RNA-Based疗法的承诺
几十年的科学进步在理解以前难以治愈许多疾病的根源开辟了新的治疗方案,即通过RNA-based疗法。生物制药的第二波,我们理解的方式编码的部分我们的基因组与疾病,让我们早些时候求情,在更具体的和有效的时刻。
几十年来,专注于生物制药疗法单克隆抗体(mab)作为工具来触发人体的系统制定所需的治疗措施。单克隆抗体已被革命,带来重大影响数以百万计的病人。
目前,RNA技术例如寡核苷酸和mRNA-are在聚光灯下的生物制药产业寻找新的工具来满足医疗需求。头条mRNA疫苗,帮助我们走出了COVID-19流行只是第一次看到如何变革的下一波生物制药医疗的实践。RNA治疗方法允许我们设计我们不能治疗前和治疗疾病与改进的耐受性更好的解决其他条件使用药物,剂量方案和临床疗效。
几乎所有的专家我们调查应用领域:生命科学与RNA技术报告是谁说,他们公司将强调RNA-based疗法在他们未来的管道。他们认为这些技术有可能取代现有的平台和目前除了疫苗发展的机会。
在这里,我们深入研究RNA-based技术的描述,他们的治疗应用和挑战,这些创新产品制造商考虑和注意事项。
- 信使核糖核酸
- 核(小干扰RNA)
- microrna(微RNA)
- sgRNA(单指南RNA),而sgRNA不是治疗本身,它是一个组成部分CRISPR-Cas9系统,这些疗法作用于DNA
- 麻生太郎(反义寡核苷酸)
- 寡核苷酸适配子
RNA是什么?
核糖核酸是一组分子持有的DNA的转录和表达信息。大多数生物使用DNA作为遗传密码,尽管一些明显非常病毒,如SARS-CoV-2和流感RNA基因组。
有三种天然RNA:
- 信使核糖核酸——从DNA基因转录成信使rna,然后翻译成蛋白质。
- 核糖体核糖核酸核糖体,核糖体rna结构和功能部分,信使rna翻译成蛋白质的蛋白质工厂。
- 转移核糖核酸——tRNA积分蛋白质产量。
RNA-based疗法一点历史
RNA被认为是一个潜在的治疗早在1990年的时候RNA含有基因序列是注入生活观察小鼠和基因表达。这个概念验证实验是一项研究,紧随其后信使rna注入老鼠暂时扭转了遗传性疾病通过加压素的表达。甚至mRNA疫苗它一直如此成功应对COVID-19-have始于他们第一测试作为一种手段来表达肿瘤特异性抗原三十年前。
而RNA在细胞中有许多功能,大部分的相关治疗性应用程序涉及操纵DNA转录成信使RNA的途径,然后翻译成蛋白质。RNA技术被应用于治疗各种疾病,如感染性疾病、癌症、自身免疫性疾病、高胆固醇,和罕见的疾病。
RNA-based疗法不同于其他生物制剂
RNA药物需要了解蛋白质编码基因和如何操作过程的蛋白质生产发生在细胞核外治疗中获益。可以使用信使rna,这将转化为细胞内的蛋白质可能失踪,或核结合,干扰内源性mRNA的翻译。
RNA-based疗法有一系列的行动机制。
- 信使rna可以编码一个重要蛋白质的损坏或丢失
- 核可以干扰蛋白质生产通过绑定和灭活mRNA
- 寡核苷酸适配子可以绑定和活性多肽和蛋白质
- ASOs可以调节基因表达
- sgRNAs,当使用基因编辑酶(如在CRISPR-Cas9),可以直接编辑的DNA或RNA
RNA治疗往往是更快发展,批准,看看比现有的生物制剂,广泛采用单克隆抗体、细胞和基因治疗和基因像CRISPR编辑技术。
不同的RNA平台是什么?
信使核糖核酸
信使rna合成引入细胞,转化为一个先天或后天蛋白质现有的细胞机制。
疫苗
mrna表达抗原与实验引入细胞为了接种与病毒性疾病,如艾滋病毒和流感,以及对癌症,包括黑色素瘤。这种策略已经成功地应用于COVID-19疫苗,信使rna的打包在脂质纳米粒子(lnp)。
蛋白替代疗法
这种基因疗法纠正缺失或缺陷的不良反应的蛋白质。可以通过使转染细胞的DNA,它插入到基因组和稳定表达,或通过添加mRNA细胞,之后有功能的蛋白质是暂时性的表达。
公司发展mRNA替代疗法代谢条件、囊性纤维化、心脏疾病、肿瘤和免疫调制剂治疗。
它也被使用,作为CRISPR-Cas9治疗的一部分,敲除突变转体基因的基因患者出现在转体基因(ATTR)淀粉样变。
核
小干扰rna很短(约20核苷酸)双链寡核苷酸序列互补的mRNA表达基因。他们结合,信使RNA,形成双链RNA分子,然后有针对性的细胞退化。这个过程称为基因沉默,是一个正常的基因表达的转录后调控的一部分。
核已经被用于治疗艾滋病和癌症。三核药物已经被FDA批准,包括Onpattro Giviaari Oxlumo,,至少七3期临床试验。
microrna的
microrna在功能上相似核,但通常是短链的核苷酸结合更杂乱地信使rna;小干扰rna结合而专门一个基因的信使rna, microrna的可以与多个mRNA。
麻生太郎
这些都是短(13-30核苷酸),合成单链寡核苷酸像核,绑定到一个特定的细胞信使rna,取决于他们的序列。这个绑定改变通过酶促反应而引起的细胞壁的降解信使rna或基因表达,或者,通过外显子拼接的过程称为选择。ASOs与合成核苷广泛地修改,呈现稳定和消除需要运载工具。
脊髓性肌萎缩是由于不正确的信使rna剪接的SMN2基因的外显子pre-mRNA跳过,不包括在最终的信使rna。这意味着一个不完整,功能失调,蛋白质是翻译。Spinraza (nusinersen)是一个fda批准的RNA药物结合pre-mRNA并允许它正确地处理。
其他fda批准的例子包括milasen,用于单个病人治疗板条疾病;fomivirsen治疗巨细胞病毒视网膜炎;几个exon-skipping寡核苷酸杜氏肌萎缩症的治疗(例如,eteplirsen golodirsen);mipomersen家族性高胆固醇血症;和inotersen世袭transthyretin-mediated淀粉样变。
sgRNA
单导RNA分子行为引导CRISPR基因编辑系统中目标DNA的酶。他们通常超过100个核苷酸长度和由两个序列融合使一个sgRNA: crispr或寻求RNA长日的核苷酸,绑定到目标DNA序列编辑;tracrRNA或脚手架RNA与DNA结合编辑酶。
寡核苷酸适配子
寡核苷酸适配子很短(15-45核苷酸)单链寡核苷酸的高亲和性结合细胞目标,如蛋白质和病毒。希望它们可以用于治疗灭活病毒,例如绑定的突起蛋白SARS-CoV-2病毒。Pegaptanib(27个核苷酸)是fda唯一批准的核糖核酸适体药物,用于治疗黄斑变性。
其他尖端RNA-based疗法
许多实验RNA治疗存在尚未治疗相关,包括self-amplifying RNA (saRNA),环状RNA (cirRNA)和tRNA。大约有80种不同类型的合成和天然的rna,暗示仍有足够的实验空间和发展。
rna的合成化学合成
一般来说,短rna和寡核苷酸(例如,核通过生产固相化学合成体外,使用修改后的核苷,通常phosphoramidites。这些修改一个寡核苷酸防止退化,改善绑定目标RNA或DNA序列,增加身体的稳定。大量的有机溶剂,昂贵的原材料,以及合成收率随每个额外的核苷酸补充说,意思是长分子。这不是一个理想的过程过程控制的本质意味着它可以接受多种核苷和nucleoside-linkage修改,这两个显示治疗相关性、允许精确的分子剪裁的药效学。
在体外诊断和转录
长的RNA信使RNA一样,是由早期诊断,在此期间,核苷酸组装成所需的RNA链的DNA模板通过transcriptase-mediated过程。这个过程发生在水环境中,具有较高的精度,比较快速,但不能使用大量修改核苷逆转录酶,不能引入备用链接策略。
治疗应用
RNA治疗的力量,在某种程度上,他们的能力来调节细胞中的蛋白的生产。影响细胞的蛋白质是一个多样化的类分子结构、运输、催化、消息传递和调节功能在人类生活几乎所有生物学途径至关重要。蛋白质是缺席时,过多的或非功能性,关键生物过程受到影响,可以导致疾病。
病毒和细菌蛋白质也是关键功能,感染和影响过程。身体的自然防御病原体经常使用识别的干扰,这些外国蛋白质。
无处不在的存在的蛋白质调节他们意味着可以有广泛的治疗效果。出于这个原因,这并不奇怪的平均公司追求RNA-based疗法打算将这些应用到多个适应症(图1)。RNA治疗方法的好处是,所有的RNA制造平台很容易适应蛋白质从一个目标到另一个地方,因为所有的改变是核苷酸序列。
细胞蛋白调控
细胞内蛋白质提供大量不同的功能,从结构到功能。他们是非常不同的化合物和许多疾病的结果从一个细胞产生过多或过少的一个特定的蛋白质。RNA治疗,通过修改特定蛋白质的生产,可能会导致蛋白质含量的增加或减少,因此,影响疾病的状态。
一般来说,寡核苷酸蛋白质在细胞数量减少导致先天信使rna的降解会翻译成蛋白质。信使rna治疗增加蛋白质的细胞通过提供指导蛋白质合成的细胞机制。
公司打算使用RNA-based治疗传染性疾病,自身免疫性疾病,罕见疾病,肿瘤、再生医学、心血管和代谢紊乱,中枢神经系统疾病(图2)。
大力发展RNA-based治疗自身免疫性疾病(如类风湿性关节炎和牛皮癣)显示有一个相信他们可以改进现有的有效的小分子(如tofacitinib / Xeljanz)和生物医疗产品(如道/恩利)。这可能包括改进耐受性和疗效的单克隆抗体治疗自身免疫性疾病往往有明显的副作用,需要大剂量,是昂贵的。
疫苗
信使核糖核酸疫苗一直是一个很好的进入RNA的许多公司市场。COVID-19疫苗的成功让许多业内人士相信,属于他们的信使核糖核酸疫苗和寡核苷酸pipelines-their有效性,结合生产相对轻松,让他们难以忽视。流感疫苗制造商正在考虑一个开关远离细胞疫苗生产mRNA利用大量潜在的好处:
- 更快的生产
- 信使rna分子之间轻松切换目标新兴季节性病毒株
- 小剂量
- 低成本的商品
COVID-19疫苗的成功也意味着一个设施适应产生mRNA疫苗可用于生产信使rna治疗其他的迹象,包括自身免疫性疾病、免疫治疗和肿瘤。事实上,信使rna COVID-19之前,公司最出名的是他们的工作发展癌症疫苗。
几乎所有这些在我们的视野调查相信RNA-based疗法将有可能超越mRNA疫苗或将颠覆性药品生产(图2)。
蛋白阻塞
寡核苷酸适配子就像化学抗体,蛋白质绑定到目标中具有高特异性细胞和灭活。他们更简单,更便宜比单克隆抗体生产,和更稳定。他们正在开发诊断和治疗感染性疾病(如艾滋病、乙型流感、肺结核)和各种类型的癌症。
方面CRISPR-Cas9是被测试的例子包括正确的点突变,导致失明,允许生产的gamma-globin发育沉默基因,并建立同种异体CAR-T细胞治疗各种癌症。
基因修改
CRISPR和其他基因编辑将是生物制药的第三次浪潮的一部分。虽然技术足够先进,提供概念验证实验,永久的社会和伦理影响修改任何的基因组organism-let仅人类需要解决之前,这些技术可以用来治疗在任何但尚未解决的和非常严重的疾病。
制造业RNA-based疗法是更快和更便宜
RNA技术降低设施设计和施工成本的好处相比,传统的生物制剂设施,主要是因为不需要细胞培养。这里有一些其他好处。
市场增长速度
开发时间大大减少,部分原因是缓解的RNA分子从一个切换到另一个。例如,原材料、设备和工艺套件保持不变,当从mRNA为肿瘤疫苗信使rna。它可能需要多批次之间的清洗工艺设备,降低成本和停机时间。这意味着多个RNA分子可以使用相同的技术生产的设施以最少的额外的开支。
低成本的商品
在原材料生产RNA expensive-including修饰核苷的高成本每克,专门的酶,和质粒dna货物总成本较低,因为少量的每个需要。需求增加,导致增加供应和降低价格在过去的二十年里。
公用事业成本较低相比,生物(mAb),包括注射用水(注射用水),clean-in-place / steam-in-place (CIP / SIP),和电力。
监管铂重整
制造商的速度开发、测试和生产大量的安全有效的信使核糖核酸疫苗COVID-19是惊人的。这个在全球范围内的概念应该光滑监管路径为其他RNA-based疗法。
时规定,所有RNA涨潮浮船。
强有力的论点可能是,当一个公司想要修改的mRNA COVID-19疫苗来应对新的变种,它可以缩短安全性研究。自从mRNA在相同的配方,可能需要的就是评估其有效性。
挑战RNA-based疗法
固有的挑战中使用RNA作为治疗不稳定,交付,和定位。
冷供应链
RNA是一种不稳定的产品,需要保护环境退化。这样做的方法之一是使用修改后的核苷制造RNA,稳定生产过程中分子和身体。另一种方法是通过冷藏,用于早期COVID-19 mRNA疫苗储存在超冷的温度。后续研究显示他们可以存储稳定在传统冰箱在-20 oc,使供应链更简单。
不稳定在活的有机体内
RNA在本质上是不稳定的体外和体内容易由核糖核酸酶酶促降解作为人体的先天免疫反应的一部分。这种不稳定性或短half-life-was首先克服实验通过信使rna,包含修改后的核苷,假尿苷。固相化学合成增加体内的稳定性。
需要组织交付
无法针对具体组织RNA可以限制条件是可以治疗的。除非是注入脊髓液,例如,这是痛苦的,这些药物往往是透过肝脏。
运载系统
运载工具需要克服的挑战RNA不稳定,细胞吸收大,带负电荷的分子,和特定的组织目标的能力。虽然病毒已被成功地用于交付,但受限于RNA可能有效载荷的大小和牺牲的向量。病毒性的替代品,保护RNA和提高细胞吸收正在不断发展。
封装
脂质体、胶束
这些lipid-based结构形成脂质单层(胶束)或双分子层脂质体模拟细胞膜。脂质体是用来封装和传递细胞的信使rna在1978年首次并发表microrna的疗法在第一阶段试验中。
聚合物
阳离子聚合物,如poly-beta-amino-esters (pba)、复杂与RNA形成纳米颗粒。聚合物药物输送系统已经被FDA批准的小分子,RNA-based疗法的发展和临床前研究。
脂质纳米粒子
现况是球形保护囊泡模仿病毒载体。早期版本只包括胆固醇和磷脂。持续发展导致fda认可的现况,由四个部分组成:
- 得阳离子脂质
- 磷脂
- 胆固醇
- 聚乙二醇脂质
美国fda批准的首个使用现况提供一种RNA小干扰RNA药物治疗是,patisiran (Onpattro®)治疗遗传性转体基因的淀粉样变(hATTR)。Patisiran基因沉默的治疗,使用一个LNP目标交付到肝细胞转体基因的信使rna抑制合成。lnp也被成功地用于交付mRNA COVID-19疫苗。
轭合物
轭合物分子与RNA他们特定的组织目标。例如,GalNAc (N-acetylgalactosamine)是一种碳水化合物与受体结合的肝细胞。当GalNAc与siRNAs,他们交付到肝脏。GalNAc接合也提高了核稳定没有运载工具的情况下,提高细胞吸收。
奥尼兰姆有三个fda GalNAc-conjugated siRNA药物,每一个都有三个GalNAc配体更多热心的绑定:givosiran(急性肝卟啉症),inclisiran(高胆固醇血症),和lumasiran(主hyperoxaluria类型1)。
信使rna为模块化和可部署的设备开启了大门
mRNA生产不需要细胞培养,不再需要的那种巨大的不锈钢生物反应器和大规模的下游加工设备所需的其他生物制剂。这包含生产意味着不再有理由建立一个设施的规模经济产生足够的药品治疗整个世界。
因为大量最后剂量可以由一个小的信使rna合成,有推动模块化设备,可以建立本地和迅速。
- 一个相对较小的资本投资可以让一个国家没有大型制药生产能力构建一个信使rna设备为国内提供足够的疫苗剂量使用。
- 设施可以构建接近病人。
- 相同的设备可以用于多个不同的mRNA产品同时或顺序。
- 当地生产简化供应链物流和航运。
扩大mRNA生产可以很简单,比如添加一个额外的模块。事实上,这些都是被BioNTech在生产海运集装箱模块促进全球航运。一个完整的设施,办公室和仓库模块,可以根据需要建立和扩张或者收缩。而设施的类型将是不同的对于不同的RNA治疗,在每一个类别(例如,信使RNA, siRNA)平台,使大部分药物物质几乎是相同的。
易于从一个信使rna治疗切换到另一个,意味着一个国家可以考虑建立国内生产设施。主要的生物制药公司感兴趣帮助国家发展国内mRNA疫苗生产能力在巴西、澳大利亚和新加坡。我们很快就会看到小RNA设施出现在世界各地。
内部生产或CDMO吗?
绝大多数(60%)的受访者打算依靠CDMO相对少量的生产开发和临床试验所需的RNA(图3)。这相当于微克为发现和开发阶段生产毫克量,而临床试验需要克数量。
然而,大规模的疫苗生产,作为COVID-19类型看,每年需要公斤数量的信使rna。当你把这些要求大量缺乏可用产能CDMO空间意义的公司为其第一批可以等待两年——这是意料之中的,许多公司正计划内部制造。合同制造的需求,加上物价上涨表明是有意义的构建内部能力最大化投资回报。
这需要计划,因为它可以平均三年设备启动和运行。计划未来容量需求的药物套设计规模设施以满足估计年来仅仅对制造商一直是一个挑战。预测需求和占领市场份额,除了临床试验成功,创建额外的业务风险时进行设施规划。减少这些风险需要专家设计团队的能力允许灵活的增长。
RNA的未来
RNA-based疗法将提供选项为目前的未知孤儿疾病,以及提高药物产品已经在使用了许多迹象。RNA治疗比传统的马伯需要不同的生产设备设施,但在许多方面,这些设施开发和制造优势。RNA-based疗法的好处也有缩短开发时间,降低了设备占用和资本成本,和快速适应性其他迹象。这使它可能RNA药物产品将扩大在大分子药物的费用他们将取代由于更新的和易于得到监管部门的批准。
研究人员正在激动人心的问题是,我们今天要治疗什么疾病?可用的技术和开发他们的基因序列,可以合成rna,并交付平台。他们可以切换从一个产品,一个迹象,到另一个产品,几个月的另一个迹象。对于这个波RNA-based生物制药,天空的极限。
