冀藥當(dāng)家①｜mRNA：激活免疫系統(tǒng)的信使奇兵

河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 弓幸民 劉朋朋

初夏的河北石家莊，草木葳蕤，生機(jī)勃勃。

石藥控股集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱石藥集團(tuán)）巨石生物實(shí)驗(yàn)室里，乳白色質(zhì)譜儀輕聲低鳴，科研人員腳步匆匆，巨石生物疫苗研究所所長(zhǎng)孫召朋博士正在和同事們?yōu)樾卵邪l(fā)的呼吸道合胞病毒mRNA疫苗做臨床樣品生產(chǎn)前的準(zhǔn)備。

“合胞病毒會(huì)引起全年齡段人群呼吸道感染，尤其易導(dǎo)致兒童、老年人出現(xiàn)重癥。而該疫苗問(wèn)世，讓合胞病毒無(wú)處遁形?！睂O召朋介紹，和病毒過(guò)招，mRNA疫苗的優(yōu)勢(shì)就是精準(zhǔn)制敵、安全高效。

這是石藥集團(tuán)在去年國(guó)內(nèi)首家推出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新冠肺炎mRNA疫苗之后，又一個(gè)mRNA家族的當(dāng)家拳頭新品。

石藥集團(tuán)中央藥物研究院。資料圖片

mRNA，中文譯名是“信使核糖核酸”，它是能夠?qū)⒒蛐畔鬟f給人體細(xì)胞，指導(dǎo)細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的一類單鏈核糖核酸分子?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，如果通過(guò)mRNA把新冠病毒的基因序列信息傳遞給免疫細(xì)胞，人體免疫系統(tǒng)就能識(shí)別出冠狀病毒并快速將之消滅。

憑借這項(xiàng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，兩位美國(guó)科學(xué)家獲得2023年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

孫召朋（左）和同事們探討mRNA疫苗制備工藝。河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 攝

這一重大基礎(chǔ)研究成果，也激勵(lì)著河北石家莊的一家制藥企業(yè)躍躍欲試。

2021年7月，在新冠疫情肆虐的日子里，石藥集團(tuán)向國(guó)家相關(guān)部門主動(dòng)請(qǐng)纓，啟動(dòng)mRNA疫苗研發(fā)。

十多位專家和骨干研究員從各地各領(lǐng)域抽調(diào)到石家莊，mRNA項(xiàng)目小組吹響集結(jié)號(hào)。

沒(méi)有人計(jì)較，接下來(lái)的研發(fā)之路將會(huì)吃多少苦，也沒(méi)有人考慮過(guò)，在今后一路過(guò)關(guān)斬將的征途中，他們又將面對(duì)怎樣的艱難。

一場(chǎng)沒(méi)有硝煙的攻堅(jiān)戰(zhàn)，就這樣悄然打響了。

“信”“使”合體

項(xiàng)目第一關(guān)，是設(shè)計(jì)并合成mRNA。

這一技術(shù)研發(fā)中最基礎(chǔ)也最關(guān)鍵的一關(guān)，要分兩步完成。

第一步，先用多種化學(xué)物質(zhì)合成脫氧核糖核酸，即mRNA的分子這個(gè)基因信使。

第二步，將已選出的病毒基因信息序列以堿基配對(duì)的原則轉(zhuǎn)錄到mRNA分子中，即實(shí)現(xiàn)信件和信使的成功合體。

“這一過(guò)程，必須和人體內(nèi)自生mRNA的過(guò)程相一致。”孫召朋強(qiáng)調(diào)。

非知之艱，行之惟艱。

孫召朋（右二）和團(tuán)隊(duì)成員探討試驗(yàn)數(shù)據(jù)。河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 攝

就拿病毒基因信息的剪輯環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目小組需要查遍世衛(wèi)組織網(wǎng)站、專業(yè)平臺(tái)和公開文獻(xiàn)中全球不同新冠病毒毒株的基因序列，分析、剪輯出病毒最關(guān)鍵的基因片段，形成病毒的“識(shí)別碼”，然后通過(guò)體外轉(zhuǎn)錄的方式生成人工mRNA。

生物的基因序列很復(fù)雜，無(wú)效信息和有效信息混雜在一起，要在這些繁雜信息中精準(zhǔn)識(shí)別新冠病毒最有效的基因序列，其難度好比大海撈針。

“在海量數(shù)據(jù)面前，機(jī)器比人的效率更高?！?/p>

項(xiàng)目小組借助人工智能和大數(shù)據(jù)分析工具，工作效率大幅提升。熬過(guò)數(shù)個(gè)通宵，孫召朋和同事們出色完成了mRNA序列的設(shè)計(jì)工作。

經(jīng)測(cè)試，宿主細(xì)胞對(duì)信使送來(lái)的信息順利轉(zhuǎn)譯，成功合成了抗原蛋白！

初戰(zhàn)告捷的興奮還沒(méi)來(lái)得及品味，純化環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題就如兜頭冷水般潑來(lái)。

“不掛柱！數(shù)次調(diào)整參數(shù)，就是不掛柱！”負(fù)責(zé)純化的研究員情緒低落。

這意味著，制備出來(lái)的mRNA在通過(guò)純化設(shè)備時(shí)不能被充分過(guò)濾提純，會(huì)夾帶大量雜質(zhì)。

人體對(duì)雜質(zhì)的敏感度極高，哪怕納米級(jí)的微小雜質(zhì)通過(guò)藥物進(jìn)入體內(nèi)，都會(huì)引發(fā)高燒、疼痛等癥狀。

此癥不除，量產(chǎn)無(wú)望。

“到底是樣品處理不充分，還是進(jìn)樣參數(shù)偏高，或者是母液需要調(diào)整……出現(xiàn)問(wèn)題不可怕，找出原因才是關(guān)鍵?！本驮诓簧偃耸バ判牡臅r(shí)候，孫召朋的沉穩(wěn)，給大家吃了一顆定心丸。

使用排除法，復(fù)盤制備流程，重理純化工藝，又是連續(xù)鏖戰(zhàn)。五天后，樣品處理不充分的癥結(jié)找到了。

這一復(fù)盤，還復(fù)出了一個(gè)意外的收獲——團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)純化工藝還有很大改進(jìn)空間。

“能不能再向前突破一步，采用‘一步層析制備法’的工藝？”有人提出大膽設(shè)想。

把mRNA從混合溶液中提純出來(lái)，國(guó)外產(chǎn)品一般都要分兩步或三步，一步到位的，尚無(wú)先例。

誰(shuí)也沒(méi)有想到，“異想”真會(huì)迎來(lái)“天開”。

“一步層析制備法”大膽使用新材料對(duì)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)新組合，只需一個(gè)流程就完成了mRNA的純化，不但制備時(shí)間由兩至三天壓縮為一天，而且成品純度提高到了99.99%，達(dá)到國(guó)際較高標(biāo)準(zhǔn)。

戴上“偽裝帽”

兩軍對(duì)陣，若想己方的實(shí)力不暴露，出其不意一擊制敵，應(yīng)該怎么做？答案是進(jìn)行偽裝。

被“武裝”起來(lái)的mRNA亦然。

經(jīng)人工編輯加工過(guò)的mRNA，與人體原生的mRNA哪怕有細(xì)微的差別，都能被細(xì)胞識(shí)別出來(lái)，不能發(fā)揮作用。因此，純化mRNA問(wèn)世后，下一個(gè)重要環(huán)節(jié)是為它加上“偽裝帽”。

“人工mRNA缺少甲基鳥苷，甲基鳥苷正好位于mRNA分子的頭部，被形象地稱為‘帽子結(jié)構(gòu)’。”石藥集團(tuán)研究院合成三所所長(zhǎng)曲凡志博士介紹說(shuō)，要通過(guò)一種特制的化合物，為純化后的mRNA加上一個(gè)人工的“偽裝帽”，才能讓細(xì)胞接受人工mRNA。

石藥集團(tuán)研究院合成三所的科研人員探討“帽子結(jié)構(gòu)”。河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 攝

這種戴好“偽裝帽”的技術(shù)，一度長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。

為提高項(xiàng)目速度，最理想的方案似乎是直接從外方采購(gòu)用于加工“偽裝帽”的化合物。

但接下來(lái)項(xiàng)目組算的一筆賬，讓人不由得心涼了半截——正因?yàn)橄∪保瑖?guó)外供應(yīng)商報(bào)出每毫升1萬(wàn)元的天價(jià)，并且沒(méi)有議價(jià)空間。按第一批試制產(chǎn)品需要1000毫升計(jì)算，僅加帽工藝就需要投入1000萬(wàn)元。

“太貴了，這會(huì)把疫苗的單價(jià)拉到天上去，即使生產(chǎn)出來(lái)，咱們老百姓也用不起！”大家伙兒頭搖得像撥浪鼓。

“作為一家以醫(yī)藥制劑產(chǎn)品聞名國(guó)際市場(chǎng)的大型藥企，咱們的科研團(tuán)隊(duì)有著豐富的藥物合成經(jīng)驗(yàn)，難道就研制不出合用的試劑？”年輕氣盛的曲凡志不服輸，一番請(qǐng)命后，一個(gè)由年輕團(tuán)隊(duì)組成的攻關(guān)小組臨危受命。

然而真正做起來(lái)大家發(fā)現(xiàn)，這種化合物的研制復(fù)雜程度超出了想象。

之前的產(chǎn)品多是小分子化合物，主要用結(jié)晶和萃取工藝組合就可以純化，而這種化合物分子量達(dá)到1100多道爾頓，工藝中要新加中低壓純化、高壓純化等環(huán)節(jié)，再經(jīng)反復(fù)純化，流程多達(dá)十幾步，全都要從零開始摸索。

此時(shí)正值新冠病毒變異高峰，小組成員們壓力很大，他們唯有夜以繼日與時(shí)間賽跑，甚至連科學(xué)實(shí)驗(yàn)必要的試錯(cuò)的空間都沒(méi)有。

查文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)流程，采購(gòu)設(shè)備，優(yōu)化工藝，反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再反復(fù)調(diào)整參數(shù)，逐項(xiàng)制定質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)……經(jīng)過(guò)艱苦攻關(guān)，2022年5月，臨時(shí)小組自研的加帽化合物成功問(wèn)世，時(shí)間比預(yù)期提前了3個(gè)月。

經(jīng)驗(yàn)證，試劑質(zhì)量超過(guò)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，且每毫升的成本僅有100多元。

隨著一個(gè)個(gè)棘手問(wèn)題的解決，項(xiàng)目離成功越來(lái)越近。

披上“防彈衣”

一路過(guò)關(guān)斬將讓大家信心滿滿，然而冷不丁又一個(gè)“卡脖子”難題橫亙?cè)诿媲啊?/p>

由于種種原因，原計(jì)劃外采的mRNA包裹材料無(wú)法進(jìn)口，研發(fā)再度受阻。

關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買不來(lái)、討不來(lái)的，關(guān)鍵時(shí)候，還得靠自己！

mRNA是一種很不穩(wěn)定的核酸成分，注射進(jìn)血液后會(huì)被血清中的水解酶降解。為保證信使任務(wù)的有效傳遞，需要研發(fā)一種特殊的包裹材料，把加上“偽裝帽”的mRNA包裹起來(lái)。

石藥集團(tuán)研究院制劑研究四所的科研人員探討納米制劑。河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 攝

“包裹材料是由4種脂質(zhì)成分組成的納米級(jí)別的顆粒，就像一件連體‘防彈衣’，保護(hù)mRNA沖破酶的威脅。等它進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，‘防彈衣’會(huì)自行解體，把mRNA釋放出來(lái)，傳遞信息?！笔幖瘓F(tuán)研究院副院長(zhǎng)王雅鵑博士是該項(xiàng)目遞送系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人，她和團(tuán)隊(duì)成員承接了這個(gè)艱巨任務(wù)。

石藥集團(tuán)擁有全球領(lǐng)先的納米制劑經(jīng)驗(yàn)，王雅鵑和團(tuán)隊(duì)成員對(duì)此很有底氣。但面對(duì)全新課題，他們也同樣面臨著專用設(shè)備不足，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜等問(wèn)題。

“辦法總比困難多！”回想起當(dāng)初的困難，王雅鵑輕輕一句帶過(guò)。

但團(tuán)隊(duì)成員都清楚，能夠制備出一種質(zhì)量穩(wěn)定、安全性好、能有效將mRNA送達(dá)的脂質(zhì)納米顆粒，背后是100多次的繁瑣試驗(yàn)和無(wú)數(shù)個(gè)不眠之夜。

“與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行工藝不同，我們的創(chuàng)新工藝更容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。”王雅鵑介紹，從成效看，與國(guó)外產(chǎn)品相比，這種脂質(zhì)納米顆粒的粒徑更均一，約100納米；空載率更低，可實(shí)現(xiàn)高效裝載；儲(chǔ)存穩(wěn)定性更好，能在2℃至8℃下長(zhǎng)期保存，相比外國(guó)產(chǎn)品-40℃至-80℃的保存條件，有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

秉持著成果共享的理念，團(tuán)隊(duì)成員以此項(xiàng)研制實(shí)踐為基礎(chǔ)，趕寫了論文《通過(guò)制備方法改變mRNA-LNPs的質(zhì)量屬性從而改善其體內(nèi)行為》，發(fā)表在國(guó)際專業(yè)期刊《控釋》上。

正是憑著一股不服輸、不畏難的勁頭，一只只“攔路虎”被扳倒，一個(gè)個(gè)堡壘被攻破。

技術(shù)人員在石藥集團(tuán)高等級(jí)無(wú)塵車間工作。河北經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 袁立朋 攝

2022年4月3日，以SYS6006為代號(hào)的石藥集團(tuán)新冠mRNA疫苗獲國(guó)家藥監(jiān)局開展臨床試驗(yàn)的批復(fù)。超5500人的臨床試驗(yàn)顯示，這款國(guó)產(chǎn)疫苗穩(wěn)定性好、不良反應(yīng)率低，有成本優(yōu)勢(shì)。

2023年3月22日中午，石藥集團(tuán)在港交所公告，經(jīng)中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)提出建議，國(guó)家藥品監(jiān)督管理局組織論證同意，新冠mRNA疫苗（SYS6006）在中國(guó)納入緊急使用，用于預(yù)防新型冠狀病毒感染引起的疾病。

世界第三款，國(guó)內(nèi)第一款mRNA疫苗開始行使使命、護(hù)佑國(guó)人生命安全。

石藥集團(tuán)新冠mRNA疫苗樣品。資料圖片

“mRNA技術(shù)應(yīng)用于臨床，是生物醫(yī)藥領(lǐng)域的革命性突破。我們掌握這項(xiàng)技術(shù)后，相當(dāng)于搭建起一個(gè)極具潛力的通用技術(shù)平臺(tái)。這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)除了可應(yīng)用于預(yù)防疫苗、治療疫苗外，還可用于開發(fā)治療藥物，我們今年新推出的呼吸道合胞病毒mRNA疫苗，就是源于該平臺(tái)的又一新品。”石藥集團(tuán)首席科學(xué)家、中央藥物研究院院長(zhǎng)李春雷說(shuō)，基于該平臺(tái)，未來(lái)5年將立項(xiàng)開發(fā)8-10個(gè)疫苗和治療藥物項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將有5-7個(gè)項(xiàng)目進(jìn)入臨床階段。

“這是石藥集團(tuán)的一小步，也是中國(guó)生物醫(yī)藥的一大步。在激烈的科研競(jìng)爭(zhēng)中，石藥人穩(wěn)穩(wěn)站在了國(guó)際前沿，開始領(lǐng)跑?！焙颖笔」I(yè)和信息化廳食品醫(yī)藥工業(yè)處副處長(zhǎng)張秋藝說(shuō)，該疫苗所用的關(guān)鍵原料及輔料，如核心脂質(zhì)及mRNA制備用的帽子試劑等均由石藥集團(tuán)生產(chǎn)，其他輔料也均系國(guó)產(chǎn)，從供應(yīng)鏈上突破了“卡脖子”難題，對(duì)推動(dòng)河北生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)走向世界有著深遠(yuǎn)的意義。