国内外LNP技术开发进展

1、1 .LNP技术开发进展1.1. ModeRNALNP技术目前，Moderna已在美国、欧洲、日本和其他国家/地区授予了240多项专利，保护了mRNA治疗领域的基础发明，另有数百项正在申请的专利申请涵盖了该领域的一些关键性进展。止匕外，Moderna也增加了几个获得许可的内部专利权，包括哈佛大学和宾夕法尼亚大学的许可权。在全球18条传染性疾病mRNA疫苗研发管线中，11条为ModeRNA及其子公司ValeraLLV所有。可见ModeRNA的LNP技术在该领域具有极强的代表性。跳过动物试验直接进入临床的mRNA-1273所使用的递送载体即ModeRNALNP技术。ModeRNA的技术优势主要体现

2、在：安全性和耐受性、蛋白质产量、避免免疫识别。ModeRNA通过工程氨基脂、减少或消除LNP颗粒不良表面特征的方式，提高安全性和耐受性，改善重复给药时效力下降、炎症增加的问题。ModeRNA拥有大型新型脂质库，结合其优异的生物学发现能力，将蛋白质产量提高了6倍（对比最先进的水平）。目前，Moderna的管线组合包括23个mRNA开发候选物，其中12个步入临床阶段，其研发管线研究领域涵盖了感染性疾病、月中瘤、罕见病以及心血管疾病等。止匕外，Moderna还与包括默沙东、阿斯利康、Vertex在内的众多制药大企达成战略合作伙伴关系，以加强推进自身mRNA技术在各疾病领域的研究布局。根据已公开信息可

3、知，ModernaCOVID-19疫苗处方为：SARS-CoV-2S糖蛋白mRNA,SM-102,PEG2000-DMG,胆固醇，DSPC,三乙醇胺，三乙醇胺盐酸盐，醋酸，醋酸钠，其中SM-102为Moderna自主研发的可离子化脂质（LipidP）:1.2. AcuitasLNP技术Acuitas曾与Alnylam合作为ONPATTRO?（Patisiran）开发了LNP载体，在LNP技术开发及推动临床应用方面具有丰富的经验。在传染性疾病mRNA疫苗临床试验中，BioNTech/Pfizer,CureVac均应用了Acuitas的LNP技术。AcuitasLNP也是BioNTech和Pfiz

4、er共同开发的BNT162b2所选用的递送载体，BNT162b2为全球第一个获批上市的COVID-19疫苗。AcuitasLNP技术平台的主要优势在于新型阳离子脂质的合成能力（阳离子脂质成分是决定LNP治疗效率的关键因素）及生物学发现能力。Acuitas的科学家们已合成了多达500多种新型阳离子脂质。1.3. ArcturusLNP技术LUNAR?是Arcturus开发的LNP递送技术，其核心特征为卓越的生物降解能力，在迅速清除体内脂质以减少不良反应方面表现得比竞争对手更为优秀。在传染性疾病mRNA疫苗临床试验中，Arcturus和CureVac均采用了Arcturus的技术。从成分上来看，L

5、unar由专有的“ATX'脂质、磷脂、胆固醇、聚乙二醇脂质PEG,其特别之处在于专有的“ATX脂质结构有利于减轻毒性和加快体内代谢的速度。其代表性的ATX脂质之一结构如下：1.4. 深信生物深信生物的LNP技术平台通过设计并构建成千上万种可离子化类磷脂库，从不同的设计思路进行设计，在不同的应用场景去筛选，找到适合特定需求的LNP来完成mRNA的递送。同时，深信生物的AI平台会将设计合成的LNP结构和活性数据做分析优化，帮助找到LNP结构的最优解。1.5. 厚存纳米深圳厚存纳米药业有限公司（简称厚存纳米”）成立于2018年11月，位于深圳光明区留学人员创业园内，致力于建设纳米递送、mRN

6、A合成、疫苗转化三大平台，是国内较早专注于mRNA纳米递送、mRNA病毒疫苗、mRNA月中瘤疫苗药物研发的企业。目前，厚存纳米已累计提交4项发明专利和1项实用新型专利。mRNA药物研发的关键在于递送技术，厚存纳米其以自主创新研发的LLLRNA纳米递送技术为核心，逐步实现技术产业转化，技术的应用场景包括月中瘤疫苗、CART疗法、传染性疾病疫苗、罕见病治疗、基因编辑等，目前已与上海细胞治疗集团签署合作协议，与香港大学、深圳先进研究院合作密切。面对疫情，厚存纳米药业与上海细胞治疗集团已基本完成mRNA纳米递送研发平台的建设，摸清mRNA体外合成的技术路线，并完成裸鼠体内的表达效果验证。厚存纳米后续将

7、借助中国科学院深圳先进技术研究院、香港大学等平台，加快验证mRNA合成平台、mRNA递送平台以及mRNA疫苗的体内免疫效果，进一步推动新冠mRNA疫苗研发。1.6. 斯微生物斯微生物运用其自主知识产权的脂质多聚物纳米载体技术平台（LPP/mRNA）进行递送，相比一代的LNP递送技术，稳定性更强。这种新型的纳米递送平台由磷脂外壳包裹载有mRNA的内核两层结构组成，在药物进入体内以后，随着聚合物的降解，逐步释放mRNA分子，以达到理想的免疫治疗效果。此外，苏州艾博生物作为国内第一个自主研发并开展mRNA新冠疫苗临床试验的生物公司，其创始人英博博士曾在Moderna担任高级科学家及项目负责人，负责公

8、司整个月中瘤免疫方面制剂团队的搭建，并率领团队研发基于mRNA的免疫疗法药物，其中不乏申报临床的案例。具体技术未有过多信息披露，考虑应是脱身于Moderna的LNP技术进行改良。2 .药物开发平台思路一个理想的LNP递送系统应包含两个要素：高效性和低毒性。目前，国际主流LNP技术均是通过改造阳离子脂质的化学结构并结合生物发现能力来优化LNP技术。因此，我们可以推测出有发展潜力的LNP递送系统应具备以下两个特征：1）强大的可离子化磷脂化学结构改造优化能力，并拥有大型新型阳离子脂质库；2）蛋白质产量高，毒性可接受；或脂质生物降解速度快，蛋白质产量较高。在优化过程中，主要考虑从以下几点进行设计改良：

9、脂质体的膜融合性一一影响LNP进入细胞膜的难度与逃离溶酶体的难度；脂质体的可降解性一一脂质可降解性过强（双酯键），难以支持循环过程及溶酶体内的长时间稳定，保护mRNA的作用减弱；而降解过慢的脂质体则容易引起不良反应和毒性；电荷转变性能（pKa）循环过程（pH7.4）呈中性或弱正电，溶酶体内（pH5.5）呈强正电，能够在LNP进入细胞后降低脂质体稳定性进而实现溶酶体逃离；LNP的靶向性一一多数阳离子脂质体即使不进行配体修饰也能很好的富集在肝脏部位，可能与表面蛋白吸附有关。因此适应症选择也多集中于在肝脏起效的病症；高负载量与高细胞毒性（即正电性）之间的调和。根据前期众多基于siRNA传递的研究，开

10、发者们总结出一些用于核酸传递的脂类分子特征。例如，在LNP中引入少量正电脂质与两性磷脂有助于RNA的高效传递，因为少量的正电性已经足以与RNA形成紧密的结合。而由于mRNA尺寸更大，脂类的正电性越强，与mRNA结合越紧密，粒子越稳定，但结合过强易导致释放困难，影响转染效率，因此要通过调节各成分的比例与脂质的结构调控LNP的带电性质。另外，磷脂的不饱和度上升，相变温度会提升，膜流动性下降，从而降低膜融合的亲和性。而膜融合效率直接影响脂质体与细胞的内吞效率与内含体逃逸效率，因此带有顺式结构的不饱和磷脂更佳。在研究中较为常见的商用阳离子磷脂包括：DOTMA（季钱盐）、DOTAP（季钱盐）、DLin-

11、MC3-DMA（叔胺）。其中DLin-MC3-DMA作为新型阳离子脂质一一可电离化阳离子脂质的代表，具有低毒高效”的优势，它的化学名为4-（N,N-二甲基氨基）丁酸（6Z,9Z,28Z,31Z）-庚三十碳-6,9,28,31刊稀-19-基脂，分子式C43H79NO2,是一种无色至淡黄色的油状液体，pKa=6.44。DLin-MC3-DMA具有独特的pH依赖性电荷可变特性：酸性条件下呈正电性，而生理pH条件下呈电中性。它在Onpattro中的成功应用，成为Alnylam对于siRNA递送技术的关键，是制备肝脏靶向siRNA/LNP系统的标准”脂质材料。而基于siRNA药物研究已取得的巨大成功，M

12、C3这样的商业化脂质为后续mRNA药物的开发奠定了基石，然而siRNA与mRNA递送中仍然存在较大差异，因而众多mRNA载体LNP的开发选择在此基础之上再做优化。如Moderna公司开发的Lipid5脂类分子则是通过将十余种具有不同结构的候选脂类与MC3进行对比，评估其分子稳定性、转染后的蛋白表达水平、LNP表观pKa、脂类在各组织内的代谢情况、肝毒性、细胞内吞情况与溶酶体逃逸能力等，筛选出各类性能均不亚于甚至优于MC3的分子。分子设计中，涉及了亲水头部的基团设计（引入羟乙基，有助于mRNA的包封）、酯键的引入数量及酯键的位置优化等。考虑到MC3虽然转染效果优异，但仍存在较明显的副作用，尤其是

13、细胞因子与补体激活造成的免疫损伤及肝损伤，而这些副作用被认为与MC3较长的代谢直接相关，因此，在脂类优化中第一层筛选标准可以简化为兼具更优于MC3的转染效率与相对更短的代谢时间。此外，在Moderna的另一项研究中发现，同一种LNP在以静脉注射给药或肌肉注射给药时，其转染效率不尽相同。且理想的LNP表面pKa范围也有所不同（IM:6.6-6.9,IV:6.2-6.6）。显然LNP的pKa主要取决于其所使用的可电离脂质种类，因而具备丰富的备选脂质库在开发不同给药途径的mRNA传递体系中显得尤为重要。正是凭借这样的自研脂质库，ModeRNA、Arcturus、Acuitas、Arbutus等公司开

14、发出了其各自特有的LNP技术平台。而从已公开的研究成果来看，合成脂质的优选原则呈现一定的规律性（例如理想的pKa范围、氨基结构等），但尚未达到普适性的程度。并且在Moderna的一项研究中发现，以同时负载编码荧光素酶与甲流蛋白抗体的mRNA疫苗为例，同一LNP所介导的荧光素酶表达水平与引起免疫原性的水平尚不相同，两者无显著规律，说明单纯以蛋白表达水平作为疫苗效果评价标准可能亦不足够准确。由此可知，即便是剧透公司目前的LNP技术平台水平，依旧尚未达到开发出通用性LNP分子的阶段，其评价维度同样未有非常标准化的指南。药物开发多通过大量理论计算、实验筛选进行定制化开发，因此技术壁垒较高，开发难度较大

15、。近期有部分国内外新闻报道显示新冠候选mRNA疫苗的两个明星产品BNT162b2和mRNA-1273可能会面临疫苗大规模配送的大麻烦，原因在于这两个疫苗的储存及运输温度前者可能需要在-70C左右；后者可能需要-20C左右才能保持疫苗的长期稳定性。其中Moderna的mRNA-1273称在8c左右可以保持7天的稳定性。国内的艾博生物曾在早些时候发表了其新冠疫苗的临床前数据,文章题目“AthermostablemRNAvaccineagainstCOVID-19:'着重突出了其mRNA疫苗的稳定性。文中使用了一个报告系统进行稳定性测试，结果显示：其制备的mRNA-LNP在4c和25c可以保持稳定至少7天；37c下放置7天也仅仅降低了约13%的报告基因表达。近期，艾博生物负责人也在公开场合发表声明，称其mRNA疫苗可以在2-8C至少保存3个月。由此可见，mRNA相关产品的竞争中，储存与运输条件的严苛程度与长期稳定性也是各公司角逐的主战场之一。由于缺乏更多的官方报道或数据，通过经验可判断，首先对于mRNA疫苗中的脂质体成分，在制剂工艺上实际并不需要如此低温的保存，4c或-20C对于脂质体本身的影响是不大的。因此，mRNA疫苗