COVID-19疫苗──mRNA1273（莫德納，mRNA疫苗）所應用的生物技術

原來生物學離我們這麼近 / 作者: / 2022-03-20

簡述mRNA1273（莫德納，mRNA疫苗），所應用的生物技術。

＊本系列舉的COVID-19疫苗，以在台灣的熟悉廠商所研製的疫苗為主。

＊無深入探討疫苗的效果及副作用（另附於系列延伸閱讀中）

COVID-19疫苗：mRNA1273。攝影師：Ian Hutchinson；來源： Unsplash。
mRNA1273（莫德納，mRNA疫苗）。攝影師：Ian Hutchinson；來源： Unsplash。

 

 

mRNA1273，莫德納（mRNA疫苗），以微脂體（liposome）包覆的mRNA疫苗

mRNA1273的微脂體（liposome）簡介

微脂體的源發概念為──可與細胞膜親融的載體，所以微脂體成分大多與細胞膜組成所相似，磷脂質為主、膽固醇為輔。其中磷脂質為載體的主要架構，藉由疏水端、親水端及是否帶電荷的特性，合成團體、調節膜電位、包覆或乘載運輸物；膽固醇則是穩定此流動性架構的固定支架。

結構組剖面意圖──包覆ＲNA的微脂體可能構成的型態。脂質體外側圓形為親水端，內側彎曲線為疏水端。左側為雙層脂質體所構成的微脂體；右側兩圖為多層脂質體，可能有可能採取的組裝方式。

我們再進一步了解mRNA1273。mRNA1273粒徑分布範圍在80～100 nm；所組成比例──陽性磷脂質（SM-102）：中性磷脂質（Distearoylphosphatidylcholine，DSPC）：膽固醇（Cholesterol）：DMG-PEG 2000為50：38.5：10：1.5。其中的中性及陽性脂質比例，可調整微脂體的膜電位，所以照比例合成的微脂體膜電位為正。而細胞膜的膜電位大多偏負，因此膜電位帶正的微脂體與細胞膜有很好的親融性；不只如此，膜電位偏正特性，也有利微脂體在微酸性環境中，包覆偏負電的mRNA。

還有值得一提，處微脂體外層飄動的PEG，像似微脂體的千絲萬手。可別小看他！PEG藉由富有彈性、柔軟，且不容易被捉到的特性，協助微脂體躲避免疫游擊隊捆棒式的吞噬攻擊。提高微脂體將mRNA送入細胞中的機率！

為什麼mRNA疫苗需要包覆？

因為mRNA體外及體內的半衰期都非常短，且打入高量的mRNA在沒有做任何手段的包裝，可能馬上就會被免疫細胞或核糖核酸酶（RNAse）清掉。且因為mRNA的帶電性及親水性，不利其進入細胞中。因此運用與細胞膜相似的構造，包裹mRNA作為保護及運送的目的，最終期望細胞能轉譯該片段為抗原。

mRNA1273的mRNA序列載有什麼情資？

mRNA1273的mRNA序列資訊中，最主要傳遞的情資是──具有兩個突變位點的全長棘蛋白，分別是K986P及V987P；所以mRNA1273與AZD1222所提供的棘蛋白情資，會稍有不同。而在全長及蛋白上，所突變的K986P及V987P位點，可以讓細胞所製造的棘蛋白結構更加穩定。

蛋白突變位點的表示法，以K986P為例：986是胺基酸在序列的位子；K為原是胺基酸的縮寫，代表原始胺基酸為離胺酸（Lysine）；P則是突變後胺基酸的縮寫代表脯胺酸（Proline）。因此K986P可以解釋為，在胺基酸986的位子，已經由脯胺酸（Ｐ）代替原始的離胺酸（Ｋ）。

且此序列有特別的核糖核酸替代方式──Ｕ（尿苷，Uridine）全部被換成N1-甲基假尿苷（N1-methyl-pseudouridine）；藉此降低先天性免疫系統對此mRNA的攻擊，並提高mRNA被轉訊成胜肽（peptide）的效率。

此外，此條mRNA序列中的５端及３端，也包含讓mRNA序列穩定的非轉譯區（untranslated region，UTR），還有３端的多腺苷酸尾（3’ poly-adenylation tail，poly A tail），藉此讓序列更安定。

另外也在修飾序列時，配上了５端帽（5’Cap）。完成此修飾的mRNA結構，才會與飄揚在細胞質中，細胞所自製的成熟態mRNA相似。而５端帽在轉譯時，也扮演非常重要的腳色，因為與mRNA是否能成功招攬核糖體（mRNA轉訊成胜肽的工廠）前來，且願意降落協助進行轉譯有關。

這條mRNA與成熟型態的mRNA構造相似，理論上只會待在細胞質並不會入細胞核，也不須入核執行轉訓任務，其轉訊任務的地點位在細胞質。

mRNA1273是怎麼製造原理 

此mRNA是在體外合成，藉由T7 RNA 聚合酶（T7 RNA polymerase）的協助，將含有棘蛋白序列、５端及３端的非轉譯區序列，還有poly A tail的DNA模板轉錄成mRNA。之後mRNA會再經由封端酶（capping enzyme ）與牛痘2′ O－甲基轉移酶（Vaccinia 2′ O-methyltransferase）的協助，於mRNA的5端加帽，完成mRNA的修飾。

接著，mRNA們與脂質們會以1：2.5（mRNA：脂質）的比例，共處於微酸性環境（pH 5.0）。因處微酸環境，陽性脂質（SM-102）會以親水端帶正電荷的特性，吸引帶負電的mRNA；藉機包覆mRNA，並形成包覆mRNA的內層的微脂體結構。之後合成物會再佐以其他輔劑，親水及疏水的特性，自行成團並組成微脂體。

微脂體做為載體時的應用注意事項

  1. 如何讓微脂體躲避免疫細胞的辨識？
  2. 微脂體的包覆率及乘載率，以及運輸物被包覆後是否可以呈穩定狀態？
  3. 微脂體在包覆載物後，載體的安定性及在環境中的穩定性。
  4. 製造過程的可否達到包覆載體後無菌，以及不殘留過多的有劑藥劑？
  5. 是否能達到穩定製成，可以產出具有一致性的粒徑範圍，且膜電位正負偏差需小於30 mV的微脂體？

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