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他們發現關鍵方法,開發mRNA新冠疫苗,3科學家獲唐獎「生技醫藥獎」肯定

作者 : 胡肇芳整理

圖片 : 唐獎教育基金會

2022年唐獎生技醫藥獎在6/19揭曉,由成功開發新型冠狀病毒(SARS-COV-2)mRNA疫苗的三位關鍵科學家:卡塔林·卡里科(Katalin Kariko)、德魯·魏斯(Drew Weissman)和彼得·庫利斯(Pieter Cullis)共同獲得,其貢獻在於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)的mRNA疫苗。

由於曾連續二屆唐獎「生技醫藥獎」得主於領獎後,再獲諾貝爾獎,因此得獎人名單揭曉格外受到全球矚目。

根據世界衛生組織(WHO)數據顯示,截至目前,全球COVID-19確診數超過5億3千萬人,630萬人更因此死亡。而BioNTech和Moderna僅用不到12個月,就成功開發了SARS-COV-2的疫苗,在全球各地挽救了數以百萬人的生命,可歸功於三位得主的開創性貢獻。其中,卡塔林·卡里科及德魯·魏斯曼發明了降低mRNA免疫原性(註1)的方法、彼得·庫利斯開發了脂質奈米顆粒系統,用以傳送mRNA疫苗。

要將RNA送進人體有兩大挑戰,首先,RNA會觸發先天性免疫反應;其次,RNA在人體內極易降解,難以送達標的細胞或器官。三位得主開發的新平台使用經過核苷(註2)修飾,可逃脫免疫系統的mRNA,克服了合成mRNA會被先天性免疫系統辨識而引發嚴重發炎反應的問題,並藉由脂質奈米顆粒的包裹保護,將mRNA有效送入人體細胞,由其自行產生病毒的棘蛋白,進而誘發B細胞產生中和抗體、訓練T細胞攻擊受感染的細胞等一系列適應性免疫反應。

三位得主的突破性發現與創新技術,是SARS-COV-2疫苗能被快速開發的關鍵。且這些技術不僅徹底改變了疫苗學,更是蛋白質療法的典範轉移,正式宣告以RNA為療法的醫學新時代來臨。有別於前者開發時間久、製造經費高,mRNA技術讓細胞成為生產所需抗原或治療性分子蛋白的工廠,不但可大量生產且價格相對便宜,未來還可應用在其他病毒疫苗、個人化精準癌症疫苗、人類免疫缺陷病毒、甚至過敏病…等多重疾病的治療領域。

▲2022唐獎生技醫藥獎得主卡塔林·卡里科(Katalin Kariko)

卡塔林·卡里科博士在匈牙利接受教育,並於1985年移居美國,專門研究RNA及其化學合成,使能在體外/體內的細胞中有效生產蛋白質。她有系統且嚴謹地解決了將RNA使用在疫苗學和治療中的許多問題。

在1990年代,作為賓夕法尼亞大學的研究副教授,卡里科博士全心投入開發用於蛋白質療法中的體外轉錄信使RNA(mRNA),並試圖了解RNA媒介免疫反應的機制。她與她的同事德魯·魏斯曼博士一起證明了mRNA會被類鐸受體(TLRs,註3)辨識,從而參與先天性免疫反應。若將mRNA注射到動物體內,會導致嚴重的發炎反應。

但若mRNA的核苷經過修飾,如同一些自然存在的RNA,就不會引發這些反應,最終,他們成功找出了重要的核苷修飾,並創造了不會引起發炎的隱形 (stealth) RNA。卡里科博士從2013年開始與BioNTech RNA Pharmaceuticals藥廠合作,一路從副總到2019年升為資深副總,並參與了BNT疫苗的開發。

▲2022唐獎生技醫藥獎得主德魯·魏斯曼(Drew Weissman)

德魯·魏斯曼博士是賓夕法尼亞大學疫苗研究的羅伯茨家族教授,他於1997年在該大學開設了他的實驗室,專門研究開發HIV疫苗,也曾在美國國家衛生院從事HIV相關研究。與卡里科博士合作之後,他開始投入以RNA作為疫苗的研究。他們倆在2005年發表了經過核苷修飾的RNA是非免疫原性的重要發現之後,魏斯曼博士一直積極投入於將該技術應用於開發能抵禦HIV和Zika病毒等病毒感染之RNA疫苗。

身為免疫學專家,魏斯曼博士和卡里科博士的合作促成了這些重要發現,他們共同擁有非免疫原性、經核苷修飾的RNA應用之美國專利,更為BNT及Moderna疫苗奠定了基礎。

物理學博士的彼得·庫利斯是脂質奈米顆粒的開發先鋒,也是英屬哥倫比亞大學的教授,更是從分子層面研究膜結構和功能以開發有效治療藥劑的領導者。他製造由PH值調控的陽離子化非對稱性雙層脂質,能包覆帶陰離子的大分子如DNA、 RNA,並透過調控PH值使核酸藥物被包裹、儲存或釋放至人體細胞。這對於開發RNA疫苗至關重要,因為RNA非常不穩定,且難以有效地傳送到細胞中。

▲2022唐獎生技醫藥獎得主彼得·庫利斯(Pieter Cullis)

他透過使用模型膜系統來研究脂質在膜中的作用,該系統促成了工程脂質體奈米顆粒(LN或LNP)系統,能傳送常規與核酸基底的藥物。庫利斯博士的經典論文每篇都被引用超過2000次,且大部分FDA獲准或用於緊急醫療用途的脂質奈米顆粒都依賴於他的技術。

庫利斯博士的新技術使他成為11家公司的創辦人。2014年,他開始與魏斯曼博士合作,當時其正在和BioNTech合作開發RNA疫苗,他們需要庫利斯博士在傳送系統方面的專業知識。

附註:資料來源為維基百科

註1:免疫原性是指某抗原或其表位能作用於T細胞、B細胞的抗原識別受體,進而誘導機體產生體液和/或細胞介導免疫應答的特性;此抗原則可稱為免疫原。

註2:核苷(英語:Nucleoside)是一類醣甘胺(glycosylamine)分子,組成物是鹼基加上戊醣(環狀核糖或去氧核糖),依戊醣的結構不同,分為兩大類:核糖核苷及去氧核糖核苷。這些核苷加上一個磷酸基團就是核苷酸,為DNA與RNA的組成單位。

註3:類鐸受體是單次跨膜蛋白,識別侵入體內的微生物進而活化免疫細胞的反應,在先天性免疫系統中起關鍵作用。

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