與時間賽跑:mRNA疫苗的技術競賽
奧密克戎在上海的迅速蔓延一個多月,新冠病毒變異后傳播力猛增的局面,使得全國醫療資源最豐富的地方也顯得捉襟見肘。隱匿又迅猛的傳播一方面讓抗疫一線的壓力猛增,另一方面也凸顯了提升疫苗接種率的緊迫性。
同一時期的上海,120多家生物醫藥企業在以不到半數的人力資源超負荷運轉,既有生產“達菲”的上海羅氏,也有加緊研發小分子新冠口服藥的君實生物,還有恒瑞這樣的市場巨無霸。
在不那么廣為人知的上海醫藥產業版圖里,還有一家以研發mRNA疫苗見長的biotech公司“斯微生物”。它的特殊性在于既非國企,也不是大型上市藥企。而疫情期間,頻繁出現在輿論潮頭的疫苗研發,又給全國人民上了一堂生動的mRNA技術科普入門課。
馬斯克一度將mRNA稱為“醫學的未來”——“mRNA就像一個電腦程序,你可以對其進行編程以執行所需的任何操作,你甚至都可以變成蝴蝶。醫學的未來是mRNA,基本上你可以使用mRNA治愈一切[1]。”
對于斯微生物而言,近10年在mRNA疫苗上的高強度投入,不僅是商業層面的競爭,更是一次疫情期間與千萬生命的賽跑。
01、中國需要自己的mRNA疫苗
2022年以來,新冠病毒奧密克戎變種的侵襲,也讓mRNA疫苗這個話題再次成為了輿論的焦點。
最新的真實世界研究表明,在預防感染層面上,三針mRNA疫苗比三針滅活疫苗更有效。鐘南山院士公布的一項巴西異源性疫苗接種結果也顯示,接種兩針科興疫苗6個月后疫苗防感染的保護率降到了34.7%,防重癥率72.5%。
而此時,如果加強一針mRNA疫苗,14到30天后疫苗抗感染的有效性激增到92.7%,防重癥率達到97.3%[2]。
同一時期,伴隨疫情的反復,輿論也在逐漸意識到這樣一個事實:大量的輕癥感染成為了疫情的關鍵;在防治重癥的基礎上,新冠疫苗的防感染效果越來越重要。而最新的真實數據表明,mRNA可以有效的答復降低輕癥的感染,或許可能成為控制疫情的“殺手锏”。一時間,國產mRNA疫苗成了我國抗疫工具包內緊缺的“戰略物資”。
4月上旬,國家藥監局在24小時之內,一連批準了兩款國產mRNA疫苗臨床試驗。而之前已進入臨床階段的艾博生物、斯微生物和艾美疫苗都在和時間賽跑。在不斷反復的疫情面前,每一家藥企都想成為率先交卷的尖子生。
正如斯微生物董事長李航文博士所說,做疫苗的人大都是有些情懷的。斯微生物從2016年開始研發mRNA疫苗相關技術,是國內最早布局這一領域的企業。新冠疫情爆發之后,斯微生物也迅速跟進,成為國內第二家進入臨床階段的mRNA疫苗企業。
對于mRNA這個大眾層面鮮為人知的行業來說,新冠疫情是一臺巨大的加速器。整個行業出現了跳躍式的發展,資本瘋狂涌入這一賽道。但隨之而來的,就是泡沫破裂的聲音。
與Moderna、BioNTech并稱mRNA三巨頭的德國Curevac,2021年6月因為在研的新冠疫苗臨床數據不佳,單日暴跌39%,如今市值只剩巔峰期的15%。
2019年以前,mRNA疫苗在國內屬于無人問津的冷門賽道。而到了2022年4月,已有7家國內企業的mRNA疫苗進入臨床階段。這還不包括復星醫藥和BioNTech合作的“復必泰”(BNT162b2)。
看上去,距離國產mRNA疫苗的獲批上市,已經只差一層窗戶紙。橫亙在國內企業面前的,是mRNA行業的三道必答難題:遞送、給藥、專利[3]。
02、三個難題與一個答案
對于這三個難題,斯微生物給出了同一個答案——LPP。
目前進入臨床階段的mRNA疫苗,大都使用了LNP遞送技術,斯微生物則選擇使用擁有自主知識產權的LPP遞送技術。而遞送系統,正是mRNA疫苗的know how。
mRNA疫苗雖然聽起來尖端深奧,但其底層的基本原理非常簡單,甚至沒有超過高中生物學的大綱——mRNA也稱為信使RNA,在遺傳過程中充當DNA與蛋白質之間的橋梁。
而mRNA新冠疫苗的設計思路,就是在病毒表面找一個mRNA,帶著生產S蛋白的信息,指導細胞內的核糖體直接加工出S蛋白。而這些S蛋白就會成為抗原,引起人體的免疫反應。
不過就像原子彈的圖紙大家都有,但沒幾個國家造得出來一樣。一項技術從理論到產品,從產品到商業化,都是一座座難以跨越的大山,放在醫藥行業,還多了“臨床”這一座大山。
放在mRNA疫苗上而言,mRNA是一個帶負電荷的單鏈結構,極度脆弱。而細胞膜表面也是帶負電的,mRNA根本不可能單刀直入,獲得細胞的芳心。
因此,將mRNA送到細胞內的遞送系統,就成為了mRNA疫苗的核心科技。
目前,mRNA的遞送系統有LNP,LPP,LPX,LNC等等,但大多停留在“理論”的階段。但目前進入臨床階段的,只有LNP和LPP兩種。
LNP(Lipid Nanoparticle)遞送技術,就是把mRNA包裹在由可電離的陽離子脂質、PEG化脂質、膽固醇和磷脂四種成分組成的納米脂質體顆粒里面。目前所有采用LNP技術的mRNA疫苗,四種脂質的配比不能說毫無關系,只能說是一模一樣。
圖片來源:海通國際
而LPP (lipopolyplex) 納米遞送平臺則是一種以聚合物包載mRNA為內核、磷脂包裹為外殼的雙層結構。LPP的雙層納米粒和傳統的LNP相比具有更好的包載、保護mRNA的效果,并能夠隨聚合物的降解逐步釋放mRNA分子。
圖片來源:斯微生物官網
打一個通俗的比方,LNP技術就是將四種組分按比例和mRNA片段混合在一起,用現在最先進的微流控技術混合(mix),然后做成mRNA疫苗,有點類似于蛋炒飯。飯要粒粒分開,還都要沾著蛋。通過PH值和有機溶劑的精準調節。絕大部分mRNA都和四種脂質體形成設計中的LNP-mRNA。這種結構有點類似于人體內外泌體(exosome),雖然也能被免疫細胞吞噬,但免疫細胞并不熱衷于這種口味。
圖片來源:海通國際
而LPP結構則是先將帶正電的陽離子聚合物和帶負電荷的mRNA混合成一個牢固的核,再將這個核和不同的脂質體混合成一個長得像病毒的核殼結構。mRNA受到雙重保護,更不容易水解,有點類似于滾元宵,先做好餡兒,再裹上糯米粉。隔壁的小孩兒(樹突狀細胞和巨噬細胞)都饞瘋了。同時,LPP-mRNA自帶佐劑,使這些抗原遞呈細胞保持活性狀態。
在給藥這一難題上,LPP獨有的核殼結構也有很好的表現。目前已經上市的mRNA新冠疫苗都采取肌肉注射的方式給藥,而未來的mRNA藥物將應用在腫瘤治療等更多的領域,需要更為精致的靶向制導。在這一點上,LPP的核殼結構可以通過調整不同的脂質體配比和電荷,將mRNA精確的遞送到不同的人體器官。
除了在技術原理上的創新,LPP對于中國而言還有一個得天獨厚的優勢:避免很多專利上的潛在風險。
雖然LNP遞送技術多為國內外巨頭應用,但是LNP專利卻來源于一家名不見經傳的加拿大生物公司Arbutus。
Arbutus的前身Inex在20年前發現了LNP4種脂質體成分的黃金配比,并且申請了周密的專利保護。而目前各國藥監部門批準的脂質體顆粒并不多,這也導致在LNP的框架內,很難繞開Arbutus的專利。作為mRNA領域市值最高的公司,Moderna就在LNP專利上吃了大虧。
2021年12月1日,Moderna與Arbutus的專利糾紛敗訴,當日股價下跌11.87%,市值蒸發160億美元。相當于40個Arbutus的體量。
由于LNP的專利情況非常復雜,即使得到了專利授權,也并不能高枕無憂。2021年5月,在談到mRNA疫苗時,鐘南山院士曾經說過,“在突破科技創新方面的瓶頸,我從不指望國外,要靠自己[5]。”
對此,斯微生物的CTO,LPP技術的發明人沈海法教授有一個很有趣的比喻。LNP結構就好像燃油車。Arbutus研發出了福特的T型車,然后將所有四個輪子使用燃油發動機驅動的車型都申請了專利。
后來者很難在這個的框架內做出革命性的成果。而LPP則是完全不一樣的結構,就像電動車一樣,雖然目前滲透率還很低,但有著更多的可能性。更重要的是,它可以很容易避開專利上“卡脖子”的風險。
03、mRNA行業的未來
毫無疑問,生物醫藥的前沿陣地,已經從蛋白藥物進入到核酸藥物。而mRNA疫苗則是近年來核酸藥物中異軍突起的一匹黑馬。它擁有5點核心優勢。
(1)mRNA可以表達任意種類的蛋白,品種多;(2)mRNA可以同時表達多個蛋白,相比于傳統蛋白藥物成本更低;(3)mRNA疫苗生產周期極短,3個月內完成GMP生產及質量控制,可以應對大規模突發性疾病;(4)mRNA疫苗是一種平臺型技術,復用性強;(5)同一生產線可用來生產不同疫苗產品,安全性高,質控有保證。
總結一下,就是一個品種多,研發快,效果好,成本省、復用性強的疫苗生產平臺。但近年來大量的資本涌入,也會帶來一個問題。mRNA行業的未來會和PD-1一樣內卷嗎?
對于這個問題,李航文博士認為,mRNA和PD-1有一點本質性的不同。
PD-1是一個產品,而mRNA則是一個完全模塊化的平臺型技術。雖然PD-1是一個百億級別的市場,但和mRNA未來的無限可能相比,仍然相形見絀。
而在國內的mRNA疫苗企業當中,擁有完整平臺型技術的企業并不多。如果這些領先企業的mRNA新冠疫苗能夠獲批上市,就能在短期內積累足夠的技術和資金優勢,和后續的競爭對手拉開身位。
正是基于這樣的戰略規劃,斯微生物已經在上海建成了現代化生產工廠,可以實現4億劑/年的生產規模。即使在上海疫情最嚴峻的時刻,在斯微的實驗室和車間之中也依然是科研人員忙碌的身影。
他們所追逐的,并不是國外mRNA巨頭的背影,而是中國mRNA產業的未來。
參考資料:
[1] 馬斯克這個“瘋子”,稱mRNA是醫學的未來,MedTrend醫趨勢
[2] 3針,死亡率降98.7%!,虎嗅
[3] mRNA疫苗的三道必答難題:遞送、給藥、專利,DeepTech深科技
[4]mRNA疫苗技術&難點全梳理&國內外代表企業,國金證券研究所
[5]鐘南山:突破技術瓶頸要靠自己,我從不指望國外,環球時報
[6]mRNA藥物上游產業鏈 —揚帆起航,星辰大海 ,海通國際
標簽: 時間賽跑