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原为攻克癌症而生的mRNA技术,如何成为抗击新冠的大功臣?

本文作者:黄贞祥/清大分子与细胞生物研究所助理教授、Gene 思书斋版主

疫苗黑马:mRNA技术!

在众多疫苗中,异军突起的黑马就是mRNA 疫苗,这个前所未见的技术,没想到不仅让人跌破眼镜,保护力还特别的高,莫德纳和BNT疫苗都不约而同的保护率超过九成!这可谓生物技术产业最重要的里程碑,也可见得未来,mRNA 技术可能不会只用在研发COVID-19 其他变种的疫苗,也会用在其他致命传染病、新兴传染病,甚至癌症的治疗上!

利用mRNA 来做疫苗,在疫情之前,甭说我这个学术小咖无法置信,大多数科学家也都会嗤之以鼻吧?《疫苗商战:新冠危机下AZ、BNT、辉瑞、莫德纳、娇生、Novavax 的生死竞赛》这本好书就记载了一位名为卡塔林·考里科(Katalin Karikó)的科学家,她坚持RNA 极具医药方面的潜力,但一直不得志,坚持理想四处碰壁,直到疫苗被研发出来,大家才赫然发现她是先知。

科学家卡塔林·考里科。图/Szegedi Tudományegyetem, CC BY-SA 4.0

mRNA 是带着遗传讯息的分子,能够被转译成蛋白质,也是我们每个细胞随时都在制造的分子,如果我们有望操控RNA,身体细胞就能自行制造特定蛋白质作为治疗的方法。然而,RNA 不仅化学上较不稳定,我们身上还会铺天盖地地分泌消灭RNA 的酵素,让全身上下随时都能摧毁RNA。

为何我们要这么戒慎恐惧呢?因为太多病毒的遗传物质就是RNA,包括流感和造成COVID-19 的SARS-CoV-2 都是。要在实验室里萃取mRNA,要全副武装的戴好口罩、手套,实验桌和工具都要用特殊的药剂擦拭,所有容器都要用特制的,溶液里也要有RNA 酶抑制剂,萃取好的RNA 还必须保存在摄氏零下八十度的冰箱中。

打个比方,我们的DNA 像是锁在机密房间里的制造蓝图,细胞城市需要打造机器时,就要影印出特定图纸到工厂里,可是那些图纸不仅薄得极为脆弱,还会在施工后马上被监工撕毁。因为有些间谍特务会三不五时偷偷混进敌国的蓝图,试图扰乱生产秩序或什至制造屠城木马,因此在细胞内外一旦起疑就宁可错杀不可错放。

技术人员正在使用氮气冷冻疫苗。图/Mathieu Golinvaux, European Commission , 公有领域


曲折的mRNA 发展过程

要成功把mRNA 送进细胞中,需要不少挑战!但是考里科却利用修饰核苷mRNA 技术来骗过我们身体,并且抑制mRNA 的免疫原性避免发炎反应。

mRNA 技术先驱考里科出生于匈牙利,原先在南匈牙利的赛格德生物研究中心做mRNA 研究,30 岁时因为研究没有进展而被解聘。她与丈夫卖掉了家里最值钱的车子,换到900 英镑塞在两岁女儿的泰迪熊里骗过匈牙利海关走私出国,漂洋过海到美国发展。

她前后待过费城的天普大学、宾州大学医学院,因为对mRNA 技术的执着,被学术界视作异端,必须寄人篱下在愿意收留她的教授实验室进行研究。有次去参加研讨会后返校,居然发现被校方赶出办公室让她选择降级或解聘。

后来她在影印时巧遇见从国家卫生院转来宾大的学者威思曼(Drew Weissman) ,一起合作发明了修饰mRNA 的技术。可是他们的发明被宾大技转给生技公司了事,没给他们直接发挥所长的机会。


图/Nicholas D'Amico, Gallantry Media Group, LLC – Insider, CC BY-SA 4.0


2013 年,德国生技公司BioNTech 看准这项mRNA 技术,希望发展癌症应用,邀卡里科加入团队。而BioNTech 在疫情中一役成名,又是另一个移民的成功故事!


以攻克癌症为目标的BioNTech公司

这个故事的主角,是BioNTech 创办人吴沙忻(Uğur Şahin) 和图雷西(Özlem Türeci) 夫妇。他们与英国《金融时报》(Financial Times) 驻法兰克福记者米勒(Joe Miller) 合写了《光速计画:BioNTech疫苗研发之路》 (The Vaccine: Inside the Race to Conquer the COVID-19Pandemic) 详谈他们奋斗使用mRNA技术来治疗和预防疾病的故事。

吴沙忻和图雷西都是德国的土耳其移民,前者是德国科隆大学癌症免疫疗法博士,是肿瘤学与免疫学专家,目前担任担任CEO 职务;后者是德国萨尔邦大学分子生物博士、医师,目前为BioNTech 的首席医学官。

他们俩都是不折不扣的工作狂,自律极严,一天仅睡四个小时,结婚当天还回到实验室继续工作,陪女儿度假都要用好几个行李箱装满电脑和科学论文。

吴沙忻和图雷西夫妇人物图,图/mRNA福星情报局

吴沙忻和图雷西夫妇都是令人敬仰的科学家,他们有共同的理想要攻克癌症,在疫情于2020 年初情势不明时,吴沙忻就冷静的分析出全球会受到疫情的严重冲击和重创!相较之下,欧美许多学者和政客都不当回事,认定那个还未正式命名的传染病不过就是个小插曲,不足为奇。

当时,当台湾还在讨论除了边境管制是否还要限制大型活动时,我还遭受一些身在欧美的台湾友人在脸书无情额攻击,抨击我们意图使用一个毫不危险的病毒大作文章炒作政治目的。结果呢?全球迄今病死了逾六百卅万人,各国不堪医疗崩溃的重负,反覆锁国和封城等手段搞了约两年,造成经济大乱,通货膨胀和景气不振等遗害还不知会沿续多久。

使用mRNA技术的BioNTech疫苗(复必泰/BNT)

吴沙忻就在疫情不明朗时,洞烛机先的决心投入疫苗的研发,事后诸葛地回看,BioNTech 会领先群雄是合情合理的。

然而,如果回到当初他们投身疫苗的研发之时,即使我们现在已知他们是成功的让划时代的新技术开花结果,通过一个又一个的测试和考验,在许多紧要关头,也不禁要捏几把冷汗。原来这场豪赌如果失败, BioNTech 很可能就会破产倒闭关门大吉,另外相较强劲的竞争者莫德纳,他们甚至还处于落后,甚至连德国另一家mRNA 玩家CureVac 都比BioNTech 还被看好(但是CureVac 反而以惨败收场)。

莫德纳疫苗。图/Airman 1st Class Anna NoltePost-production: Zacharie Grossen , 公有领域

可是凭着吴沙忻和图雷西的决心和毅力,还有优秀的团队,他们不眠不休的过关斩将,希望能和时间赛跑拯救更多生命!在疫情愈演愈烈时,研发疫苗的科学家们也不能幸免于难,也要在分秒必争、水深火热的疫情高峰期分流上班。

因为BioNTech 仍是名不见经传的中小型生技公司,尽管有不离不弃的金主,他们仍无法独自完成所有研发阶段的临床实验,并且在资金上也捉襟见肘,于是就和辉瑞(Pfrizer) 合作,凭借后者的丰富经验和资源投入研发和竞争。

辉瑞大药厂执行长艾伯特・博尔拉博士(Dr. Albert Bourla) 就在《辉瑞登月任务:拯救人类的疫苗研发计画》 (Moonshot: Inside Pfizer's Nine-Month Race to Make the Impossible Possible) 中,从他的视角讨论了这个合作关系。


当疫苗研发遇上「政治问题」

他们合作研发出的疫苗称作辉瑞-BioNTech 2019 冠状病毒病疫苗(Pfizer–BioNTech COVID-19 vaccine,代号:BNT162b2,商品名:Comirnaty、复必泰,国际非专利药品名称:tozinameran),不过辉瑞的全球销售权不在德国和土耳其(都由BioNTech 直接销售),并且大中华地区的销售权在上海复星医药,这在台湾曾是吵翻天的政治口水问题。

政治问题在临床实验进行时也遭遇到。《光速计画》和《辉瑞登月任务》两本书也不约而同的揭示了川普的反智行为,尽管他们设立了曲速行动(Operation WarpSpeed) ,采取ZF和社会资本合作的方式加速开发COVID-19 疫苗,但是川普为了胜选的政治考量,施压监管机关,让不少美国民众误会COVID-19 疫苗开发有放水之嫌,伤害了大众对科学的信任,导致美国疫苗接种人数在先进国家中落后,让大量人命白白牺牲。

川普政府曾误导民众疫苗开发有危险。图/Gage Skidmore , CC BY-SA 2.0

无论如何,现在都一再证实mRNA 疫苗开启了新时代,mRNA 不仅能够更快速研发出新兴传染疾病的疫苗,也可能比传统疫苗更能快速改版应对新变种。

mRNA 最适合当疫苗还有个原因是,RNA 本身就是佐剂,那是一般疫苗中刺激免疫反应的添加物,因为正如前述,很多病毒的遗传物质就是RNA,我们天生就会对外来RNA 起免疫反应。未来mRNA 技术很可能正如吴沙忻和图雷西夫妇设立BioNTech 的初衷——攻克癌症!就让我们拭目以待吧!

吴沙忻和图雷西夫妇是对科学怀有极大热情的科学家,《光速计画》这本书除了有疫苗研发跌宕起伏、峰回路转的精彩过程,也有不少深入浅出的科普知识,是寓教于乐的好书,值得关心疫苗的朋友好好一读!

文中提到的几本书,中文版仅在台湾地区有售,内地的小伙伴若有意向购买,可以点击阅读原文下方的“发消息”按钮,告知需要的书名,若人数足够可以考虑组织一次团购。

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幕后故事:急流勇进、选拔赛,动物实验

BioNTech疫苗研发的幕后故事:第三期试验结果

「如果我们有能力制造疫苗,为什么要等待其他人?」



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