信使核糖核酸 (mRNA) 技術過去幾年已成為一項成熟的技術，開始改變許多生物醫學應用。
這項技術已發展了數十年，但直到新冠疫情爆發，全球急需疫苗之際，因其作為關鍵研發基礎才引發廣泛關注。mRNA 療法的開發仍面臨各種技術和生產挑戰，導致無法進一步獲得廣泛採用。但得力於近日的發展，這項技術對生物醫學的重要治療領域產生了重大影響，包括腫瘤學、免疫學、基因疾患，以及傳染病和慢性病。精密儀器和測量技術的同步進步，帶動了 mRNA 療法的興起。雖然疫苗很可能還會是 mRNA 技術的核心應用，但其他應用 (如基因編輯和蛋白質替代) 帶來的改變很可能不相上下。本文著重於 mRNA 療法開發效率的改善，以及這將如何使 mRNA 技術發揮潛力，作為一系列疾病的顛覆性療法。
「METTLER TOLEDO 的分析儀器有助於準確測量純度和濃度等關鍵參數，這對 mRNA 療法達到最佳良率和確保產品完整性非常重要。」
Dr. Hans-Joachim Muhr, Segment Business Development Manager
近年來，mRNA 技術發展迅速，主因是成功克服了重大的生產阻礙和物流挑戰 (關於實際的儲存、散佈及實作方面)。
mRNA 本質上是一種不穩定的分子，對溫度非常敏感且容易自發水解。這會影響 mRNA 在運輸、儲存和治療應用期間的耐用性。mRNA 必須儲存在非常低的溫度下才能保持穩定，但即使在最佳條件下，也會隨著時間逐漸降解。
外源性 RNA 具有免疫原性，即 mRNA 療法可能會引發嚴重的免疫反應，超出對目標抗原所需做出的反應，並嚴重阻礙其在人體中的實施。修改尿苷鹼基和設計序列以減少雙鏈 RNA 的豐度，雖然能減少不希望獲得的免疫原性，但這仍是未來配方必須解決的重要問題。產生 mRNA 療法時使用的殘餘 DNA，若未從配方中充分去除，可能會大大助長接受者的不當免疫反應。
mRNA 療法必須使用內源性轉譯機制進行轉譯，才能產生療效。然而，mRNA 療法早期的迭代無法有效率地轉譯，減少了有效治療劑量。
試劑成本和複雜的技術流程，使大規模製造 mRNA 受到了限制。RNA 加帽步驟的成本特別地高，需要使用大量昂貴的試劑。早期用於加帽的試劑，加帽的效率也較低，有可能產生不可轉譯的 mRNA 分子
現今製造的 mRNA 分子有許多不同的形式，包括環狀 RNA 和自我擴增 RNA。這些形式有助於克服穩定性、免疫原性和劑量方面的問題。密碼子最佳化方面的改善，也幫助解決轉譯效率和結構穩定性問題。
新式加帽試劑的興起，消除了大規模製造 mRNA 的重大瓶頸。此外，實驗室自動化、儲存、稱重和分析儀器的整體改善，為縮短開發週期帶來極大的助益。創新技術也實現許多特定的製程，這些製程過去無法實行，因為需要在單一製造步驟中完成個別的反應。例如，體外轉錄和加帽現在能在同一個混合物中執行，簡化製造工作流程。
mRNA 輸送系統獲得快速進展，特別是脂質奈米微粒 (LNP)。LNP 輸送系統有助於在輸送期間維持 mRNA 的穩定性，並降低免疫原性。
METTLER TOLEDO 為體外 mRNA 轉錄提供了自動化平台，有助於降低成本並消除常見的污染物。我們也為製造用於 LNP 的 PEG 脂質提供可靠的解決方案，並提供紫外線/可見光分光光度測量工具，用於整個 mRNA 療法開發流程的品質控制。
人工智慧 (AI) 在協助 mRNA 疫苗自動化設計方面變得越來越重要，能以最佳方式選出穩定有效的 mRNA 序列以縮短開發流程。例如，某一 AI 工具促成了新冠疫苗的開發，該疫苗具有更長的保存期限，能引起比過去其他設計方法更大的免疫反應。除了 mRNA 疫苗以外，AI 也能為其他應用進行序列最佳化。
mRNA 療法開發的市場環境講求時效且競爭非常激烈，因此分析實驗室工具的進步對於成功開發相當重要。現代精密技術有助於確保快速準確地開發這些尖端技術，使產品更快上市，並幫助公司遵守產業標準和法規標準。METTLER TOLEDO 提供自動化反應器控制系統，包括用於體外 mRNA 轉錄的系統，大大提高 mRNA 療法的開發效率。這些系統能減少變異性，確保開發流程兼具再現性和擴充能力。
生命科學領域的工作流程效率及準確性，正因自動化而掀起革命。其中對高通量檢測自動化的影響特別顯著，包括以細胞為基礎的方法。mRNA 疫苗開發期間，會根據以細胞為基礎的檢測來測試此疫苗的各種參數。這包括對 mRNA 構築體進行抗原製造測試、抗原的免疫原性，以及細胞毒性。毒性測試雖然對任何新療法的開發都扮演關鍵的角色，但對於「瞭解新配方的影響以及 mRNA 療法的輸送策略」特別重要。
新冠疫情期間設計的許多 mRNA 疫苗原本安排更快核准上路，但科技的進步也使得這些疫苗能更快執行臨床測試。AI 正幫助簡化臨床試驗的設計和執行，因為現今能選擇更合適的隊列、最佳化患者的招募，以及加強資料分析以更準確地識別模式與結果。分析儀器的進步不斷改善生產作業工作流程，其中包含試劑和分析測試的精確稱重，包括質譜 (用於確效 mRNA 技術的品質)。這些改進有助於研究人員遵守法規要求，並消除臨床試驗延遲和失敗的常見原因。
新冠疫情期間 mRNA 疫苗的開發，使 mRNA 技術能進一步應用於其他許多領域。
由於基因不穩定的緣故，癌症通常會顯示出新抗原，將其與健康的組織區分開來。這意味著可以訓練免疫系統來破壞癌細胞，就像它如何破壞入侵的病原體一樣。mRNA 癌症疫苗的運作方式是提供 mRNA 來編碼特定的癌症抗原，此舉會進而訓練免疫系統辨識並攻擊癌細胞。mRNA 疫苗是個人化癌症治療醫學法的頂級技術，目前進行的臨床試驗超過 100 項，以評估 mRNA 療法對多種癌症的治療效果。
mRNA 技術具有快速設計開發的潛力，因此對治療傳染病非常有用。理論上，mRNA 能為幾乎無限個獨特蛋白質進行編碼。因此 mRNA 能迅速用於應付新出現的病原體 (例如在新冠疫情期間)，也能用於治療快速發展的疾病，例如 HIV 和流感病毒。mRNA 疫苗能幫助每年更快開發出流感疫苗，釋放資源並確保疫苗的推出效率。一種以 mRNA 為基礎的 EB 病毒疫苗，正在進行第一期試驗。
當免疫系統攻擊健康的宿主組織時，就會發生這種疾病。可以實作 mRNA 技術來誘導免疫耐受性，並使自體抗原或特定的組織類型免於發炎反應。藉由編碼那些調控免疫反應的蛋白質或胜肽，mRNA 療法能促進產生出調節性免疫細胞或耐受性蛋白質。Moderna 的 ] 一種基於 mRNA 的療法， 可編碼白細胞介素 2，以擴大 T 調節細胞群，目前正處於臨床開發階段。
至今，mRNA 技術主要著重於疫苗應用以及增強免疫系統以對抗傳染病。但 mRNA 技術的用途非常廣泛，可用於其他的應用。許多疾病的起因都是潛在基因突變導致產生功能失常的蛋白質。mRNA 療法能向患者輸送健康的 mRNA 複本，這些之後會轉化為功能正常的蛋白質。對於由單一基因突變引起且突變情況已明確定義的疾病，例如囊性纖維化 (CF)，這可能特別重要。這雖然有助於短暫治療病情，但比起整合基因療法，很可能無法提供長期的益處。現今正在進行一項早期臨床試驗，評估以 mRNA 來編碼 CF 致病蛋白質的健康複本，對改善肺部功能有什麼影響。
mRNA 技術還可用於提供 CRISPR-Cas9 系統等基因編輯工具，以治療多種基因疾患。使用這種方法時，可以直接為病患提供治療，也可以在體外修改病患的細胞，然後重新導入。
mRNA 療法可用於再生醫學，以編碼那些「有助於修復組織或將身體修復機制引導至特定區域」的蛋白質。這種方法可能會為心臟病學帶來革命，因為受損的心臟組織治癒的效果不如身體其他組織。這個方法可能比基因療法更有利，因為能根據個別患者的需求來調整劑量，還能在受損組織治癒後立刻停止使用。
mRNA 能用於治療糖尿病，方式有幾種。一種是使用 mRNA 為 β 細胞提供再生指示，並增生和分化更多 β 細胞前趨細胞。曾經在老鼠身上觀察到值得期待的正面結果，注射 mRNA 能促進糖尿病傷口的癒合。mRNA 也能用於基因編輯，協助解決遺傳性糖尿病病例。
儘管 mRNA 技術有所進步，其生產效率也有所改善，但這項技術距離完美還有一大段距離，許多基本領域仍必須設法解決。
目前的流程尚未完全實作自動化與連續處理能力，使得 mRNA 的治療開發進度較慢。製造效率低下也會增加 mRNA 在開發期間經歷的凍融循環次數，降低製造良率並影響品質。
更大的 mRNA 製造規模有長期儲存的問題。凍乾法近來用於在高溫下儲存包覆式 mRNA 療法，這可能有助於緩解分銷鏈中的物流問題。但眾所周知，這種儲存方法會影響包覆效率。
雖然自動化將有助降低大規模製造的成本，但以小規模製造患者特有的 mRNA 很可能仍將大傷荷包，也容易出現小規模輸出效率不彰的問題。這可能會限制 mRNA 在個人化醫學上的應用，大型疫苗接種計畫等應用則比較不會受到影響。
要從 mRNA 治療配方中去除不當的免疫刺激分子，必須克服另一個挑戰，就是擴大層析等品質控制流程的規模。某些 mRNA 輸送系統往往會累積於肝臟並導致肝毒性。因此，開發出能將 LNP 靶向至特定器官的技術很重要。
METTLER TOLEDO 提供先進的稱重和分析儀器，這些有助於確保 mRNA 療法開發工作流程的準確性。此外，我們的自動化解決方案能減少變異性和促進流程擴充效率，這能降低成本和人為出錯的機會。綜觀而言，這些平台意味著 METTER TOLEDO 能簡化 mRNA 的製造並在製造時達到高資源使用效率，而這得力於我們與全球生物製程領導者 Agilent 及機器人技術領導者 ABB 的合作。
現代實驗室儀器是確保合規性的關鍵要素，其提供開發先進療法所需要的精確度以確保合規性。此外，先進的分析平台支援資料的可追溯性、一致性和品保，這對在整個開發期間秉持法規標準非常重要。
隨著 mRNA 技術進步並成為更實際的治療應用，法規方面也越來越急需標準化。製程變化可能會導致免疫刺激性污染物含量高到無法接受的程度，例如製造 mRNA 時所使用的 DNA 範本。此外，法規要求的不確定性使得公司很難有效管理臨床與臨床前測試。例如，雖然用於包覆 mRNA 的微流體系統有所創新，但現今並無任何標準化的流程，程序是根據特定的裝置進行客製化。若實行經過標準化的分析技術來測試和生產 mRNA 技術，能確保各家製造商在使用這些療法上保持一致且安全有效。對黃金標準保護方法做出澄清將能簡化決策過程，並使人更專注於減輕製造瓶頸和探索新的治療途徑。
mRNA 技術已經徹底改變疫苗的開發方式，而且潛力遠不僅止於傳染病。隨著 mRNA 穩定性、輸送系統和製造效率的進步，mRNA 療法準備掀起醫學革命，無論是腫瘤學、自體免疫疾病、罕見基因疾病，還是糖尿病和心血管疾病等慢性病。雖然這些可能性令人振奮，但仍必須解決一些關鍵挑戰，例如免疫原性、大規模製造欠缺效率和品質控制的挑戰，才能完全釋放 mRNA 的治療潛力。隨著研究工作持續進行和法規標準的演進，mRNA 技術即將成為現代醫學中多方位的強力工具，為個人化治療和更高效率的保健解決方案帶來希望。
