新興科技「mRNA 疫苗」對付新冠病毒,能成為癌症治療的新星?

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近期台灣開始施打的 BNT 疫苗由輝瑞(Pfizer)與德國 BioNTech 共同研發,這支 mRNA 疫苗不但是美國 FDA 第一個完全核准的新冠疫苗,就全球疫苗發展史來說,其研發進度以及公衛防治的功效,更是大幅推進 mRNA 疫苗的發展速度。

RNA 合成技術進步,擴展傳染性疾病應用

mRNA 疫苗的歷史可以追溯至 1980 年代末期,病毒學家 Robert Malone 開始開發 mRNA 疫苗平台的核心技術。過去 40 年以來,許多臨床研究嘗試將 mRNA 疫苗應用於預防傳染性疾病,包含流行性感冒、瘧疾、以及狂犬病,但從來沒有像此次新冠防疫下的施打族群這麼廣泛。

mRNA 疫苗初期的發展困境,是缺乏量產 mRNA 分子的技術,只能實驗動物中取得少量 mRNA。隨著合成技術進步,科學家透過 RNA 聚合酶( RNA polymerase)在體外生成 mRNA 序列,再結合上可以活化 mRNA 的技術,成功發揮 RNA 分子利於合成與量產的優勢,相關技術也一直沿用至今。 

mRNA 疫苗優勢:可在活體外大量製造 mRNA、單股 RNA 不易更動人體基因組

接種疫苗的原理,是透過施打弱化的病原菌或者抗原訓練人體免疫系統。mRNA 疫苗也是運用同樣的道理,因為 mRNA 是轉譯蛋白質的模板,所以只要將能產生抗原的 mRNA 片段設計成疫苗,接種後 mRNA 片段就能在人體細胞內轉譯出模擬抗原的蛋白質。例如新冠 mRNA 疫苗即是透過生成模擬新冠病毒表面的棘蛋白,達到誘發人體產生對應抗體的預防效果。

mRNA 因為是單股 RNA 所以結構較不穩定,不過針對這項特性,現在已發展出脂質包覆的傳送系統,也就是透過脂質奈米顆粒(lipid nanoparticle, LNP)讓 mRNA 可以順利運送進人體。綜合而言,mRNA 疫苗的好處是可以在活體外製造 mRNA 片段,因此不需要細胞培養,此外,mRNA 半衰期短、且是單股遺傳物質,降低了會更動人體 DNA 的風險。

 mRNA-奈米脂質顆粒示意圖,圖片來源:《Science》

mRNA 疫苗可成為癌症治療新星?

mRNA 疫苗除了可以預防傳染性疾病,它的運作原理可以應用於癌症治療。以癌症免疫療法來說,mRNA 疫苗能訓練人體免疫系統識別癌細胞表面的蛋白質,進而攻擊、抑制癌細胞增生。此外因為癌症的在個體差異很大,即使罹患同一種癌症的病患也會表現出相當多樣的腫瘤抗原,客製化 RNA 疫苗將可以針對個別病患差異,開發精準的免疫療法。

不過實務上,癌症 mRNA 疫苗療法還有許多需要克服的技術難題。因為腫瘤細胞不像新冠病毒有明確的單一抗原,當免疫系統被疫苗誘導活化後,能夠結合病毒表面的特定抗原發揮作用;相反的,腫瘤細胞的抗原靶點很複雜,甚至有的癌細胞會閃躲免疫系統攻擊、腫瘤微環境也會關閉免疫機制,這些因素都使得癌症疫苗的臨床進展大幅受限。

新興 RNA 療法:saRNA、環狀 RNA

新冠疫情帶動 RNA 療法的風潮,許多 RNA 技術與相關的生技投資也跟著趁勢而起。例如結合自我擴增 RNA(self-amplifying RNA, saRNA)的 mRNA 療法,能夠自我複製 mRNA 模板,意味著只要低劑量注射就能倍增產生抗原,目前國際上已有運用 saRNA 的新冠疫苗正在臨床試驗階段。

環狀 RNA(endless RNA, eRNA)則是另外一個值得期待的 RNA 技術。因為 eRNA 環形構造的特性,它在生物體內不容易被免疫系統攻擊,因此可長時間保持穩定性、延長治療時效。環狀 RNA 由 RNA 技術平台公司 Laronde 所研發,該公司也預計 10 年推 100 項運用 eRNA 的產品上市,可以預期近期 RNA 技術仍會繼續擴張疾病應用範圍。

延伸閱讀:RNA 藥物時代來臨?臺灣產業鏈仍缺穩定製程關鍵技術!

參考資料:
1. Nature, 2021; https://www.nature.com/articles/d41586-021-02483-w
2. Nature, 2021; https://www.nature.com/articles/d41586-020-03626-1
3. Nature Reviews Drug Discovery, 2018; https://www.nature.com/articles/nrd.2017.243

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