Przyszłość terapii mRNA

min.

4 Aug, 2025

Aurelie Demont

Technologia mRNA (informacyjnego RNA) znacząco rozwinęła się w ostatnich latach i ma potencjał, by zrewolucjonizować wiele dziedzin biomedycyny.

dłoń w niebieskiej rękawiczce trzymająca pojemnik

Technologia ta była rozwijana przez dziesięciolecia, ale światową sławę zyskała podczas pandemii COVID-19, kiedy została wykorzystana jako podstawa do stworzenia pilnie potrzebnych szczepionek. Rozwój terapii wykorzystujących mRNA wciąż napotyka na różne wyzwania technologiczne i produkcyjne, które utrudniają ich upowszechnienie. Jednak ostatnie postępy sprawiły, że technologia ta może mieć znaczący wpływ na kluczowe obszary związane z lecznictwem w sektorze biomedycznym, w tym onkologię, immunologię, schorzenia genetyczne oraz choroby zakaźne i przewlekłe. Pojawienie się terapii mRNA stało się możliwe częściowo dzięki równoczesnemu postępowi w dziedzinie rozwoju precyzyjnych instrumentów i technologii pomiarowych. Chociaż technologia mRNA najprawdopodobniej w dalszym ciągu będzie wykorzystywana głównie w produkcji szczepionek, inne zastosowania, takie jak edytowanie genów i zastępowanie białek, mogą przynieść równie przełomowe zmiany. W tym artykule skupiono się na postępach w zakresie zwiększania skuteczności terapii wykorzystujących mRNA oraz na tym, w jaki sposób wykorzystać potencjał tej technologii jako przełomowej metody w leczeniu wielu schorzeń.

„Urządzenia analityczne METTLER TOLEDO ułatwiają dokładny pomiar kluczowych parametrów, takich jak czystość i stężenie, które mają zasadnicze znaczenie dla optymalizacji wydajności i zapewnienia integralności rozwiązań terapeutycznych wykorzystujących mRNA”.
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager

W ostatnich latach technologie mRNA odnotowały szybki postęp. Wynika to przede wszystkim z pokonania głównych barier produkcyjnych i wyzwań logistycznych związanych z przechowywaniem, dystrybucją i zastosowaniem gotowych produktów.

Stabilność

naukowiec trzymający w palcach pojemnik z cieczą

Cząsteczka mRNA jest z natury niestabilna, wyjątkowo wrażliwa na temperaturę i podatna na spontaniczny rozkład wskutek autohydrolizy. Ma to wpływ na trwałość preparatów zawierających mRNA podczas transportu, przechowywania i stosowania terapeutycznego. Muszą one być przechowywane w bardzo niskich temperaturach, aby zachować stabilność, choć z czasem ulegają degradacji nawet w optymalnych warunkach.

Immunogenność

naukowiec pracujący w laboratorium z mRNA

Egzogenny RNA może pobudzać układ odpornościowy, dlatego terapie mRNA niosą ryzyko silnych reakcji immunologicznych – silniejszych, niż wymagana odpowiedź na konkretny antygen – co utrudnia ich bezpieczne zastosowanie u ludzi. Modyfikowanie zasad urydyny oraz projektowanie sekwencji w celu ograniczenia obecności dwuniciowego RNA pomaga zmniejszyć niepożądaną immunogenność, jednak pozostaje to istotnym wyzwaniem, które muszą uwzględniać przyszłe formuły terapeutyczne. Resztki DNA wykorzystywanego w produkcji preparatów zawierających mRNA mogą w znacznym stopniu przyczynić się do wytworzenia niepożądanej odpowiedzi immunologicznej u pacjentów, jeśli nie zostaną w odpowiedni sposób usunięte z preparatu.

Efektywność translacji mRNA

Aby terapie mRNA mogły wywołać efekt terapeutyczny, muszą zostać przetłumaczone przez endogenny aparat translacyjny komórki. We wczesnych fazach rozwoju terapie mRNA miały niską efektywność translacji, co zmniejszało ich realną skuteczność terapeutyczną.

Wąskie gardła w produkcji

Produkcja mRNA na dużą skalę jest ograniczona ze względu na koszty odczynników oraz konieczność stosowania złożonych procesów technologicznych. Szczególnie kosztownym etapem jest kapowanie RNA, które wymaga dużych ilości drogich odczynników. Wczesne odczynniki stosowane do kapowania charakteryzowały się niską efektywnością i mogły prowadzić do powstawania mRNA, które nie nadawało się do translacji.

Postęp od czasu wprowadzenia szczepionki przeciw Covid

Formaty mRNA

Obecnie cząsteczki mRNA są produkowane w różnych formatach, w tym jako RNA koliste oraz RNA samoreplikujące się. Formaty te pomagają przezwyciężyć problemy ze stabilnością, immunogennością i dawkowaniem. Udoskonalenia w optymalizacji kodonów pomogły poprawić wydajność translacji oraz stabilność strukturalną.

Innowacje w produkcji

Pojawienie się nowych odczynników do kapowania usunęło istotne ograniczenie w produkcji mRNA na dużą skalę. Ponadto ogólna poprawa w zakresie automatyzacji laboratoriów, przechowywania, ważenia oraz oprzyrządowania analitycznego znacząco przyczynia się do przyspieszenia cykli opracowania nowych preparatów. Nowoczesne rozwiązania umożliwiły również realizację określonych procesów, które wcześniej wymagały przeprowadzenia oddzielnych reakcji, w ramach jednego etapu produkcji. Na przykład transkrypcja in vitro i kapowanie mogą być teraz przeprowadzane w jednej mieszaninie, co upraszcza procesy produkcyjne.

Systemy dostarczania

Dokonano szybkich postępów w systemach dostarczania mRNA, zwłaszcza w obszarze lipidowych nanocząsteczek (LNP). Systemy dostarczania oparte na lipidowych nanocząsteczkach pomagają utrzymać stabilność mRNA podczas transportu oraz zmniejszają immunogenność.

METTLER TOLEDO dostarcza zautomatyzowane platformy do transkrypcji mRNA in-vitro, które pomagają obniżyć koszty i wyeliminować typowe zanieczyszczenia. Oferuje także niezawodne rozwiązania do produkcji lipidów PEG wykorzystywanych w formułach lipidowych nanocząsteczek (LNP) oraz dostarcza narzędzia do spektrofotometrii UV/Vis do kontroli jakości na każdym etapie rozwoju terapii opartych na mRNA.

Przyspieszone projektowanie

Sztuczna inteligencja (AI) odgrywa coraz większą rolę w automatyzacji procesu projektowania szczepionek mRNA, przyspieszając jego przebieg poprzez optymalizację doboru skutecznych i stabilnych sekwencji mRNA. Na przykład jedno z narzędzi AI umożliwiło opracowanie szczepionki na COVID o dłuższym okresie przydatności do użycia, która wywoływała silniejszą odpowiedź immunologiczną w porównaniu ze szczepionkami opracowanymi przy użyciu wcześniejszych metod projektowania. Sztuczna inteligencja może być również wykorzystywana do optymalizacji sekwencji w innych zastosowaniach wykraczających poza szczepionki mRNA.

Nowoczesne technologie precyzyjne i rozwiązania zautomatyzowane

Rozwój terapii opartych na mRNA odbywa się w warunkach, które charakteryzują się zarówno dużą konkurencyjnością, jak i presją czasu, dlatego postęp w dziedzinie analitycznych narzędzi laboratoryjnych odgrywa zasadniczą rolę na drodze do osiągnięcia sukcesu. Nowoczesne, precyzyjne rozwiązania przyspieszają rozwój tych zaawansowanych technologii, skracając czas wprowadzenia produktu na rynek i pomagając firmom zachować zgodność z wymogami prawnymi oraz normami branżowymi. METTLER TOLEDO oferuje zautomatyzowane systemy sterowania bioreaktorami, w tym do transkrypcji mRNA in vitro, które znacząco zwiększają efektywność opracowywania terapii mRNA. Systemy te ograniczają zmienność, zapewniając powtarzalność i skalowalność procesu projektowania.

Przyspieszone badania przedkliniczne

Automatyzacja rewolucjonizuje wydajność i dokładność procesów technologicznych w całym obszarze nauk przyrodniczych. Szczególnie sprawdza się w przypadku wysokowydajnych analiz, zwłaszcza tych opartych na hodowlach komórkowych. Testy komórkowe stanowią podstawę oceny różnych parametrów szczepionek mRNA podczas ich opracowywania. Obejmuje to testowanie konstrukcji mRNA pod kątem produkcji antygenu, immunogenności antygenu oraz toksyczności komórkowej. Testowanie toksyczności odgrywa zasadniczą rolę w opracowywaniu każdej nowej terapii, jednak w przypadku terapii mRNA ma szczególne znaczenie dla oceny wpływu nowych formulacji oraz strategii dostarczania mRNA.

Przyspieszone badania kliniczne

Wiele szczepionek mRNA opracowanych podczas pandemii COVID zostało objętych przyspieszonym trybem zatwierdzania, natomiast postęp technologiczny umożliwił również przyspieszenie badań klinicznych tych modeli. Sztuczna inteligencja pomaga usprawnić projektowanie oraz realizację badań klinicznych, umożliwiając wybór odpowiednio dopasowanych grup pacjentów, optymalizację procesu ich rekrutacji oraz usprawnienie analizy danych w celu bardziej precyzyjnego identyfikowania wzorców i oceny wyników. Postępy w dziedzinie rozwoju urządzeń analitycznych przyczyniają się do ciągłego usprawniania procesów technologicznych, w tym precyzyjnego ważenia odczynników i przeprowadzania testów analitycznych, takich jak spektroskopia masowa, która służy do walidacji jakości technologii mRNA. Ulepszenia te pomagają naukowcom dostosować się do wymogów regulacyjnych oraz wyeliminować typowe przyczyny opóźnień i niepowodzeń w badaniach klinicznych.

Opracowanie szczepionek mRNA w czasie pandemii COVID-19 otworzyło drogę do zastosowania technologii mRNA w wielu innych dziedzinach.

Onkologia

Ze względu na swoją niestabilność genetyczną nowotwory często wykazują obecność neoantygenów, które odróżniają je od zdrowych tkanek. Oznacza to, że układ odpornościowy można wytrenować do niszczenia komórek nowotworowych, podobnie jak niszczy on atakujące organizm patogeny. Szczepionki mRNA przeciwko nowotworom działają poprzez dostarczanie mRNA kodującego określone antygeny nowotworowe, które z kolei trenują układ odpornościowy do rozpoznawania i atakowania komórek nowotworowych. Szczepionki mRNA stanowią wiodącą technologię w spersonalizowanym podejściu do leczenia nowotworów, a obecnie trwa ponad sto programów badań klinicznych oceniających skuteczność terapii mRNA w leczeniu różnych rodzajów nowotworów.

Choroby zakaźne

Technologie mRNA umożliwiają szybkie projektowanie i rozwój nowych preparatów, co sprawia, że są niezwykle przydatne w zwalczaniu chorób zakaźnych. Teoretycznie mRNA może kodować nieograniczoną liczbę unikalnych białek. Oznacza to, że można je łatwo zastosować w walce z nowymi patogenami, takimi jak COVID-19, ale także w przypadku szybko mutujących wirusów, takich jak HIV i wirusy grypy. Szczepionki mRNA mogą przyspieszyć proces opracowywania sezonowych szczepionek przeciw grypie, uwalniając zasoby i zapewniając skuteczne wprowadzanie szczepionek na rynek. Oparta na mRNA szczepionka przeciwko wirusowi Epsteina-Barra znajduje się w fazie I badań klinicznych.

Choroby autoimmunologiczne

Choroby te występują, gdy układ odpornościowy atakuje zdrową tkankę żywiciela. Technologie mRNA można zastosować w celu wywołania tolerancji immunologicznej i zapobiegania reakcjom zapalnym skierowanym przeciwko autoantygenom lub określonym typom tkanek. Przez kodowanie białek lub peptydów modulujących odpowiedź immunologiczną terapie mRNA mogą wspierać powstawanie komórek regulacyjnych układu odpornościowego lub białek tolerogennych. Terapia oparta na mRNA opracowana przez firmę Moderna, kodująca interleukinę 2 w celu zwiększenia populacji komórek T-regulatorowych, znajduje się obecnie w fazie rozwoju klinicznego.

Choroby genetyczne

Do tej pory technologia mRNA była wykorzystywana głównie w szczepionkach oraz do wzmacniania układu odpornościowego w celu ochrony przed chorobami zakaźnymi. Jednak jest ona niezwykle wszechstronna i może być wykorzystywana z powodzeniem do innych zastosowań. Wiele chorób powstaje w wyniku wytwarzania nieprawidłowo funkcjonujących białek, co jest spowodowane mutacjami genetycznymi. Terapie mRNA umożliwiają dostarczanie pacjentom zdrowych kopii mRNA, które są następnie przekształcane w funkcjonalne białka. Może to mieć szczególne znaczenie w przypadku chorób takich jak mukowiscydoza (CF), które wynikają z mutacji w jednym genie i charakteryzują się dobrze poznanym profilem mutacyjnym. Takie leczenie miałoby jednak charakter przejściowy i prawdopodobnie nie dawałoby trwałych efektów w porównaniu z terapiami genowymi integrującymi materiał genetyczny. Trwają wczesne badania kliniczne mające na celu ocenę wpływu mRNA kodującego zdrowe kopie białka odpowiedzialnego za mukowiscydozę na poprawę funkcjonowania płuc.

Ponadto technologia mRNA może być wykorzystana do dostarczania narzędzi do edycji genów, takich jak system CRISPR-Cas9, w celu leczenia różnych chorób genetycznych. W tej metodzie terapia może być stosowana bezpośrednio u pacjentów lub poprzez modyfikację ich komórek poza organizmem, a następnie ponowne ich wprowadzenie do organizmu.

Medycyna regeneracyjna

Terapie mRNA mogą znaleźć zastosowanie w medycynie regeneracyjnej do kodowania białek, które pomagają w naprawie tkanek lub kierują mechanizmy naprawcze organizmu na określone obszary. Podejście to może okazać się rewolucyjne w dziedzinie kardiologii, ponieważ uszkodzona tkanka serca nie goi się tak skutecznie jak inne tkanki organizmu. Metoda ta ma przewagę nad terapiami genowymi, ponieważ umożliwia dostosowanie dawki leku do indywidualnych potrzeb pacjenta i może zostać przerwana po zregenerowaniu uszkodzonej tkanki.

Cukrzyca

Technologie oparte na mRNA można wykorzystać w leczeniu cukrzycy na kilka sposobów. Jedną z możliwości jest użycie mRNA do dostarczenia komórkom beta instrukcji dotyczących regeneracji oraz zwiększenia proliferacji i różnicowania prekursorów komórek beta. Obiecujące wyniki zaobserwowano u myszy, u których wstrzyknięcie mRNA sprzyjało gojeniu się ran cukrzycowych. Technologia mRNA może być również wykorzystana do edycji genów, aby pomóc w leczeniu cukrzycy o podłożu genetycznym.

Wyzwania do pokonania

Pomimo postępów w rozwoju technologii mRNA i poprawy wydajności produkcji, technologia ta jest daleka od osiągnięcia optymalnego poziomu, a wiele istotnych kwestii nadal wymaga rozwiązania.

Powolna produkcja

Obecne procesy nie w pełni wykorzystują automatyzację i przetwarzanie w trybie ciągłym, co prowadzi do wolniejszego rozwoju terapii mRNA. Niska efektywność procesów może również zwiększać liczbę cykli zamrażania i rozmrażania, którym poddawane jest mRNA podczas produkcji, co obniża jej wydajność i wpływa na jakość.

Przechowywanie

Produkcja mRNA na większą skalę napotyka problemy związane z długoterminowym przechowywaniem. Liofilizacja umożliwia przechowywanie kapsułkowanych preparatów mRNA w wyższych temperaturach, co może pomóc złagodzić problemy logistyczne w łańcuchu dystrybucji. Jednak wiadomo, że taka metoda przechowywania może obniżać efektywność enkapsulacji mRNA.

Koszty

Automatyzacja może pomóc obniżyć koszty produkcji na dużą skalę, ale wytwarzanie mRNA dopasowanego do potrzeb konkretnego pacjenta — w mniejszych ilościach — prawdopodobnie nadal będzie bardzo drogie i mało wydajne. Z tych względów wykorzystanie mRNA w medycynie spersonalizowanej może być ograniczone, natomiast duże programy szczepień będą korzystać z automatyzacji produkcji.

Immunogenność i toksyczność

Skalowanie procesów kontroli jakości, takich jak chromatografia, to kolejne wyzwanie, które trzeba pokonać, aby usunąć niepożądane immunostymulujące cząsteczki z preparatów terapeutycznych mRNA. Niektóre systemy dostarczania mRNA mają tendencję do gromadzenia się w wątrobie, co może prowadzić do uszkodzenia jej komórek. Dlatego ważne jest opracowanie technologii umożliwiających kierowanie lipidowych nanocząsteczek do określonych narządów.

METTLER TOLEDO dostarcza zaawansowane systemy ważenia i urządzenia analityczne, które pomagają zapewnić wysoką dokładność podczas prac nad terapiami opartymi na mRNA. Ponadto nasze zautomatyzowane rozwiązania ograniczają zmienność i ułatwiają wydajne skalowanie procesów, co obniża koszty i ryzyko związane z błędami ludzkimi. Platformy METTER TOLEDO stanowią zintegrowane rozwiązanie, które umożliwia usprawnienie i zwiększenie efektywności w procesie produkcji mRNA. Jest to możliwe dzięki naszej współpracy z liderem w dziedzinie bioprocesów, firmą Agilent, oraz liderem w dziedzinie robotyki, firmą ABB.

kolaż 3 zdjęć przedstawiających laboratorium

Nowoczesne urządzenia laboratoryjne odgrywają zasadniczą rolę w zapewnieniu zgodności z przepisami, umożliwiając osiągnięcie precyzji niezbędnej do opracowywania zaawansowanych technik terapeutycznych. Ponadto najnowocześniejsze platformy analityczne zapewniają identyfikowalność danych oraz spójność wyników i umożliwiają zapewnienie jakości, które są niezbędne do zachowania zgodności z wymogami prawnymi w całym przebiegu procesu pracy nad nowymi rozwiązaniami.

Wraz z rozwojem technologii mRNA i upowszechnianiem się ich praktycznych zastosowań terapeutycznych coraz pilniejsza staje się potrzeba ujednolicenia przepisów prawnych. Różnice w procesie produkcyjnym mogą skutkować niedopuszczalnym poziomem zanieczyszczeń o działaniu immunostymulującym związanych z obecnością matryc DNA wykorzystywanych do wytwarzania mRNA. Efektywne zarządzanie badaniami klinicznymi i przedklinicznymi jest również utrudnione przez brak jednoznacznych uregulowań prawnych. Na przykład, choć opracowano nowe rozwiązania w dziedzinie mikrosystemów przepływowych służących do enkapsulacji mRNA, nie ma obecnie ustandaryzowanego procesu — stosowane procedury są każdorazowo dostosowywane do konkretnych urządzeń. Wdrożenie znormalizowanych technik analitycznych do testowania i produkcji mRNA pomoże zapewnić bezpieczeństwo oraz podnieść skuteczność i spójność preparatów terapeutycznych wytwarzanych przez różnych producentów. Doprecyzowanie metod ochrony uznawanych za „złoty standard” ułatwi podejmowanie decyzji i pozwoli skoncentrować wysiłki na eliminowaniu wąskich gardeł w produkcji oraz poszukiwaniu nowych kierunków rozwoju terapii.

Technologia mRNA już zrewolucjonizowała opracowywanie szczepionek, a jej potencjał wykracza daleko poza zwalczanie chorób zakaźnych. Dzięki postępom w zakresie zapewnienia stabilności mRNA, optymalizacji systemów dostarczania oraz wydajności produkcji terapie oparte na mRNA mają szansę zrewolucjonizować onkologię, leczenie chorób autoimmunologicznych, rzadkich chorób genetycznych oraz schorzeń przewlekłych, takich jak cukrzyca i choroby układu krążenia. Pomimo tych obiecujących możliwości, aby w pełni wykorzystać potencjał terapeutyczny mRNA, należy rozwiązać kluczowe problemy związane z immunogennością, nieefektywnością produkcji na dużą skalę i skuteczną kontrolą jakości. Wraz z postępem badań i ewolucją przepisów prawnych technologia mRNA staje się wszechstronnym i potężnym narzędziem współczesnej medycyny, dającym nadzieję na znalezienie narzędzi umożliwiających spersonalizowane leczenie i bardziej efektywne rozwiązania w zakresie opieki zdrowotnej.

Search suggestions