNA疫苗颗粒可以有效地被CD8α阳性的DC细胞给吞噬(图5)。

如果把淋巴结或者把脾脏取出来,我们发现,给小鼠接种LPP-mRNA疫苗以后,这些淋巴结里面的T细胞或者脾脏里面的T细胞能够分泌出IFN-γ,看到有阳性的斑点(图6左)。同时,我们也把小鼠的tumor取出来进行单细胞分析。这里面是两种不同的肿瘤,一组来自对照组,另外一组是疫苗组。把这个肿瘤疫苗接种到带有肿瘤的荷瘤小鼠,然后观察疫苗进入体内后去到什么地方,被什么细胞吞噬,是不是真正被免疫细胞吞噬。可以看到,疫苗接种的小鼠里面起了两类变化,一类是CD8 T细胞在肿瘤里面富集。同时比较这个肿瘤里面的中性粒细胞以后发现,中性粒细胞数目在下降。由此我们得出结论,治疗性肿瘤疫苗它可以改善肿瘤的微环境,同时也能够刺激肿瘤特异性的T细胞增殖。

了解机体可以在不同的组织器官里面发生疾病后,我们接下来想做的事情,就是让LPP-mRNA去该去的地方。通过改良LPP组分大小等,这种LPP-mRNA基本上能够到肺部、肝脏或者脾脏。如果我们给小鼠皮下接种,这些LPP-mRNA就能够到达淋巴结;如果给小鼠肌肉接种,会发现大部分的LPP-mRNA停留在接种部位,同时有一些随着淋巴液去淋巴结,这些是我们愿意看到的(图7)。

举一个例子,我们希望 LPP-mRNA去脾脏,究竟有多少LPP-mRNA去了脾脏?我们使小鼠里面接种LPP-mRNA,然后把小鼠的心、肝、脾、肺、肾、脑都取下来,观察脾脏里占有了多少LPP-mRNA。通过定量分析,88.4%是去了脾脏,值得注意的是,去肝脏的LPP-mRNA颗粒不是太多。事实上,LPP-mRNA颗粒不让它去肝脏还是挺难的。我们得出结论就是,LPP-mRNA还是挺好用,它们去了该去的地方,取得该有的作用(图8)。

还有一点,这个研究发现,包括国外在内的很多企业都在使用LNP作为递送系统,和我们核壳结构的LPP不一样。LNP是一种脂质的纳米颗粒,虽然已在辉瑞、Moderna的疫苗上被证明很有效,可最近他们就发了一个lawsuits(如图9),这还是说明,LNP作为递送系统依然存在一些legal问题,而这些是LPP已经解决了的。

LPP递送是很好系统,斯微也对整个系统的上下游、制备过程进行了一定的优化,我们使用人工智能的方法来优化mRNA序列(图10)。

2、斯微的药物研发

通过使用LPP-mRNA,斯微生物也研发了一系列产品。事实上,mRNA药物不但可以制备疫苗(防御性疫苗、肿瘤疫苗等),它还可以被用做很多其他工作,比如基因组编辑、蛋白的替代治疗、抗体疗法以及细胞因子治疗等。

斯微的产品线中,有防御性的疫苗用以对抗各类传染病,也有治疗性疫苗和治疗性的一些其他mRNA药物(图11)。

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