2022 唐獎生技醫藥獎──mRNA 疫苗發展的學理基礎

2022 Tang Prize – Biopharmaceutical Science
2022 唐獎生技醫藥獎──mRNA 疫苗發展的學理基礎

2022 年第 5 屆唐獎生技醫藥獎共同頒給 Drs. Katalin Kariko, Drew Weissman, Pieter Cullis，以表彰其發現關鍵的疫苗學觀念和方法，進而成功開發對抗新冠肺炎（COVID-19）之 mRNA 疫苗，並可做為蛋白質療法的典範轉移。

2019 年 11 月起至今 2 年多，COVID-19 造成全世界的公衛危機，至今確診數超過 5 億 3 千萬人，630 萬人更因此死亡 [1]，同時也重創全球經濟。為了減緩疫情，BioNTech 和 Moderna 用不到 12 個月的時間，成功開發了 SARS-CoV-2 的 mRNA 疫苗，這項重大的發展可歸功於三位得主突破 mRNA 疫苗困境的貢獻。

開發 mRNA 疫苗的首要困難是：若將病毒的 mRNA 注入人體內，會被人體的免疫系統辨識並誘發先天性免疫反應（innate immunity），例如發炎等，造成嚴重的後遺症。Drs. Katalin Kariko 與 Drew Weissman 利用核苷修飾後的 mRNA（nucleoside-modified mRNA），大大降低 mRNA 的免疫原性（immunogenicity） [2]。除此之外，更可以增加 mRNA 的穩定性及轉譯後的蛋白產量 [2]。

第二個困難是要確保 mRNA 疫苗可以準確送入細胞中而不會在中途被分解。Dr. Pieter Cullis 開發了脂質奈米顆粒（lipid nanoparticles, LNP）的運輸系統，這套系統具有對於 pH 值相當敏感、帶正電且非雙層膜的脂質結構，可以讓 mRNA 疫苗在抵達並進入細胞之前免於被釋放進而分解 [3]。而這套系統也逐漸應用在質體 DNA 或其他類型的 RNA，例如小分子干擾型 RNA（small interfering RNA） [4, 5]。

上述三位學者的發現奠定了 mRNA 疫苗發展的學理基礎，不但克服了 mRNA 疫苗原本面臨的困難，更大幅提升其穩定性。mRNA 疫苗在臨床的可行性並非僅限於對抗病毒感染，科學家也針對癌症設計了一系列 mRNA 疫苗，顯示 mRNA 疫苗也具有對抗其他疾病的潛力 [6]，讓科學家在往疾病治療的道路上又更推進一步。

References:

1. WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. https://covid19.who.int/
2. Pardi, N., Hogan, M., Porter, F. et al. mRNA vaccines — a new era in vaccinology. Nat Rev Drug Discov 17, 261–279 (2018). https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243
3. Allen, T. M., & Cullis, P. R. (2013). Liposomal drug delivery systems: from concept to clinical applications. Advanced drug delivery reviews, 65(1), 36-48. https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.09.037
4. Kulkarni, J. A., Myhre, J. L., Chen, S., Tam, Y. Y. C., Danescu, A., Richman, J. M., & Cullis, P. R. (2017). Design of lipid nanoparticles for in vitro and in vivo delivery of plasmid DNA. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 13(4), 1377-1387. https://doi.org/10.1016/j.nano.2016.12.014
5. Terada, T., Kulkarni, J. A., Huynh, A., Chen, S., van der Meel, R., Tam, Y. Y. C., & Cullis, P. R. (2021). Characterization of lipid nanoparticles containing ionizable cationic lipids using design-of-experiments approach. Langmuir, 37(3), 1120-1128. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c03039
6. Sullenger, B. A., & Nair, S. (2016). From the RNA world to the clinic. Science, 352(6292), 1417-1420. http://doi.org/10.1126/science.aad8709

撰稿：洪維謙、蕭皓文
審稿：黃云宣、陳品萱