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2022-08-01研發mRNA疫苗技術 帶領全世界對抗COVID-19 632 期

Author 作者 李依庭/本刊副總編輯。

Take Home Message

► 將外來RNA 送進人體會觸發先天性免疫發炎反應,且難以送達目標細胞。卡里科及魏斯曼找出修飾核苷技術,將尿苷修飾為假尿苷,以降低mRNA 免疫原性。庫利斯製造脂質奈米顆粒,透過細胞胞吞作用,傳送mRNA 至人體細胞之後才釋放。
► 三位科學家發現關鍵的mRNA 疫苗學觀念和方法,成功開發對抗COVID-19 的mRNA 疫苗。評選委員會召集人張文昌院士表示,唐獎除了表彰他們在mRNA 疫苗的開發貢獻外,更讚揚他們多年來努力、堅持不懈的精神。
► 臺灣現正積極地投入mRNA 疫苗技術的研發,中研院的ALPHA mRNA 疫苗計畫已完成Omicron mRNA 疫苗製造和實驗室效果驗證。mRNA 疫苗技術的崛起不只改變疫苗的製作方式,甚至是顛覆了整個生物技術,也意味著它將成為未來我們在應對新興疾病時一個嶄新的應用平臺。

得獎者

卡塔林‧卡里科 Katalin Karikó
國籍|匈牙利、美國
現任|賓夕法尼亞大學兼任教授、BioNTech RNA Pharmaceuticals 藥廠資深副總
研究領域|生物化學、RNA 疫苗科學

德魯‧魏斯曼 Drew Weissman

國籍|美國
現任|賓夕法尼亞大學醫學教授
研究領域|免疫學、細胞與分子生物學

彼得‧庫利斯 Pieter Cullis
國籍|加拿大
現任|英屬哥倫比亞大學教授
研究領域|奈米醫學、分子生物學

嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)自2019 年底於中國武漢爆發,至今已經超過兩年半,造成全球超過五億人口確診,導致數百萬人死亡。這場疫情不僅使我們的生命遭受威脅,更重創全球經濟。不過,比起兩年前面對未知病毒的恐懼,擔心染疫造成的重症,現在我們的體內不再是手無寸鐵對抗病毒,而是多了一份對抗病毒的武器-新冠疫苗。

2020 年11 月,正當全球仍持續壟罩在疫情陰影之中時,美國輝瑞公司(Pfizer)/ BioNTech 公司(BNT)、莫德納生物技術公司(Moderna)相繼宣布新冠病毒mRNA 疫苗的研究成果。2020 年底,美國食品藥物管理局(U.S. Food and Drug Administration, FDA)更是陸續緊急授權輝瑞/BNT 疫苗(Pfizer–BioNTech COVID-19 vaccine)和莫德納疫苗(Moderna COVID-19 vaccine)的使用。兩款疫苗的成功與量產猶如一場及時雨,舒緩全球各地崩盤的醫療量能,並防止全球疫情跨大、造成更多人死亡。

兩家公司僅用不到12 個月的時間,就完成COVID-19mRNA疫苗的開發,而幕後的關鍵推手就是卡里科(Katalin Karikó)、魏斯曼(Drew Weissman)、庫利斯(Pieter Cullis)三位科學家。卡里科及魏斯曼找出能降低mRNA 免疫原性的方法,庫利斯則開發了脂質奈米顆粒(lipid nanoparticle, LNP),用以傳送mRNA 疫苗。今(2022)年6 月,三位也因為發現關鍵的mRNA 疫苗學觀念和方法,進而成功開發對抗COVID-19 的mRNA 疫苗,共同獲得第五屆唐獎生技醫藥獎的殊榮。

mRNA疫苗為什麼難以研發?

現在我們已經知道mRNA疫苗的設計原理是將人工設計、可轉譯出病毒蛋白質片段的mRNA包裹在脂質奈米顆粒並送入人體中,脂質奈米顆粒會在人體細胞中釋出RNA,使人體細胞能自行產出病毒蛋白質片段,並活化免疫系統(圖一)。然而,在mRNA疫苗研究之初,要將RNA 送進人體中有著兩大挑戰。首先,外來的RNA 會被體內的類鐸受體(tolllike receptors, TLR)辨識,進而觸發先天性免疫發炎反應;其次,RNA 在人體內極易降解,難以送達目標細胞或器官。

圖一| mRNA 疫苗設計原理

 

卡里科和魏斯曼:mRNA 核苷修飾技術

這也是為什麼即使科學家早在1961年就發現mRNA的存在,卻沒有人可以做出這個概念看似簡單、但在實作上卻困難重重的技術。1990 年代,任職於賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)的卡里科全心投入mRNA 的相關研究,並試圖了解RNA與免疫反應的機制。……【更多內容請閱讀科學月刊第632期】