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核酸疫苗的工艺开发与优化


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1989年,mRNA 疫苗概念首次提及,以BioNTech、Moderna为代表的全球核酸疫苗公司的努力下,mRNA 疫苗技术取得了突破性的进展。mRNA 疫苗具有研发生产周期短、免疫原性高、高安全性、生物化学污染风险低的优点。目前在流感、非瘟、流行性腹泻,口蹄疫及猫三联等疫苗品类上有多家公司在开发。

一、核酸疫苗的基本原理

核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA 或 RNA)直接导入动物体细胞,通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,进而达到预防和治疗疾病的目的。根据主要成分的不同,核酸疫苗可主要分为DNA 疫苗mRNA 疫苗。


DNA 疫苗由编码疫苗抗原的重组真核表达载体组成。mRNA 疫苗与 DNA 疫苗的工作原理相同,只是绕过了第一步(DNA载体的核易位和转录为mRNA)。自我复制的RNA 疫苗可能会使用较低剂量诱导保护性免疫,因为每个细胞表达的疫苗抗原更多。与传统疫苗不同,mRNA疫苗不需要使用病原体本身或其蛋白质,而是直接利用遗传信息来指导细胞合成抗原。下面以mRNA疫苗为主介绍工艺方案。


二、mRNA的生产工艺


mRNA 疫苗的生产工艺主要包括 3 个部分:pDNA 模板的制备、mRNA 原液(Drug Substance,DS)的生产、递送载体装载及制剂灌装。mRNA DS 的生产工艺包括上游的质粒线性化、体外转录(In Vitro Transcription,IVT)、下游的 mRNA 纯化以及原液灌装等工艺步骤。

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图1. 百林科质粒生产解决方案


上游通过大肠杆菌表达菌体,通过菌体收获,下游的裂解工艺,澄清过滤、浓缩工艺,层析纯化工艺可以获得高纯度的超螺旋DNA(scDNA)。


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图2. 质粒纯化解决方案

质粒层析工艺Chromstar® 6FF + MaXtar® PlasmidCap HR + MaXtar® Q HR三步法最为经典常用,针对不同的质粒产品和用户需求,百林科也有不同的质粒产品纯化策略,例如可以使用BaronCHT® Type II去除HCD和ocDNA,或者使用CaCl2或硫酸铵沉淀样品后使用MaXtar® Q+MaXtar® PlasmidCap HR/ BaronCHT® Type II两步层析纯化超螺旋质粒。


案例分享:


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图3. 质粒三步法峰图

(由左至右:Chromstar® 6FF、

MaXtar® PlasmidCap HR、MaXtar® Q HR)


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结论:通过经典三步法,超螺旋纯度达到90%以上,

整体收率也处于较高水平。

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图4. 两步法峰图


使用MaXtar® COLL 700去除RNA等杂质、MaXtar® PlasmidCap HR填料提升超螺旋质粒纯度。收率和纯度也满足法规要求。


2. mRNA工艺流程

百林科为mRNA工艺提供一系列的解决方案,涵盖从线性化到制剂端的关键设备耗材等。例如IVT过程使用CytoLinX® WB,适应体外转录小体积低剪切的特点;创新性新产品RNase-free一次性使用耗材,解决产过程中潜在引入RNase/DNase的烦恼;实验室及工业级的超滤的设备与耗材;此外,百林科也提供高质量的层析纯化解决方案,包括层析系统、层析柱以及填料相关产品。

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图5. mRNA生产工艺流程


mRNA的纯化采用亲和Maxgo Oligo dT+疏水MaXtar® Phenyl HR(或MaXtar® Butyl HR)进行,完成后通常需要进一步浓缩换液,通过超滤实现,最终得到的mRNA进行制剂灌装,冷冻存储,保证其稳定性。


3. 递送系统

脂质纳米颗粒(LNPs, Lipid Nanoparticles)是mRNA疫苗的关键载体,能有效保护mRNA并促进其在细胞中的递送和表达。


图8.png图6. LNP生产工艺流程


LNP的生产环节涉及大体积的流体转运及超滤换液过程,百林科可提供完整的超滤及流体解决方案;同时针对灌装工艺,提供高效灵活的定制,生产过程采用行业领先的微粒控制(B+A级),多样化的选择及健全的测试和验证帮助实现LNP生产风险控制。

兽用mRNA疫苗的开发和工艺解决方案涵盖了从基础研究到生产的各个环节。随着技术的不断进步,mRNA疫苗将在兽医领域发挥越来越重要的作用,百林科将为动物核酸疫苗提供更加高效和安全的解决方案。


点击查看 核酸疫苗(NAV)工艺解决方案完整资料

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