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冻干技术在mRNA疫苗领域的突破性应用

发布日期:2023/1/31 9:39:50

摘要

mRNA疫苗在对抗新冠的过程中发挥了至关重要的作用。然而,较低的存储和运输温度,在一定程度上限制了其适用可及性。文中,作者提出了一种精准温控的冻干技术,冻干后的mRNA-LNPs理化性质维持良好,且在40°C条件下保存2个月,或25条件下保存6个月,mRNA无明显降解、小鼠免疫效果未下降,该冻干技术极大提高了mRNA-LNP的稳定性和可及性。


冻干技术

冻干是一种在真空下低温升华除去水分的方法。这是一种相对温和的干燥方法,适用于脆弱的生物大分子或胶体纳米颗粒。然而,mRNA-LNPs的干燥是一种更复杂的技术,因为冷冻和脱水的过程会引入机械力,使载体结构变形,导致载体聚集、mRNA断裂或泄漏。使用精准温控,残留含水量较低的优化冻干技术,可以有效地保持mRNA-LNPs长期保存的理化性质和生物活性。图1可以看出,冻干后的LNPs,其大小和多分散性指数变化不大,说明优化后的冻干工艺没有改变其基本物理性质。

图1.LNPs电镜图


图2.冻干及复溶后mRNA-LNPs状态图


在冻干过程中,升华时除去水分子,填充糖分子以维持mRNA-LNPs的结构完整性;而复溶后的液体呈均匀半透明状,与新鲜制备的mRNA-LNPs无差异(见图2)。并且,经毛细管电泳检测后发现,mRNA的完整性也得以很好地保持(见图3),表明冻干过程没有破坏mRNA的结构。

图3.毛细管电泳分析图



冻干mRNA-LNPs的长期稳定性

图4.冻干LNPs长期稳定性分析图

在4°C和25°C条件下,冻干6个月内的LNPs,其大小、PDI、EE或mRNA完整性均无明显变化(见图4)。且在25°C条件下,6个月后,LNPs仍能保持良好的纳米形态(见图1)。

图5.HPLC-CAD成分分析图

此外,我们通过高效液相色谱电雾式检测器法(HPLC-CAD)分析脂质。结果显示,四种脂质成分均定量的存在,没有脂质降解的迹象。由此分析,冻干mRNA-LNPs能保持良好的物理性质应归因于超低的含水量(< 2%)和含氧量(未检测到密封瓶漏气)。


Omicron mRNA冻干疫苗能同时诱导高水平的体液免疫和细胞免疫

图6. LyomRNA-Omicron激活免疫数据图

分析图6中的数据可以得到:Omicron RBD的结合抗体滴度与疫苗使用剂量有相同的变化趋势(图6a、b);且冻干疫苗能更强的激发CD4+、CD8+T细胞的产生(图6c、d);对于OmicronBA.1 / BA.2 / BA.3,LyomRNA-Omicron也有较好的中和效果,但对BA.4的中和活性与BA.1相比,GMT降低了20倍。总的来说,LyomRNA-Omicron可诱导有效的体液免疫和Th1显性细胞免疫。


Omicron mRNA冻干疫苗可增强人体免疫

图7.LyomRNA-Omicron人体内免疫数据图

为多名志愿者接种LyomRNA-Omicron作为加强疫苗,接种后无严重不良反应,安全性良好,且针对不同的变异株,抗体滴度均有大幅提升(见图7)。因此,LyomRNA-Omicron适合作为灭活疫苗的加强疫苗,对SARS-CoV-2野生型和Omicron变体均具有良好的免疫效果。


结论

mRNA-LNPs疫苗的不稳定性,决定了其低温冷链储运的苛刻条件,这极大地限制了疫苗的可获得性。文中,作者通过优化的冻干技术,成功的实现了mRNA-LNP疫苗在更高温度下的长期保存。此技术的应用对mRNA疫苗的存储和运输提供了更大的可能性,对于SARS-CoV-2等流行疾病的广泛预防提供了更强的助力。


参考文献:

[1] Ai, L., Li, Y., Zhou, L. et al. Lyophilized mRNA-lipid nanoparticle vaccines with long-term stability and high antigenicity against SARS-CoV-2. Cell Discov 9, 9 (2023). https://doi.org/10.1038/s41421-022-00517-9

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