冻干技术在mRNA疫苗领域的突破性应用

摘要

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。使用准确温控，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