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新冠病毒“最厉害变种”来袭?带你全面了解mRNA疫苗
2021-12-03
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临近2021年尾声, 全世界各国疫苗接种工作陆续展开, 全球防疫抗疫工作进入日常化。这个时候,可能谁也想不到,新的新冠病毒变异株出现了。11月26日,世界卫生组织  (WHO) 举行紧急会议并发布声明,将这种新型新冠病毒变异株B.1.1.529列为“需要关注的变异株”,取名为希腊字母Omicron(奥密克戎)。

Omicron正在南非迅速传播.jpg

Omicron正在南非迅速传播

图片来源:Alet Pretorius/Gallo Images/Getty[1]

近日,全球新冠疫情反弹,在非洲多个国家发现的新冠病毒新型变异株——Omicron引起各国高度警惕。从Omicron 在南非Botswana首次被发现,到目前多国都出现了Omicron变异株,可能对全球构成巨大威胁。科学家们目前还在了解该变体的特性,比如它是否可以逃避疫苗引发的免疫反应,以及与之前的其他变体相比,Omicron是否会引发更严重的疾病。相关资料显示,与新冠变异病毒德尔塔(Delta)变异株相比,Omicron变异株拥有更多的刺突蛋白(Spike蛋白;S蛋白)突变,变化多达30多种。这些变异多样化,且大部分位于与人体细胞相互作用的区域。其中的多种变化已在Delta 和Alpha 等变体中发现,并且与传染性增强和逃避感染阻断抗体的能力有关。Omicron和之前的 Delta、Alpha、Beta 和 Gamma 一起加入了当前的 WHO 关注变体名单。

Omicron变异株的特点

Omicron变异株同时具有前4个VOC变异株Alpha、Beta、Gamma和Delta刺突蛋白的重要氨基酸突变位点,包括增强细胞受体亲和力和病毒复制能力的突变位点。且突变位点数量明显多于近2年流行的所有新冠病毒变异株,尤其在病毒刺突蛋白突变较多。
Omicron变异株的刺突蛋白中同时存在 “K417N+E484A+N501Y”三重突变;此外,Omicron变异株还存在其他多个可能降低部分单克隆抗体中和活性的突变。突变的叠加可能降低部分抗体药物对Omicron变异株的保护效力,对现有疫苗免疫逃逸的能力,有待进一步监测研究。

mRNA疫苗

2020年以来,新冠疫情席卷全球,伴随着疫情的肆虐,新冠疫苗的研发和大规模应用成了全球的热切期待,国内外多家医药公司纷纷投入到新冠疫苗的研发队列中。其中,mRNA 疫苗的临床运用开始于 2020 年新冠疫情。辉瑞-BioNTech研发的BNT162b2,以及由 Moderna 研发的 mRNA-1273 是全球最早广泛使用的 mRNA 疫苗。此次针对Omicron,全球各大药厂争分夺秒研制针对Omicron疫苗。辉瑞与BioNTech表示,未来两周将持续搜集Omicron的实验检测数据,一旦发现Omicron是可以逃过人体免疫反应,致使现有疫苗失去功效,将立即重新且可迅速研发出针对Omicron的改良版疫苗,最快100天就正式量产交货。Moderna 表示,如果有需要可以在2022年初准备好一种应对Omicron COVID-19变体的新疫苗。
2020年之前人们还认为mRNA疫苗至少还需要5-6年才能获得监管部门的批准。但是,当2020年初COVID-19大流行横行世界时,这些现实就被颠覆了。在短短几个月的时间里,mRNA疫苗的研发、制造和部署都进入了飞速跨越的阶段。BNT162b2和mRNA-1273这两款mRNA疫苗引起了业界广泛关注,mRNA药物研究也成了炙手可热的领域。

mRNA疫苗和抗原表达机制的示意图.jpg

mRNA疫苗和抗原表达机制的示意图[2]

mRNA疫苗将外源目的基因序列通过转录、合成等工艺制备的mRNA通过特定的递送系统导入机体细胞,直接在体内表达目的蛋白,刺激机体产生有效的体液和细胞免疫反应,从而使机体获得免疫保护。

mRNA疫苗特点

能导入细胞,在体内表达相应的抗原蛋白,避免了体外蛋白表达、纯化过程;

能够刺激免疫系统产生体液免疫和/或细胞免疫应答,发挥相应的免疫预防和/或免疫治疗作用;

能够通过刺激机体免疫系统产生多种细胞因子等方式增强机体免疫反应能力或改变免疫应答类型;

由于mRNA的降解是通过细胞正常代谢完成,降低了因感染或整合诱发基因突变的潜在风险,此类型疫苗具有其独特的优势。

mRNA疫苗已成为快速响应疫情挑战的快速多功能技术手段。其中,脂质纳米颗粒封装的mRNA(mRNA-LNP)编码SARS-CoV-2的受体结合域(RBD)作为候选疫苗 (称为ARCoV)。ARCoV mRNA-LNP的肌内免疫在小鼠和非人灵长类动物中引发了针对SARS-CoV-2的强大中和抗体以及Th1免疫偏倚的细胞反应。对小鼠进行两剂 ARCoV 免疫后,可完全抵御 SARS-CoV-2 小鼠适应株的攻击。

脂质纳米颗粒mRNA疫苗-(mRNA-LNP).jpg

脂质纳米颗粒mRNA疫苗 (mRNA-LNP)[3]

美迪西mRNA疫苗生物分析技术平台

基于mRNA疫苗的作用机制和特点,美迪西生物技术药物分析部门为支持mRNA疫苗的安全性和有效性评价,建立了涵盖代谢及生物分布,到总抗体、关键序列结构域抗体和抗病毒中和抗体效价,以及细胞免疫应答反应效力的系列评价技术平台。

mRNA水平生物分布分析

美迪西拥有ABI7500系列Real-Time PCR扩增仪器以及配套的Kingfisher 核酸提取仪设备,可基于RNAase free管收集的Trizol保存的全血样品以及其它类型的组织样品通过后续的RT-qPCR技术进行mRNA的代谢与分布分析。

mRNA表达蛋白抗原的生物分布分析

mRNA疫苗需要在体内翻译成蛋白质后才能刺激机体进一步产生免疫应答,因此在蛋白层面上确认mRNA的表达水平和分布尤为重要。
美迪西生物药分析部拥有多台Molecular Device M4系列酶标仪及新型iD5系列酶标仪,MSD系列电化学发光分析仪等支持多种类型的免疫分析方法,可以执行mRNA所翻译蛋白抗原水平的不同灵敏度范围的检测和监测。

酶联免疫分析(EIA)

荧光免疫分析(FIA)

时间分辨荧光(TRFIA)

荧光共振能量转移(FRET)

化学发光(CLIA)

电化学发光(ECL)

试验所用酶标仪及电化学发光分析仪.jpg

试验所用酶标仪及电化学发光分析仪

T细胞因子分泌水平评价

mRNA疫苗除引起B细胞体液免疫反应产生抗体外,也可刺激引起细胞的免疫反应,美迪西生物技术药物分析部门拥有MSD、luminex、FACS CBA等多个多重细胞因子分析平台提供节约样本、节约成本模式的细胞因子分析技术支持,甚至ELISPOT单细胞层面的细胞因子丰度变化分析。

MSD Multi Plex

Luminex Multiplex

FACS CBA

多重细胞因子分析平台.jpg

多重细胞因子分析平台

总抗体、关键结构域抗体效价分析

常规的B细胞分泌抗体效价评价主要基于间接ELISA的滴度检测方法,美迪西技术团队核心成员早年致力于核酸及蛋白疫苗产品研究,获得过相关专利,且在美国本土的pfizer公司接受过疫苗效价生物分析评价的系列培训,基于实践经验建立了系列方法评价体系和标准制定规则,用于考察疫苗总抗体、关键结构域抗体效价以及评判它们的相关性。美迪西生物技术药物分析部门也可以基于MSD平台,利用经验证试剂盒直接进行基于SARS-CoV-2五种不同的重要mRNA表达抗原SARS-CoV-1 Spike, SARS-CoV-2 N, SARS-CoV-2 S1 NTD, SARS-CoV-2 S1 RBD, and SARS-CoV-2 Spike的IgG、IgM、IGA检测。

V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 1 (IgG)

V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 2 (IgM)

V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 3 (IgA)

基于竞争性Assay或假病毒的中和抗体分析

美迪西疫苗分析技术平台除了既可以基于电化学发光MSD平台应用竞争性的配体结合分析方法执行例如新冠mRNA疫苗体内表达抗原所刺激的功能性抗体即中和抗体分析,也有独立细胞房等设备设施以进行基于假病毒与表达ACE2细胞株相互作用的中和抗体分析。

竞争性配体结合法(CLBA)的中和抗体检测原理.jpg

竞争性配体结合法(CLBA)的中和抗体检测原理

Cell-based中和抗体检测原理.jpg

Cell-based中和抗体检测原理

参考文献

[1] Ewen Callaway. Heavily mutated Omicron variant putsscientists on alert. Nature. 2021 Nov25.

[2] Giulietta Maruggi, et al. mRNA as aTransformative Technology for Vaccine Development to Control InfectiousDiseases. Mol Ther. 2019 Apr 10;27(4):757-772.

[3] Na-Na Zhang,et al. A Thermostable mRNA Vaccine against COVID-19. Cell. 020 Sep3;182(5):1271-1283.e16.

[4] mRNA vaccinesfor infectious diseases: principles, delivery and clinical translation. NatRevDrug Discov. 2021 Aug 25 : 1-22.

[5]Recent advancesin mRNA vaccine technology. Curr Opin Immunol. 2020 Aug;65:14-20.

新冠病毒变异株“Omicron (奥密克戎)”扩散至全球多地,美迪西持续高度关注!美迪西生物医药长期为各类新型生物技术药及疫苗的安全性和有效性评价提供全方位支持,建立了涵盖代谢及生物分布,到总抗体、关键序列结构域抗体和抗病毒中和抗体效价,以及细胞免疫应答反应效力的系列评价技术平台。欢迎各位有需要的医药企业垂询,与美迪西合作完成mRNA疫苗的相关生物分析工作。如有需求请发送邮件至:Marketing@medicilon.com.cn,欢迎大家咨询和交流~
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