与时间赛跑!国内外企业/机构新冠病毒疫苗研发纪实

2020年2月13日 13:27:44 来源: 生物制药小编
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  过去5年间,全世界经历了多次病毒疫情的突然爆发,包括非洲埃博拉病毒疫情,美洲寨卡病毒疫情,中东呼吸综合征疫情和此次新型冠状病毒疫情。

  与过历次疫情不同的是,借助先进的技术手段,此次疫情中我国研究团队得以快速分离出病毒并获得了新型冠状病毒的基因序列信息。1月12日,世界卫生组织宣布已收到中国分享的从武汉不明原因病毒性肺炎病例中分离到的新型冠状病毒基因序列信息。

  自此,全世界多个国家与地区的研究机构和相关企业都宣布了疫苗开发计划,一场疫苗vs病毒的竞速行动正式启动。

疫苗开发周期极大缩短

  根据来自于Our World in Data数据显示,1880到2016年获批上市的疫苗中,用时最短的也需要10年时间,时间长的甚至超百年以上。

  然而随着以基因测序为代表的新型疫苗研发技术的出现及发展,疫苗上市速度逐渐加快。

  随着80年代对病毒基因序列的了解使得病毒样颗粒(VLP)得以合成,1986年默沙东上市了第一个基因重组VLP疫苗RECOMBIVAXHB(乙肝疫苗);21 世纪初出现了多价 VLP,包括2006年默沙东上市的4价HPV疫苗;测序技术的成熟使得反向疫苗学出现, 21 世纪初通过反向疫苗学发现保护性抗原的疫苗,2014年诺华公司上市了首支用反向疫苗学制备的B型脑膜炎疫苗Bexsero;目前结构免疫学技术的日益成熟,疫苗的开发会变得更为快速精准。

  面对突如其来的新型冠状病毒感染的肺炎疫情,人们对疫苗研发的期望越来越高。据统计目前国内外已经有超过30家各类企业和机构正式或非正式的宣布参与到新型冠状病毒疫苗的研发中(下文为不完全统计,欢迎补充)。

国外企业和机构进展

  Inovio——DNA疫苗

  1月23日,Inovio Pharmaceuticals宣布,流行病防范创新联盟(CEPI)已经向公司提供了900万美金,用于开发一种针对新型冠状病毒(2019-nCoV)毒株的疫苗。这种疫苗代号为INO-4800。

  据了解,该疫苗的研发主要依赖于Inovio公司旗下DNA药物平台。DNA疫苗是一种将外源性抗原基因插入含真核表达系统质粒中,再将质粒导入体内,让其在宿主细胞中表达抗原蛋白,诱导免疫应答从而刺激自体免疫,最终达到预防疾病效果的新型疫苗。而Inovio自主专利的新型质粒载体和递送技术已经在临床上被证明可以使DNA药物直接进入体内细胞,产生强大的免疫反应。Inovio公司总裁兼首席执行官J. Joseph Kim博士表示,“公司的DNA药物平台是对抗新型流行病的最佳现代技术。”此前Inovio还曾参与到另一种冠状病毒,MERS病毒疫苗的研发中,并取得了积极结果。

  根据英国广播公司(BBC)报道,在收到由中国分享的病毒基因序列后,Inovio在三个小时内就完成了疫苗设计。Inovio 公司研发高级副总裁 Kate Broderick接受BBC采访时表示,在完成疫苗设计后,疫苗的质粒DNA被转入细菌中,用培养瓶和高通量平行发酵罐来进行生产,之后纯化DNA,就可以得到用于后续验证试验的疫苗样品。

  生产过程中,Inovio公司采用了Eppendorf 公司 DASGIP Bioblock 平行发酵罐用于培养转染质粒DNA的细菌以表达制备疫苗。

  Eppendorf 公司的DASGIP平行发酵罐一套系统可控制多达16台罐体,工作体积250 mL-3.8L。利用内置的DoE软件,可快速进行基于QbD理论的药物开发和筛选。玻璃罐体和一次性罐体均可选择,减少周转时间,提高设备使用率,加速工艺表征。DASGIP作为敏捷高效的研发工具,极大地缩短了疫苗研发过程的时间,同时降低了研发成本。

  1月30日,Inovio公司宣布与国内企业艾棣维欣达成合作协议,共同推进INO-4800在中国的研发工作。Inovio表示,公司已经开始了INO-4800的临床前测试和临床产品生产的准备工作。此次合作的目的在于,两家公司将同时在中国和美国平行开展INO-4800的I期临床研究,并一起吸引更多资金与合作。根据挖贝网介绍,目前这一合作效果明显,已经有康泰生物和鹏鹞环保与艾棣维欣达成合作协议,分别从技术与投资层面进行助力。

  Moderna-RNA疫苗

  Moderna是此次疫苗竞速中另一家受到CEPI青睐的公司。1月23日,Moderna宣布与CEPI达成有关开发新型冠状病毒mRNA疫苗的新合作。根据合作内容,Moderna将负责mRNA疫苗的生产,而国家卫生研究所(NIH)旗下国家过敏和传染病研究所(NIAID)的疫苗研发中心(VRC)将协助Moderna进行疫苗设计,而HIAID将在美国进行促IND研究和I期临床研究。

  mRNA疫苗的原理与DNA疫苗类似,就是通过将mRNA递送至体内,让其在宿主细胞中表达抗原蛋白,诱导免疫应答从而刺激自体免疫。由于不会整合进靶细胞基因组,mRNA具有更高的安全性。然而mRNA疫苗一直面临稳定性、抗原表达等问题。近年来,包括Moderna在内的mRNA疫苗技术平台通过修饰与递送技术的创新,在mRNA疫苗免疫原性及药效方面取得重要突破。

△在一个给定的模式中,不同的在研候选药物的基本组成通常是相同的(例如上图所示的5'和3‘非编码区)唯一不同的是编码区。通过对编码区的操作,Moderna赋予了mRNA药物如同“软件”般的特性,平台的灵活性在疫苗研发中节省了大量时间。

  2月6日,在一次与DeepTech的访谈中,Moderna表示,“批准疫苗的最短时间为6个月,最长可达10年……如果是公共卫生事件,速度可能会更快。”2月10日,Moderna宣布完成候选疫苗的临床批次生产,研发代码mRNA-1273。从1月13日确定mRNA疫苗的序列,到2月7日完成临床样品的生产仅用25天时间。mRNA-1273编码新型冠状病毒的Spike(S) 蛋白,目前正处于分析测试阶段,之后将用于在美国开展的一期临床。

  CureVac-mRNA疫苗

  1月31日,CureVac AG宣布与CEPI达成合作,开发一种针对新型冠状病毒的疫苗。根据协议内容,此次合作的目的是尽快将候选疫苗推进到临床试验阶段。本次合作将以CureVac和CEPI现有的合作关系(开发一个快速响应的疫苗平台)与额外830万美元初始资金为基础,加速疫苗的开发、生产和临床。

  与Moderna类似,CureVac同样专注于mRNA疫苗的研发。根据公司介绍,CureVac的mRNA技术平台特点在于,通过对自然序列的大量分析,公司内部拥有一个内容丰富的核酸序列库,能够以最佳的方式组合各种mRNA片段,满足治疗需求而不用依赖于额外的化学修饰。

△两端为定制化5’和3’UTRs,可以影响稳定性和转录效率,中间对阅读窗进行优化可以控制蛋白质表达。

  此外每个CureVac产品都是一个定制化分子。具体而言公司定制了5 '和3 '未翻译区和开放阅读框,以确保mRNA序列的翻译在体内产生理想水平的蛋白质。CureVac定制化mRNA分子可以被看做一个针对不同适应症优化的整体打包产品。

  生产方面,CureVac正在开发一种便携式mRNA“打印”设备。该设备可以每两周生产大于或等于1克的产品。对此,CureVac首席技术官表示,“CureVac的技术和mRNA平台十分适合应对这类病毒快速爆发事件。”

  目前,CureVac公司尚未公布新型冠状病毒疫苗的研发编号。

  The University of Queensland-分子钳

  在CEPI围绕加速新型冠状病毒疫苗研发所达成的四项协议中,昆士兰大学是唯一一家非企业机构。1月16日,昆士兰大学宣布获得了来自CEPI价值1470万美元的资助用以开发一种新疫苗快速反应技术。1月24日,昆士兰大学宣布CEPI已经要求学校利用该技术进行新型冠状病毒疫苗的研发。

  昆士兰大学所使用的技术被称为“分子钳”。分子钳是一种用于维持疫苗中蛋白质形态的多肽。病毒表面的膜融合蛋白为免疫反应提供了一个理想的靶点,然而在利用重组技术去除或制造这些蛋白质时,它们就会失去其形态,成为所谓的融合后形态。而分子钳技术则可以“钳住”这些蛋白并使其保持稳定,让免疫系统更容易将其识别为正确抗原。分子钳和病毒蛋白结合所形成的嵌合多肽可以被提纯并用于疫苗的快速制备。

△针对多种病毒的分子钳示例

  据了解,试验已经证明了分子钳技术可以稳定麻疹、HIV、流感、埃博拉和人类呼吸道合胞体病毒的表面膜融合蛋白。

  1月22日,昆士兰大学研究团队在接受新华社采访时表示已经获得了新型冠状病毒基因序列。昆士兰大学化学与分子生物学院长Paul Young表示,“研究小组希望在六个月内研制出疫苗。”

  GSK-疫苗佐剂

  2月3日,GSK(葛兰素史克)宣布与CEPI达成协议强化对新型冠状病毒疫苗研发工作的支持。而GSK提供的佐剂系统将是对上文中CEPI已达成的4项疫苗研发合作的有力支持。

  根据一篇2012年发表于Expert Review of Vaccines上,题为“Development and evaluation of AS03, an Adjuvant System containing a-tocopherol and squalene in an oil-in-water emulsion”的文章,AS03是一种由DL-α-生育酚、鲨烯和聚山梨酯80组成的水包油乳剂。研究显示,AS03的免疫应答增效,尤其是长效抗体水平的维持,可能与AS03对CD4+ 细胞应答的诱导作用有关。

△(1)AS03需要在注射部位与抗原同时存在。(2)AS03诱发瞬态NF-κB,细胞因子和趋化因子反应,并募集和增加先天免疫细胞从血液到注射部位。(3)单核细胞大体上被激活抗原呈递细胞。(4)携带抗原的活化抗原呈递细胞迁移至引流淋巴结。(5)AS03增强了先天免疫细胞在局部引流淋巴结的募集。(6)抗原呈递细胞激活naive CD4+ 细胞。活化的CD4+ T细胞与抗原特异性B细胞产生相互作用,诱导大量的记忆B细胞和分泌抗体的浆细胞。

  AS03佐剂此前已经被用于GSK旗下的H1N1流感疫苗(Pandemic)和H5N1流感疫苗(the new Q-pan)中。

△AS03佐剂结构

  GSK表示,在疫苗中添加佐剂可以达到增强免疫应答、延长免疫时间的效果。在传染病流行的情况下,佐剂的作用更加突出,因为其可以减少每只疫苗所需要的抗原量,从提升疫苗产量惠及更多人。

  CSIRO-支持CEPI疫苗快速响应计划

  1月31日,澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)表示,CEPI已经与其取得联系,寻求其对新型冠状病毒的流行病学特点进行研究,以帮助新疫苗的研发。

△AAHL的研究人员正在为接收新型冠状病毒毒株做准备

  病毒特征研究是疫苗研发的关键步骤。根据CSIRO声明,该组织拥有一所名为澳大利亚动物健康实验室(AAHL)的P4级别的实验室可供高危病毒研究。此外,该实验室还将被用于支持CEPI合作伙伴昆士兰大学新型冠状病毒疫苗测试工作。据报道,CSIRO已经获得了新型冠状病毒毒株,预计在6周内展开疫苗动物试验。

  自此,由CEPI牵头,包含4家疫苗制造企业,1所高校疫苗研究机构和1家政府科研机构共同组成了新型冠状病毒疫苗研发团体,也代表着CEPI疫苗快速响应平台的有效运行。

  Novavax-纳米颗粒疫苗

  援引BioWorld1月21日报道,Novavax已经启动了新型冠状病毒疫苗的研发工作。

  Novavax的疫苗开发工作将基于公司的重组蛋白纳米颗粒疫苗技术与Matrix-M佐剂技术。根据公司官网介绍,20世纪70年代,Novavax从昆虫(Spodoptera frugiperda)卵巢中分离出用于疫苗生产的细胞——Sf9昆虫细胞。当被一种仅会感染昆虫的细胞感染后,Sf9昆虫细胞系可以永久存续。由于可以被设计用于携带一种或多种外援基因,杆状杆菌被用于对Sf9细胞“编程(感染)”,从而生产所需要的折叠正确并具有生物活性的蛋白质。Novavax利用Sf9系统构建的重组蛋白纳米颗粒,具有增强保护性的作用。

  在接受WTOP电台采访时,Novavax研发部门负责人Gregory Glenn表示,公司曾在90天内开发出埃博拉疫苗。“90天从获得序列到启动临床对于疫苗研发来说可谓光速。”“我们希望这次也能接近这个速度。”

  不过截止目前,Novavax并没有公开新型冠状病毒候选疫苗的任何进展,管线信息中也尚未添加相应项目。

△Novavax研发管线

  J&J-腺病毒载体疫苗

  1月29日,强生(J&J)宣布将采用多种方式来应对新型冠状病毒的爆发,其中就包括新疫苗开发。根据公告,强生将采用其子公司Janssen的AdVac和PER.C6专利技术来快速放大候选疫苗的高质量生产。

△AdVac是一种腺病毒载体开发与生产技术。PER.C6则是一种高产高效的疫苗及单克隆抗体生产放大系统。互相配合,两个系统可以快速研发并生产大量疫苗产品。

△AdVac作用模式

△AdVac产品平台的运行流程

  据了解,这些技术已经被用于Janssen正在研究的埃博拉疫苗开发和生产过程中。此外公司寨卡病毒、RSV病毒和艾滋病候选疫苗均使用到了以上技术。该平台有能力将疫苗研发流程(测序-第一次人体给药)缩短至12个月。

  Vaxart-口服腺病毒载体疫苗

  1月31日,Vaxart宣布启动新型冠状病毒的口服疫苗研发。公司表示,此次疫苗研发主要基于公司专利口服疫苗技术平台VAAST。

  根据计划,Vaxart将根据新型冠状病毒基因遴选候选疫苗,并在临床前模型中评估候选疫苗产生粘膜和全身免疫反应的能力,其中粘膜免疫反应尤为重要,因为冠状病毒主要通过呼吸道感染。

  关于其专利技术平台,Vaxart使用一种名为腺病毒5型(Ad5)的特殊病毒作为其技术平台的一部分,帮助训练人体免疫系统识别和击败入侵病原体。具体而言,Vaxart利用重组技术去除Ad5用于病毒复制的DNA,因此病毒无法复制自身。接着,以复制缺陷的Ad5病毒将作为载体,携带编码抗原(特定致病性蛋白抗原编码基因)和佐剂(TLR-3激动剂基因编码),并将这两个基因传递到小肠粘膜上皮细胞。当Ad5完成抗原和佐剂递送后,基因表达并通过细胞生产免疫系统识别的疫苗抗原,同时佐剂也将有针对性的刺激免疫系统对疫苗抗原产生应答。由此,当新的感染中出现同样抗原,免疫系统就会做出压倒性的快速反应。

  值得注意的是,Vaxart疫苗是以片剂形式制备,通过肠溶涂层,有效输送到小肠保护活性成分不受胃酸环境影响。通过以小肠为靶点,疫苗可以参与到免疫系统的良性调节中,并产生广泛的全身和粘膜免疫反应。

  据了解,基于VAAST平台,Vaxart已经进行了多项疫苗临床试验,证明口服片剂疫苗能在人体内产生强烈的粘膜反应。此外,Vaxart疫苗还在人体试验中证明了对H1型流感的有效性,并在临床前模型中证明了对基孔肯雅病、委内瑞拉马脑炎和呼吸道合包病毒的有效性。

国内企业及机构进展

  除了以上国外企业及科研机构外,国内针对新型冠状病毒疫苗的研发一样火热。

  2月4日,在国家卫生健康委新闻发布会上,科技部生物中心副主任孙燕荣介绍,疫情发生以来,科技部启动了三批共计16个应急攻关项目,重点围绕病毒溯源、药物研发、疫苗研发、检测试剂以及试验动物模型等研究方向展开。截至到目前,各项工作都在有序的推进,前期的科研工作也取得了一定的进展。

  援引解放日报·上观新闻报道,2月7日,斯微(上海)生物科技有限公司首席执行官李航文表示,公司最近参与了科技部应急攻关项目,正与中国疾控中心病毒所、东方医院合作,紧急开展新型冠状病毒疫苗研发,截止发稿日已经完成了12个疫苗小样的生产。乐观估计最快于4月中旬进行临床试验。

  2月9日,中国疫苗行业协会(CAV)微信公众号发布消息称,截止发稿日,已经有18家会员单位正在开展新型冠状病毒疫苗的研制工作,科研人员们分别采用灭活疫苗、亚单位疫苗、病毒载体疫苗、核酸疫苗等不同技术路径,进行攻关。

  其中智飞生物已经通过其子公司智飞龙科马与中国科学院微生物研究所于2020年1月29日签订了《合作意向框架协议》。智飞龙科马有意受让并进行后续产业化开发2019-nCoV重组蛋白亚单位疫苗。

  康泰生物则在2月10日与艾棣维欣签署协议,共同对前文所提到的Inovio新型冠状病毒DNA疫苗进行开发。根据协议,双方组成工作小组,协调各方资源,研究开发新冠DNA疫苗,解决疫苗临床前研究、临床申报和临床试验中遇到的问题。

  除此上述会员单位外,此前1月31号,三叶草生物就宣布启动新型冠状病毒疫苗的研发。2月10日,三叶草生物宣布在哺乳动物细胞内成功表达“S-三聚体”新型冠状病毒重组蛋白疫苗,并用新获得的“S-三聚体”抗原在多例病毒感染患者康复后血清中检测到病毒特异性抗体。三叶草生物的主要技术特点是其独有的Trimer-Tag蛋白质三聚体技术。

  2月10日,冠昊生物董事长张永明在接受证券日报采访时表示,公司及时联合ZY公司开展新型肺炎冠状病毒疫苗研究,以期早日控制疫情进一步蔓延。根据公司公告,2月3日,冠昊生物宣布,拟联合美国参股公司开展新型冠状病毒mRNA疫苗(Z-VacciRNA)的研究和临床项目。该疫苗的特点是运用ZY公司专利多糖载体技术,解决mRNA疫苗传送、储存送输等挑战。

  援引健康日报2月13日报道,复旦大学附属公共卫生临床中心(上海市公共卫生临床中心),相关负责人表示,以人源细胞作为载体的“快速抗新冠疫苗”即将进入临床前试验。与此同时,广谱抗冠状病毒疫苗的项目也同步启动,该疫苗将有望同时预防SARS、MERS、2019-nCoV以及蝙蝠跨种传播的冠状病毒。