信使核糖核酸(mRNA)技术在过去几年已经成熟，必将改变大量生物医学应用。
这项技术已经开发了数十年，但在COVID-19大流行期间，它被用作急需疫苗的基础，因此在全球范围内获得了关注。mRNA疗法的开发仍然遇到了各种技术和生产挑战，阻碍了其广泛采用。然而，最近进展使这项技术对生物医学行业的重要治疗领域产生了重大影响，包括肿瘤学、免疫学、遗传性疾病以及传染病和慢性病。精密仪器和测量技术的同步进展在一定程度上促进了mRNA疗法的出现。虽然疫苗可能仍然是mRNA技术的核心应用，但基因编辑和蛋白质替代等其他应用也可能具有同样的变革性影响。本文重点介绍mRNA疗法开发效率的提高，以及这将如何让mRNA技术发挥其潜力，成为一系列疾病的颠覆性疗法。
“METTLER TOLEDO的分析仪器有助于准确测量纯度和浓度等关键参数，这对于优化产量和确保mRNA疗法中的产品完整性至关重要。”
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager
近年来，mRNA技术取得了快速发展。这主要是由于成功克服了与实际存储、配送和实施相关的主要生产障碍和物流挑战。
mRNA是一种本质上不稳定的分子，对温度高度敏感，容易发生自发自水解。这会影响到其在运输、存储和治疗应用过程中的耐久性。mRNA必须在非常低的温度下存储才能保持稳定，但即使在最佳条件下，它也会随着时间的推移而降解。
外源性RNA具有免疫原性，这意味着mRNA疗法会导致严重的免疫反应，超过靶向抗原所需的反应，这对其在人体中的实施构成了重大障碍。修饰尿苷碱基和设计序列以减少双链RNA的丰度有助于降低不必要的免疫原性，但这仍然是未来配方必须解决的一个重要问题。mRNA疗法生产中使用的残留DNA如果不从配方中充分去除，可能会明显导致受施者产生不必要的免疫反应。
mRNA疗法必须使用内源性翻译机制进行翻译才能发挥治疗作用。然而，mRNA疗法的早期迭代存在翻译速率低下的问题，这降低了有效治疗剂量。
mRNA的大规模生产受试剂成本和复杂技术过程的限制。一个特别昂贵的步骤是RNA加帽，这需要大量昂贵的试剂。早期用于加帽的试剂的加帽效率也比较低，并且可能产生不可翻译的mRNA分子
在帮助自动化mRNA疫苗设计、通过优化有效和稳定的mRNA序列选择加速开发过程方面，人工智能(AI)变得越来越重要。例如与之前的设计方法相比，一个人工智能工具帮助开发了一种保质期更长的新冠疫苗，因此引发了更强的免疫反应。人工智能还可用于优化序列，用于mRNA疫苗以外的其他应用。
mRNA疗法的开发是在竞争激烈且时间紧迫的环境下进行的，因此分析实验室工具的进步对于成功至关重要。现代化精密技术有助于确保开发这些先进技术的准确性和速度，缩短上市时间，并帮助公司符合行业和监管标准。METTLER TOLEDO提供自动化反应器控制系统，包括用于体外mRNA转录的反应器控制系统，可大大提高开发mRNA疗法的效率。这些系统降低了波动性，确保开发过程中的重复性和可扩展性。
自动化正在彻底改变整个生命科学行业的工作流程效率和准确性。它在自动化高通量分析（包括基于细胞的方法）方面尤其有效。基于细胞的分析是在mRNA疫苗开发过程中测试各种参数的基础。这包括测试mRNA构建体的抗原产生、抗原的免疫原性和细胞毒性。毒性测试对于开发任何新疗法都至关重要，对于了解新配方和输送策略对mRNA疗法的影响尤为重要。
在新冠疫情期间设计的许多mRNA疫苗计划要加速批准；然而技术进步也加快了这些模型的临床测试速度。人工智能允许选择更合适的定群、优化患者招募以及增强数据分析以更准确地识别模式和结果，从而帮助简化临床试验设计和执行。分析仪器的进步不断改进生产工作流程，包括试剂的精确称量和分析测试，以及用于验证mRNA技术质量的质谱法。这些改进有助于研究人员符合法规要求，消除临床试验延迟和失败的常见原因。
COVID-19大流行期间mRNA疫苗的开发为mRNA技术在许多其他领域的应用打开了大门。
由于其遗传不稳定性，癌症通常会表现出新抗原，将其与健康组织区分开来。这意味着可以训练免疫系统消灭癌细胞，就像消灭入侵的病原体一样。mRNA癌症疫苗的工作原理是输送编码了特定癌症抗原的mRNA，从而训练免疫系统识别和攻击癌细胞。mRNA疫苗代表了癌症治疗个性化医药方法的领先技术，目前有一百多个临床试验正在进行中，以评估用于治疗不同癌症类型的mRNA疗法。
mRNA技术具有快速设计和开发的潜力，这使得它们成为一种非常有用的传染病疗法。理论上，mRNA可以编码几乎无限数量的独特蛋白质。这意味着它可以很容易地用于应对新出现的病原体（例如在COVID-19大流行期间），但也可用于应对快速发展的疾病，如HIV和流感病毒。mRNA疫苗可以加快每年流感疫苗的开发速度，释放资源并确保高效的疫苗推出。一种基于mRNA的Epstein-Barr病毒疫苗正在进行I期试验。
当免疫系统攻击健康的宿主组织时，就会发生这些疾病。mRNA 技术可用于诱导免疫耐受并防止针对自身抗原或特定组织类型的炎症反应。mRNA疗法通过编码调节免疫反应的蛋白质或肽，可以促进调节性免疫细胞或耐受性蛋白质的产生。Moderna的一种基于mRNA的疗法编码了白细胞介素2以扩大调节性T细胞群，目前正处于临床开发阶段。
到目前为止，mRNA技术主要侧重于在疫苗中的使用，以及增强免疫系统以预防传染病。然而，mRNA技术用途非常广泛，可用于其他应用。许多疾病是由于潜在基因突变导致的功能障碍蛋白质的产生引起的。mRNA疗法可以将mRNA的健康副本输送给患者，然后将其翻译为功能性蛋白质。这对于囊性纤维化(CF)等疾病尤其重要，这些疾病是由单个基因的突变引起的，其突变情况非常明确。这将实现对病情的短暂治疗，但与基因编辑疗法相比，可能无法提供持久益处。一项早期临床试验正在进行中，以评估编码了CF中致病蛋白的健康副本的mRNA对改善肺功能的影响。
此外，mRNA技术可用于表达基因编辑相关蛋白，如用于治疗各种遗传性疾病的CRISPR-Cas9系统。这种方法可以通过直接向患者实施治疗，或在体外修改患者的细胞然后将其重新回输，来加以使用。
mRNA疗法可用于再生医学，以编码有助于组织修复或将人体修复机制引导至特定区域的蛋白质。这种方法在心脏病学方面可能是革命性的，因为受损的心脏组织无法像体内其他组织那样有效治愈。与基因疗法相比，这种方法可能具有优势，因为它可以根据患者的个人需求调整剂量，可在受损组织治愈后立即停止。
mRNA可通过多种方式治疗糖尿病。一种选择是使用mRNA为β细胞提供再生指令，并提高β细胞前体的增殖和分化。在注射促进糖尿病治愈的mRNA的小鼠中观察到了可喜结果。mRNA还可用于基因编辑，以帮助解决遗传性糖尿病。
尽管mRNA技术取得了进步，其生产效率也有所提高，但该技术还远未优化，许多基本领域仍有待解决。
目前的过程尚未实现完全自动化和连续处理，这会导致mRNA治疗开发速度变慢。生产效率低下还会增加mRNA在开发过程中经历的冻融循环次数，从而降低产量并影响质量。
更大规模的mRNA生产面临着长期存储的问题。冻干已成为一种在较高温度下存储封装mRNA疗法的方法，这可能有助于缓解配送链中的物流问题。然而众所周知，这种存储方法会影响封装效率。
自动化将有助于降低大规模生产的成本；然而，患者特异性mRNA的小规模生产可能仍然非常昂贵，并且容易出现小规模生产效率低下的问题。这可能会限制mRNA在个性化医药中的使用，而大型疫苗接种计划等应用受到的影响较小。
层析等质量控制过程的规模化是从mRNA治疗配方中去除不适当的免疫刺激分子必须克服的另一个挑战。一些mRNA输送系统往往会在肝脏中积聚，导致肝毒性。因此，开发将LNP定靶到特定器官的技术非常重要。
METTLER TOLEDO提供先进的称量和分析仪器，帮助确保mRNA疗法开发工作流程的准确性。此外，我们的自动化解决方案可减少波动性，促进高效的过程规模扩展，从而降低成本和人为错误的可能性。总体而言，这些平台意味着METTLER TOLEDO会提供简化、资源高效的mRNA生产，并通过与全球生物过程领导者Agilent和机器人领导者ABB的合作而得以实现。
现代化实验室仪器通过提供开发先进疗法所需的精确性，在确保合规性方面发挥着至关重要的作用。此外，先进的分析平台支持数据可追溯性、一致性和质量保证，这对于在整个开发过程中保持监管标准要求至关重要。
随着mRNA技术的发展并成为更实用的治疗应用，对监管标准化的需求也越来越迫切。生产过程中的波动性可能会导致免疫刺激性污染物达到不可接受的水平，例如用于mRNA生产的DNA模板。此外，监管要求的不确定性使得公司在高效管理临床和临床前测试方面面临着挑战。例如，虽然用于封装mRNA的微流体系统有所创新，但不存在标准化过程，其程序是针对特定设备定制的。实施用于测试和生产mRNA技术的标准化分析技术将有助于确保这些疗法在不同制造商之间的安全性、有效性和一致性。对黄金标准保护方法的澄清将简化决策过程，并允许更加专注地努力缓解生产瓶颈和探索新的治疗途径。
mRNA技术给疫苗开发带来了彻底改变，其潜力远远超出了传染病的范畴。随着mRNA稳定性、输送系统和生产效率的进步，mRNA疗法有望改变肿瘤学、自身免疫性疾病、罕见遗传疾病以及糖尿病和心血管疾病等慢性疾病。尽管存在这些令人兴奋的可能性，但必须解决免疫原性、大规模生产效率低下和质量控制等关键挑战，以充分释放mRNA的治疗潜力。随着研究的继续和监管标准的发展，mRNA技术即将成为现代医药中一种多功能、强大的工具，为个性化治疗和更高效的医疗保健解决方案带来了希望。
