RNA疫苗新配方助力耐高温储存，无需低温冷链

RNA疫苗已被证实对新冠病毒有效，目前正被开发用于治疗包括癌症等多种其他疾病。这类疫苗的一个缺点是需要超低温储存，但麻省理工学院的研究人员找到了一种有望克服这一限制的方法。

在AI算法的帮助下，研究人员调整了通常用于递送mRNA疫苗的脂质纳米颗粒周围的配方，使疫苗更耐热。通过这种方法，他们制备出的疫苗在室温下储存长达一年，或在近100华氏度下储存两个月后仍能保持稳定。

当这些颗粒携带的新冠疫苗被注射到小鼠体内时，产生的免疫反应与类似莫德纳研发的RNA新冠疫苗一样强。通过使用AI算法预测颗粒的最佳配方，研究人员大幅减少了所需的实验次数，从而加快了研发进程。

麻省理工学院科赫综合癌症研究所的首席研究员安娜·亚克莱内茨表示："这个算法真正的优势在于我们可以用小数据集来使用它。开展数千次实验非常困难，所以这个算法让我们能够更轻松地实现具有我们想要特性的配方——在这个案例中就是稳定性。"

亚克莱内茨与大卫·科赫研究所教授罗伯特·兰格是这篇论文的资深作者，该论文今天发表在《自然生物技术》期刊上。研究生田金碧和博士后陈坤是论文的主要作者。

稳定的疫苗

RNA是一种高度脆弱的分子，因此研究人员用脂质纳米颗粒(LNPs)来稳定它，保护RNA免于降解并帮助其进入细胞。然而，这些RNA-LNP疫苗仍需要冷藏保存(零下20至零下80摄氏度)，这使得将其运送到没有冷藏设施的地区变得困难。

让这些疫苗更耐热不仅能使其得到更广泛的分发，还能帮助研究人员开发可通过微针贴片等新方法给药的新型疫苗。这些贴片包含数百个填充疫苗的微针，贴在皮肤上时会溶解并释放疫苗。

为了制造更稳定的RNA疫苗，研究人员曾尝试向脂质纳米颗粒中添加各种赋形剂——糖类、盐类或聚合物。亚克莱内茨和兰格最近开发出能耐受更高温度的聚合物稳定脂质纳米颗粒，但这些颗粒与用于莫德纳和辉瑞新冠疫苗的美国FDA批准配方略有不同。

在这篇新论文中，研究人员希望找到一种方法，让那些FDA批准的配方在高温下更稳定。

他们首先重新使用了此前研究中有效的一些赋形剂，但"真的陷入了困境"，亚克莱内茨说。"我们尝试使用和筛选之前成功用于稳定脂质纳米颗粒的赋形剂，但就是不起作用。这对团队来说真的很令人沮丧。"

为加快研究进度，研究人员决定尝试机器学习方法。他们与麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员合作，开发出一种能够基于极小数据集进行预测的算法。

CSAIL电气工程与计算机科学助理教授米娜·科纳科维奇·卢科维奇是这篇论文的作者之一，她表示："我们之前将算法用于各种自动化实验设计应用，但从未用于像疫苗稳定性这样的生物学问题。令人惊讶的是，算法能如此快速地收敛到稳定的配方——只需几次迭代就能实现，而不需要通常所需的详尽搜索。"

研究人员使用这个算法分析了近50种FDA批准的赋形剂。对于每种赋形剂，研究人员首先测量了它在脂质纳米颗粒中稳定RNA的效果。他们用这些颗粒将编码一种叫做萤火虫荧光素酶蛋白质的mRNA递送到细胞中，这种蛋白质能产生生物荧光。通过测量细胞发出的光量，研究人员可以判断每种赋形剂保护mRNA的有效程度。

研究人员选出了五种最有希望的赋形剂，并使用AI算法预测出能最佳稳定类似莫德纳所用脂质纳米颗粒的这些赋形剂比例。基于这些预测，研究人员每次在细胞中测试两种配方，将结果反馈给算法，进而生成更多预测。经过几轮迭代后，他们选定了一种看起来足够有希望进行动物实验的配方。

这个过程仅耗时几周，比没有AI算法指导的情况下所需时间要少得多。

陈坤表示："在实施AI算法之前，我们花了几个月时间测试不同组合，还对能找到的所有赋形剂进行预筛选，但没有一种能让我们达到100%的稳定性。"

强健的免疫反应

为测试新脂质纳米颗粒配方的耐热性，研究人员用这些颗粒包装了新冠mRNA抗原，然后通过一种称为真空干燥的工艺将其脱水。这些颗粒随后被储存在37摄氏度(98华氏度)下两个月，或在室温下储存一年。即使经过长期储存，接种这些颗粒疫苗的小鼠也表现出与接种类似原始莫德纳配方脂质纳米颗粒携带疫苗的小鼠相当的免疫反应。

研究人员还使用他们的新耐热配方制作了能递送新冠病毒抗原的固体微针贴片。这些贴片产生的免疫反应与可注射RNA疫苗产生的反应相似。

田金碧说："我们的方法不仅拓宽了mRNA疫苗的应用范围，也拓展了治疗药物或先进药物递送平台，如控释颗粒或微针贴片的应用，这些都要求配方处于固态或在较高温度下保持稳定。"

研究人员还表明，他们可以使用该算法来稳定其他脂质纳米颗粒配方，包括一种与辉瑞用于递送其新冠疫苗类似的配方。这种配方使用了与麻省理工学院团队为莫德纳脂质纳米颗粒开发的相同赋形剂，但比例不同。研究人员表示，对于每种脂质纳米颗粒，一旦开发出耐热配方，就可以将其调整用于递送任何类型的mRNA有效载荷。

这项研究部分资金来自盖茨基金会。

Q&A

Q1：这项新研究的RNA疫苗配方有什么突破？

A：麻省理工学院研究人员借助AI算法调整了脂质纳米颗粒配方，使RNA疫苗更耐热，可在室温下储存长达一年，或在近100华氏度下储存两个月，无需超低温冷链运输。

Q2：AI算法在这项研究中起到了什么作用？

A：AI算法能够基于极小数据集进行预测，帮助研究人员快速找到稳定脂质纳米颗粒的最佳赋形剂配方比例，将研发过程从数月缩短到几周，大幅减少了所需的实验次数。

Q3：这种新配方的疫苗效果如何？

A：小鼠实验显示，即使经过长期高温或室温储存，新配方疫苗产生的免疫反应与莫德纳同类新冠疫苗相当。该配方还可用于制作微针贴片，产生的免疫效果与注射疫苗相似。