2021.2.4アミリス関連（ワクチン技術）
温度変化に強いRNAワクチンのデリバリープラットフォームを開発
重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）の新たな感染性亜種の出現により、大量のワクチン接種による集団免疫の誘導が、「通常の」生活に戻るための唯一の決定的な方法であると思われる。SARS-CoV-2ワクチンの中には、すでに緊急使用許可を得て何百万人もの人々に配布されているものもありますが、安定性やコストの問題から、他のワクチンの開発が求められています。
今回、bioRxiv*に掲載されたプレプリントには、保管や配布がより簡単にできる新しいRNAワクチンデリバリーシステムの製造について書かれています。これにより、低温保存のインフラが整っていない地域でのワクチン接種率の向上が期待されます。
RNA ワクチンの課題
RNAワクチンには、任意の標的に対して迅速に製造できることや、配列に依存しないプロセスで製造できることなど、多くの利点があります。これらの利点は、比較的安価で開発期間も短くて済むことから、パンデミックの際には非常に重要となります。実際、ファイザー社とモデナ社のワクチンは、いずれもSARS-CoV-2を標的とした安全で効果の高いmRNAワクチンです。
どちらも極低温で保存する必要があります（ファイザー社/バイオンテック社のワクチンは-70℃、モデナ社のワクチンは-20℃）。これらは大量に出荷・流通させるための課題ですが、多くの理由から必要とされています。その理由としては、ワクチンのRNAは頑丈に加工されているにもかかわらず、様々な種類の細胞にリボヌクレアーゼが存在し、それによって分解されてしまうことが挙げられます。
次に、mRNAは大きく、親水性で負の電荷を帯びているため、細胞膜への浸透が困難です。そのため、直径100nm以下のRNA/LNP複合体を形成する脂質ナノ粒子（LNP）を用いてRNAを送達する必要があります。LNPは、RNAを保護するだけでなく、エンドサイトーシスによって細胞内に導入することができる。
しかし、凍結した後に解凍すると、RNAとLNPの両方の安定性に影響を与えてしまう。そのため、代替となる脂質ベースのシステムが研究されている。その意味で、今回の研究とその結果は非常に興味深いものです」と述べている。
耐熱性を備えた新しいプラットフォーム
研究チームは、凍結乾燥して保存しやすく、RNAワクチンを筋肉内に注射することができる耐熱性のナノ構造脂質キャリア（NLC）を開発しました。液状のNLCは、冷蔵下で少なくとも1年間は安定しています。凍結乾燥した場合、NLC/RNA複合体は室温で8ヶ月以上、冷蔵で21ヶ月以上有効である。
NLCデリバリーシステムは、固体および液体の脂肪からなるオイルコアの周りに界面活性剤分子を配置し、その周りに正電荷を帯びた脂質を配置しています。RNAは、NLCの外側と静電的な複合体を形成する。
今後のパンデミック対策について
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このシステムは、RNAを維持したまま、4℃で、粒子の大きさや各成分の濃度に関して安定している。NLCの製造は、すでにワクチンの調製に使用されている水中油型エマルジョン技術を用いて簡単に行うことができます。
このNLC製剤に使用されている脂質や洗剤はすべて、米国食品医薬品局（FDA）で承認されている医薬品に一般的に使用されているもの、あるいは多くの臨床試験で使用されているものです。また、これらの複合体は非ヒトの霊長類にも使用されており、抗原性や毒性の兆候は見られない。
したがって、NLCは将来のパンデミックに備えて製造・保管しておき、任意の病原体に対してRNAコンストラクトとの複合体を形成できるようにしておくことができる。
安定性の実証
研究チームはこれまでに、ジカウイルスに対するNLC/自己増幅型RNA（saRNA）ワクチンを開発し、高い中和効果と防御効果を実現してきました。このワクチンは、安定剤として10％のショ糖を加えて凍結乾燥することで、凍結、乾燥、再構成の際にもシステムが損なわれないことが実証されました。
いずれの形態であっても、ワクチンは冷蔵下で2週間以上安定しており、治療効果も変わらないレベルで維持されています。
このプラットフォームの柔軟性は、市販のオバルブミンをコードするRNAを用いてNLCと複合体を形成することで示された。この複合体はRNase酵素に対して安定していた。ショ糖の凍結保護剤を20％の強さで使用した場合、凍結乾燥した複合体を再構成しても、粒子の大きさがわずかに増加するだけであった。
レポーター抗原の発現安定性
研究チームは、分泌型アルカリホスファターゼに基づく自己複製RNA抗原発現レポーター（SEAP-saRNA）を用いて、NLC-RNAシステムの耐熱性を実証した。これにより、注入された自己複製RNAは、マウスの血清中で容易に同定することができる。
凍結乾燥したSEAP NLC/saRNA複合体を、冷凍（-80℃および-20℃°）した複合体と、液体のNLC-RNA複合体を4℃および25℃で比較したところ、4℃、25℃、40℃で保存しても、高い安定性を示すことがわかった。また、-20℃で保存した粒子では、15％以上のサイズ変動が観察されたが、注入後のNLC/saRNA複合体によるタンパク質の発現には影響がなかったという。
安定性の理由
研究者らは、高い耐熱性の理由として、NLCの物理的安定性と、負のRNA骨格とNLCコアのカチオン性脂質との間の静電力により、RNAのRNase活性から保護されることを挙げている。
次に、凍結乾燥が可能であることも重要な要素である。ショ糖や類似の凍結保護剤の使用は、水をシステム自身の成分との水素結合に置き換えたり、保護用の硬い糖マトリックスを提供し、酵素活性を制限する。LNPは凍結乾燥すると水性のコアと脂質の二重層構造が破壊されてしまうため、凍結乾燥は困難です。
その意味するところは何でしょうか？
私たちは、安全で効果的なNLCベースのRNAワクチンデリバリーシステムが、現在のLNP製剤よりも熱安定性が大幅に向上することを実証しました。このNLCベースのデリバリー技術は、RNAワクチンにとって重要な進歩であり、その耐熱性の特性により、ワクチンの製造、保管、流通、全体的なコストにパラダイムシフトの影響を与える可能性があります。"
さらに最適化することで、この製剤は、ワクチンが世界中に出荷される際に予想されるような、さらに極端な温度や急激な温度変化にも耐えることができます。
*重要なお知らせ
bioRxivは、査読を経ていない予備的な科学報告を掲載しているため、決定的なものと見なしたり、臨床や健康に関する行動の指針としたり、確立された情報として扱うべきではありません。
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