如何生产mRNA？

mRNA(信使核糖核酸)疫苗是一种能够激发人体自身对特定抗原免疫反应的新型技术，它携带有mRNA的信息，其中包括特定病毒特征（即病毒抗原）的“蓝本"或者代码。这些信息使人体能够自行合成病毒抗原：mRNA将生产抗原所需的信息输送到人体制造蛋白的细胞机器中，然后，人体细胞将抗原呈递到细胞表面，从而诱导所需的特定免疫反应。当人体接触到对应的病毒时，免疫系统会识别出特定抗原，从而精准且迅速地攻击病毒来阻止感染。

mRNA的生产过程——

1、DNA原液制备；

我们首先需要设计与构建含有S蛋白基因序列的载体，然后通过大肠杆菌放大培养，获得大量的携带S蛋白基因序列的质粒。

2、mRNA原液的制备；

获取的携带S蛋白基因序列的质粒线性化{（噬菌体启动子（T7）-5 UTR-开放阅读框（ORF）-3 个非翻译区（UTR）-polyA}通过体外转录（IVT）将前mRNA5'端加帽子。后续需要经过一系列的纯化，除菌等过程。除去酶、游离核苷酸、残留 DNA 和外源 RNA 片段，dsRNA, 及反应体系中的免疫原性杂质。满足 GMP 生产的质量需求。

Moderna的mRNA还需要把尿苷替换成假尿苷，以降低免疫原性。

3、利用脂质微粒进行包封。

制备递送系统，例如基于聚合物或脂质的纳米颗粒(LNP)，然后使用不同制造商不同的方法将纯化的mRNA封装在其中。由此产生的mRNA/递送纳米颗粒组件经过浓缩、缓冲液交换和无菌过滤。然后最终评估并按此顺序包装成袋/瓶作为原料药。原料药通常在最终形成（尽管不适用于某些工艺）最终药物产品填充之前冷冻储存，在某些情况下随后还需要进行冻干。

在NGS及合成技术的快速发展的今天，病毒遗传信息序列的解读及序列合成已不是难题。如何将合成好的mRNA序列递送进入人体细胞变成了mRNA疫苗研发的重要挑战之一。

人体细胞结构从外至内可分为细胞膜（cell membrane）、细胞质（cytoplasm）、细胞核（nucleus）。mRNA翻译成蛋白质的过程发生在细胞质中，因此，mRNA疫苗要发挥作用，必须先将编辑好的mRNA递送进细胞质中。

进入细胞质需要通过细胞膜，细胞膜由磷脂双分子层构成，磷脂分子头部具有亲水性，尾部具有疏水性，两层磷脂尾部相对形成双分子层，能够有效控制水分子、离子、大分子物质通过。mRNA作为大分子（300-5000kDa），在不破坏细胞膜的前提下，进出细胞只能以内含体（endosome）通过胞吞作用（endocytosis）。

通常情况下，内含体进入细胞质后，会被直接送至溶酶体（lysosome）进行分解。为保证mRNA在翻译前保持完整性，mRNA需要在内含体与溶酶体结合前打破内含体包膜（endosomal disruption）并逃离。

逃离内含体进入细胞质后，mRNA便会在细胞质内游动，直至到达核糖体（ribosome）并在此转译为肽链，最终折叠成为蛋白质。

对于mRNA疫苗和药物，递送系统有两大职责：

1、有效包裹和保护mRNA在到达靶点前维持稳定，

2、帮助mRNA有效成分进入细胞，

3、在mRNA到达溶酶体前将其释放进入细胞质中。

LNP是目前有潜力的递送载体之一。LNP（Lipid Nanoparticle）是脂质微粒的总称，其中又包括脂质胶团（micelle）、脂质体（liposome）等。LNP与细胞膜的组成成分相似，均由脂质分子构成。脂质分子的两条长尾通常呈平行状态，在此状态下，脂质形成的双分子层稳定。

在进入细胞质酸性环境后，部分脂质的头部质子化，呈现阳离子形态，与其他阴性离子态的脂质分子相吸引，尾部张开。原本双分子层的形式被破坏，形成头部聚集在一起的环状。之前包裹在内的mRNA便可逃逸出内含体，进入细胞质翻译。

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