mRNA行業(yè)市場發(fā)展研究報告

mRNA行業(yè)市場發(fā)展研究報告2022年5月

1前沿技術(shù)平臺快速發(fā)展，孕育廣闊成長空間mRNA技術(shù)發(fā)展歷史悠久，遞送和修飾技術(shù)的成熟促使其進入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階mRNADNA的一條鏈作為模板轉(zhuǎn)錄而來、攜帶遺傳信息指導蛋白質(zhì)合成的一類單鏈核糖核酸。1961年mRNA這類生物大分子首次被發(fā)現(xiàn)，之后臨床應(yīng)用不斷得以拓展，期間以mRNA技術(shù)為核心的相關(guān)研發(fā)企業(yè)也初見端倪，如和Moderna等。2015年后，遞送技術(shù)與修飾技術(shù)的成熟推動其加速發(fā)展，而2020年的新冠疫情使得mRNA疫苗和藥物受到全球廣泛的關(guān)注，從而帶動mRNA領(lǐng)域的研究快速發(fā)展。圖：mRNA技術(shù)發(fā)展歷程資料來源：Nature，市場研究部1.1“萬能鑰匙”mRNA，解碼各類復雜疾病mRNA藥物可以激發(fā)人體自身免疫系統(tǒng)，治療效果顯著。mRNA藥物基本原理是將已修飾的mRNA模板注射到細胞質(zhì)內(nèi)，在胞內(nèi)產(chǎn)生對應(yīng)蛋白產(chǎn)物，分泌至胞外后可以刺激人體的免疫系統(tǒng)，從而產(chǎn)生免疫反應(yīng)。該免疫反應(yīng)主要是通過在mRNA的編碼序列中引入分泌信號實現(xiàn)，常規(guī)的蛋白無法引起類似反應(yīng)。圖：mRNA藥物治療原理資料來源：Nature，頭豹研究院，市場研究部3mRNA可用于表達各類蛋白，引領(lǐng)現(xiàn)代制藥的第三次浪潮，靶點豐富安全性mRNA在理論上能夠表達任何蛋白質(zhì)，因此可以探索治療幾乎所有基于蛋白質(zhì)的疾病，用于精準的個體化治療。與目前的療法相比，mRNA優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：1）安全性高：僅在細胞質(zhì)內(nèi)表達，無需進入細胞核，效率高，且沒有整合進基因組的風險，免疫原性低，代謝產(chǎn)物純天然，沒有持續(xù)累積毒性的風險；2）靶點豐富：很多難成藥的蛋白或胞內(nèi)蛋白均可由mRNA編碼表達，且可分泌至胞外、靶向受體或循環(huán)系統(tǒng)，靶向性選擇更加豐富。表：mRNA療法與其他常見療法比較治療維度原理特點將修飾mRNA分子送入細胞質(zhì)，利用細胞質(zhì)內(nèi)的自有核苷酸進行轉(zhuǎn)錄表達，生成所需要的蛋白質(zhì)導入經(jīng)基因工程修飾過后的mRNA，而發(fā)揮療效的是其編碼的自體產(chǎn)生的蛋白質(zhì)mRNA療法基因?qū)用鎸⑻囟ɑ蛞爰毎藘?nèi)，以糾正缺陷基因，永久根治疾病基因組插入風險、永久改變基因、難以導入細胞核DNA療法蛋白質(zhì)層面向身體輸送特定蛋白質(zhì)，以幫助修復疾病，治療疼痛或重建結(jié)構(gòu)蛋白體內(nèi)難表達、生產(chǎn)工藝復雜、外源性蛋白質(zhì)抗原性強（易降解）蛋白質(zhì)療法資料來源：Nature，市場研究部1.2前瞻性研究迅速崛起，mRNA有望成為下一個萬億市場奠基技術(shù)下游應(yīng)用場景豐富，全球研究如火如荼。相關(guān)統(tǒng)計，截至2021年7月底，全球mRNA疫苗和藥物在研管線共180條，雖大多數(shù)處于早期階段，但其中新冠相關(guān)應(yīng)用僅有22條，其余傳染病、罕見病和腫瘤相關(guān)則158條，充分說明雖然新冠疫情推動了mRNA技術(shù)的研發(fā)，但其應(yīng)用場景在持續(xù)拓寬，并不局限于新冠領(lǐng)域。綜合考慮臨床管線成功概率、推出時間及潛在市場需求等因素，預(yù)計2035mRNA醫(yī)藥市場規(guī)模約230億美元。圖mRNA疫苗和藥物在研管線資料來源：Nature，頭豹研究院，市場研究部mRNA全球三大巨頭充分布局各類應(yīng)用場景，其中免疫領(lǐng)域進展最快。技術(shù)手段的不同，mRNA技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要分為：免疫療法、蛋白質(zhì)替代療法和再生醫(yī)學療法，其中免疫療法中的預(yù)防性疫苗和腫瘤免疫是目前的研究熱點。2022年4月，按適應(yīng)癥來區(qū)分，Moderna和的已上4市和在研管線共計43條，其中免疫療法中的預(yù)防性疫苗和腫瘤免疫治療分別為1914條，蛋白替代療法8條以及再生細胞療法3條。從臨床進展來看，進入期及以上臨床階段的有11條，且集中于免疫治療領(lǐng)域，相對來說成熟的品種仍然較少，行業(yè)處于快速發(fā)展的初期階段。表：Moderna及mRNA疫苗在研管線研發(fā)進展臨床期公司應(yīng)用分類適應(yīng)癥靶點臨床前臨床I期臨床期已上市新型冠狀病毒感染CMV感染SARS-CoV-2SproteinCMVRSVRSV感染寨卡病毒感染流感ZIKVinfluenzavirusH7甲型H7N9流感甲型H10N8流感EBV感染預(yù)防性疫苗H10EBV屈曲病毒感染HIVCHIKVHIV立百病毒感染VZV感染NiVVZVHSV感染HSV實體瘤IL-12非霍奇金淋巴瘤;尿路上皮癌;三陰性乳腺癌;頭頸部鱗狀細胞癌胰腺癌;非小細胞肺癌;結(jié)直腸癌ModernaIL-36γIL-23OX40L腫瘤免疫治療KRAS黑素瘤IDOPDL1VEGF-A心力衰竭;II型糖尿病;穩(wěn)定性心絞痛甲基丙二酸血癥丙酸血癥MUT蛋白替代療法糖原貯積病I型克里格勒納賈爾綜合征心力衰竭relaxin法布瑞氏癥α-Gal自身免疫性疾病自身免疫性疾病苯丙酮尿癥IL-2再生細胞療法PDL1新型冠狀病毒感染流感SARS-CoV-2SproteininfluenzavirusZIKV預(yù)防性疫苗寨卡病毒感染MAGEA3TYRTPTENY-ESO-1黑素瘤頭頸癌CD40腫瘤免疫治療宮頸癌、卵巢癌、胰腺癌、非小細胞肺癌、子宮內(nèi)膜癌、結(jié)直腸癌、尿路上皮癌、頭頸部鱗4-1BBPDL1、CD404-1BB5狀細胞癌、三陰性乳腺癌胰腺癌、膽管癌、結(jié)腸癌CA19-9小細胞肺癌TLR7去勢抵抗前列腺癌PSAnotCD3CLDN6、IL-2、CLDN6實體瘤新型冠狀病毒感染流感SARS-CoV-2Sproteininfluenzavirusrabiesvirus預(yù)防性疫苗狂犬病PSAPSCASTEAP1PSMA前列腺癌腫瘤免疫治療MAGEC2MAGEC15T4survivinNY-ESO-1TLR7RIG-ITLR8非小細胞肺癌實體瘤鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶缺乏癥蛋白替代療法資料來源：醫(yī)藥魔方，市場研究部從三大巨頭的在研管線可以看到，目前僅免疫療法和蛋白替代療法有項目進期，再生細胞療法在研管線少且均處于早期階段，因此我們重點討論前mRNA療法的適應(yīng)癥、與常規(guī)技術(shù)的比較等。疫苗初露鋒芒，mRNA前沿技術(shù)首次得到產(chǎn)業(yè)化驗證。mRNA疫苗具備安全性高、批次間差異小，具有響應(yīng)快速、廉價量產(chǎn)的優(yōu)勢，因此能大幅節(jié)省時間成本及研發(fā)、生產(chǎn)費用，但mRNA疫苗對于存儲條件要求高，需保存在超低溫環(huán)境。在所有mRNA技術(shù)應(yīng)用場景中，疫苗技術(shù)研發(fā)進展最快，目前全球范圍內(nèi)有/BioNtech和Moderna的2款mRNA預(yù)防性疫苗獲批或獲得批件。表：不同技術(shù)路線的疫苗類型比較疫苗類型生產(chǎn)速度技術(shù)成熟度原理代表產(chǎn)品優(yōu)點局限性對病毒進行培養(yǎng)，將具有感染性的病毒殺死但同時保持其抗原顆粒的完整性，使其失去致病力而保留抗原性脊髓灰質(zhì)炎、甲型肝炎、狂犬疫苗等需多次接種；生產(chǎn)要求生物安全等級高；生產(chǎn)周期長；再感染導致癥狀加重的風險沒有排除；細胞免疫弱等滅活疫苗評價方法明確；易于儲運快快高高通過傳代培養(yǎng)的方式獲得毒性減弱甚至無毒性作用的病原體變異株，但仍保留其免疫原性，將活的病毒變異株作為疫苗接種到機體，不會引起疾病的發(fā)生，但病原體可以在機體內(nèi)誘導免疫反應(yīng)基于已發(fā)布的病毒基因序列，將病毒目的抗原基因通過重組的方式構(gòu)建在表達載體上，再轉(zhuǎn)化到受體細胞中，誘導表達出抗原蛋白誘導的較強的細胞免疫、免疫持續(xù)時間長；接種劑次少；易形成群體免疫屏障；成本相對較低等麻疹、脊髓灰質(zhì)研發(fā)（篩選和鑒定）時間長；需要嚴格冷鏈儲運；免疫障礙個體接種后可能患??；在極少數(shù)的情況下有突變返祖引發(fā)疾病的風險等減毒疫苗炎、風疹疫苗等蛋白亞單位疫苗生產(chǎn)速度慢；與天然構(gòu)象存在差異；免疫原性弱；需要佐劑增強免疫原性等流感、乙型肝炎等不良反應(yīng)??；抗原穩(wěn)定；易于儲運慢高高病毒樣由病毒的一種或幾種衣殼蛋白在較快人乳頭瘤生產(chǎn)量大；誘導的研發(fā)速度慢；需要加強免疫；抗原6顆粒異源系統(tǒng)內(nèi)自我組裝成與天然病毒結(jié)構(gòu)相似，但不含病毒遺傳物質(zhì)病毒疫苗免疫原性較強；無致病性風險等表位篩選要求技術(shù)度高；受抗原糖基化影響等將外源性抗原基因植入到病毒基因組內(nèi)并轉(zhuǎn)染細胞獲得重組病毒，能在機體內(nèi)利用宿主的遺傳物質(zhì)進行表達目的抗原蛋白，并誘導機體產(chǎn)生相應(yīng)抗體基因遞送效率高；可遞送到不同的靶器官；可產(chǎn)生細胞免疫和黏膜免疫目前沒有完全成型的供應(yīng)市場產(chǎn)品；免疫原性易受宿主故有受體影響；病毒載體有潛在性安全風險；病毒的操作和生產(chǎn)要求技術(shù)程度高病毒載體疫苗埃博拉疫苗較快很快中等通過將編碼抗原蛋白的mRNA接種到宿主，然后在體內(nèi)細胞中利用宿主的遺傳物質(zhì)進行表達合成抗原蛋白，通過抗原蛋白誘導使機體產(chǎn)生免疫反應(yīng)容易實現(xiàn)質(zhì)控和量產(chǎn)；細胞免疫和體液免疫強；產(chǎn)生免疫迅速；表達抗原單一mRNA自身穩(wěn)定性弱；疫苗進入細胞的技術(shù)難度大；在體內(nèi)持續(xù)表達可能出現(xiàn)免疫耐受；長期存在細胞內(nèi)的潛在風險尚不清楚；規(guī)?；a(chǎn)工藝尚有待優(yōu)化mRN不成熟新冠疫苗A疫苗將編碼外源性抗原蛋白的基因重組到質(zhì)粒中，然后將質(zhì)粒導入到宿主體內(nèi)，利用宿主細胞中的遺傳物質(zhì)表達抗原蛋白，通過抗原蛋白誘導機體產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答受表達效率的影響，可能表達不高；有整合到宿主染色體的風險；需要經(jīng)過入核、轉(zhuǎn)錄、翻譯的過程才能產(chǎn)生抗原，起效比較慢；接種途徑復雜等研發(fā)速度快;可持續(xù)產(chǎn)生抗原細胞免疫和體液免疫強；易于工業(yè)化生產(chǎn)等馬、豬、狗、魚等獸用疫苗DNA很快不成熟資料來源：中華醫(yī)學雜志，市場研究部圖：歷年mRNA疫苗臨床試驗數(shù)目（個）2520231541151423101517121211501091413771555511111癌癥傳染病其他資料來源：/10.1016/j.vaccine.2021.03.038市場研究部（2021年未統(tǒng)計完全）mRNA疫苗研發(fā)熱情不減，臨床持續(xù)推進。截至2022年4mRNA疫苗在研管線有2310條為非新冠疫苗相關(guān)，顯示mRNA的疫苗應(yīng)用場景也在不斷拓寬。目前國內(nèi)雖未有產(chǎn)品獲得正式上市批準，但已經(jīng)有多個mRNA疫苗候選藥物進入到臨床階段，進展最快的屬艾博生物、軍科院和沃森生物共同研制的，全球和國內(nèi)均已進入III期臨床。7表mRNA疫苗在研管線研發(fā)階段研發(fā)階段中國)研發(fā)機構(gòu)藥品名稱靶點適應(yīng)癥(全球)tozinameranSARS-CoV-2SproteinSARS-CoV-2Sprotein新型冠狀病毒感染新型冠狀病毒感染批準上市II期臨床I期臨床;Pfizer;abdavomeranII/III期臨床復星醫(yī)藥ganulameranSARS-CoV-2新型冠狀病毒感染新型冠狀病毒感染I/II期臨床III期臨床無申報軍科院;艾博生物;沃森生物藍鵲、沃森生物麗凡達生物(艾美疫苗)SARS-CoV-2SproteinIII期臨床RQ3013SARS-CoV-2SproteinSARS-CoV-2新型冠狀病毒感染新型冠狀病毒感染狂犬病申報臨床II期臨床臨床前申報臨床II期臨床臨床前rabiesviruseTheRNA;遠大醫(yī)藥eTheRNA-A002HIVCD40LCD70TLR4HPVE6HPVE7HIVII期臨床臨床前無申報頭頸部鱗狀細胞癌無申報西藏藥業(yè);斯微生物;東方醫(yī)院DF104B1SARS-CoV-2Sprotein新型冠狀病毒感染I/II期臨床I期臨床SW1115C3SW-BIC-213PGV002notavailableSARS-CoV-2Sproteinnotavailable實體瘤I期臨床臨床前無申報臨床前無申報無申報斯微生物新型冠狀病毒感染胃癌;肝癌;食管癌新型冠狀病毒感染新合生物石藥集團I期臨床申報臨床SYS6006SARS-CoV-2新型冠狀病毒mRNA疫苗BD101康希諾SARS-CoV-2新型冠狀病毒感染申報臨床無申報notavailablenotavailableSARS-CoV-2SproteinnotavailableRSV腫瘤HSV感染臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前臨床前本導基因BD102NEO_PLIN2101RSVmRNA疫苗YB1-mRNA新型冠狀病毒感染實體瘤新合生物艾美疫苗港藥溶瘤冠昊生物RSV感染notavailableSARS-CoV-2實體瘤新型冠狀病毒感染資料來源：醫(yī)藥魔方，市場研究部蛋白替代療法尚在探索中，部分臨床結(jié)果顯示應(yīng)用潛力較大。蛋白替代療法是指利用mRNA表達因為基因突變而缺失的蛋白來恢復患者體內(nèi)的蛋白水平，目前主要聚焦于遺傳性代謝疾病，大多數(shù)基于mRNA的蛋白治療均在早期（臨床I期及之前）研究，進度最快的是阿斯利康和ModernaAZD8601治療策略是通過在局部誘導VEGF-A蛋白的表達，促進支配供血不足的心肌區(qū)域的新血管再生。該療法主要針對II型糖尿病、心臟衰竭和心絞痛三類患者，其中型糖尿病患者的I期臨床數(shù)據(jù)顯示，在給藥后約4-24mRNAVEGF-A蛋白水平高于安慰劑治療部位，且瞬時皮膚血流增強，顯示其可能具備促進血管再生的能力。鑒于蛋白替代療法的前瞻性，國內(nèi)尚無mRNA蛋白替代療法的在研管線公布。8圖：AZD8601項目中顯示療法可以促進血管再生資料來源：doi:10.1038/s41467-019-08852-4，市場研究部復盤抗體藥物的崛起之路，mRNA作為顛覆性技術(shù)有望成就下一個萬億市場。RNA是一項跨時代的生物技術(shù)，給很多領(lǐng)域帶來了新的革命性的治療方法，我們類比同樣給醫(yī)藥領(lǐng)域帶來重大改革的抗體技術(shù)，從抗體藥物的獲批情況來看，大體分為三個階段1）1986-1996年蟄伏期，1986年出現(xiàn)了第一個獲批準的單抗藥物，之后鮮有相關(guān)藥物獲批，行業(yè)技術(shù)處于儲備階段；2）1997-2013年爬坡期，期間平均每年有1.65款抗體藥物獲批，趨勢較為3）2014年至今快速發(fā)展期，截至2021年4月，有65款藥物在此期間獲批，且每年獲批數(shù)量仍呈現(xiàn)上升趨勢，目前總計獲批的抗體藥物數(shù)量超過100款，而且這一數(shù)字還在不斷增加，現(xiàn)在每年獲批的抗體類藥物已經(jīng)占新藥的近五9圖：2021年4月，100款抗體藥抗ADC雙抗抗體片段其他資料來源：doi:10.1038/d41573-021-00079-7，市場研究部類比抗體市場，mRNA市場未來或在萬億以上。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，預(yù)計2025年全球抗體藥物市場規(guī)模可達3000億美金，類比至mRNA技術(shù)，考慮到治療手段的突破性、新冠疫情的強大助力以及技術(shù)更迭加速等情況，我們預(yù)計未來mRNA技術(shù)支撐的醫(yī)療市場規(guī)?；?qū)⑦_到萬億以上。圖2025年全球抗體藥物可達約3000資料來源：doi:10.1038/s41467-019-08852-4，市場研究部102mRNA專利壁壘高，國內(nèi)專利申請加速突破海2.1國際龍頭搶占核心專利，打造行業(yè)競爭壁壘mRNA技術(shù)起始于1987年，但由于其結(jié)構(gòu)在人體內(nèi)易被降解，成藥性一直難以滿足要求，直到假尿苷替換技術(shù)及LNP技術(shù)逐步開發(fā)成熟后，工業(yè)化才開始逐步落地。正是由于mRNA結(jié)構(gòu)中的假尿苷替換以及結(jié)構(gòu)對于其整體穩(wěn)定性，安全性以及最終藥效具有顯著的影響，也成為國際龍頭公司專利布局的重中2.1.1mRNA序列專利重點在于尿苷結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)人體免疫系統(tǒng)會將未修飾的單鏈mRNA識別為病毒感染的標志，激活下游通路從而阻斷mRNA翻譯。賓夕法尼亞大學的Katalin和團隊首次發(fā)現(xiàn)，人體免疫系統(tǒng)對于mRNA的識別主要在于識別mRNA序列中的尿苷結(jié)構(gòu)，從而開發(fā)了利用假尿苷替換尿苷技術(shù)，不僅能極大地降低mRNA的免疫原性，還能提高mRNA的穩(wěn)定性并增強其翻譯能力，并申請了美國專利授權(quán)US8278036B2，該專利目前已被235篇后續(xù)專利引證，體現(xiàn)其在該領(lǐng)域的核心地位。賓夕法尼亞大學隨后將該專利獨家授權(quán)給CellscriptCellscript該專利二次授權(quán)給Moderna和。圖：US8278036B2的引證和被引證圖資料來源：紀凱知識產(chǎn)權(quán)，市場研究部為了避免未來的專利糾紛，開發(fā)了利用1-甲基假尿苷替換尿苷的2014年拿到了使用包括1-甲基假尿苷在內(nèi)的多種核苷的專利授權(quán)，解決了專利部分的隱憂。公司則采用降低mRNA分子中尿嘧啶含量實現(xiàn)mRNA免疫原性的方式，并布局了一系列代表性專利。2.1.2藥物遞送LNP專利主要涉及化學結(jié)構(gòu)、成分占比和用途作為核酸藥物領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的藥物遞送技術(shù)，以其優(yōu)良的體內(nèi)穩(wěn)定性和成藥性被國外的mRNA疫苗研發(fā)三巨頭（Moderna）mRNA疫苗的遞送載體。目前針對LNP的專利保護主要有3個部分，首先LNP中陽離子脂質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)，也是LNP專利的核心；其次是陽離子脂質(zhì)與其他成分之間的構(gòu)成比例，包括不同脂質(zhì)的比例以及陽離子脂質(zhì)與mRNA的配比；最后是針對的用途專利。Arbutus公司是國際領(lǐng)域的龍頭公司，其在陽離子脂質(zhì)及PEG脂質(zhì)方面的專利覆蓋廣泛且深入，除了覆蓋眾多分子專利外，還包括多種配比專利及應(yīng)用專利。全球幾大mRNA疫苗研發(fā)公司Moderna及向Arbutus尋求LNP的專利授權(quán)，同時由于Arbutus專利覆蓋的完整性，此前曾向美國專利商標局申請對于Arbutus部分專利無效化但最終敗訴，由此可以看出專利在mRNA藥物開發(fā)過程中的關(guān)鍵作用。Arbutus在中國主要申請了7項專利，整體專利覆蓋領(lǐng)域也較為完善，國產(chǎn)廠商如想使用商業(yè)化LNP，一方面可以嘗試獲得Arbutus的授權(quán)，另一方面結(jié)構(gòu)研發(fā)入手，打造自主專利壁壘。圖：Arbutus公司在中國的專利覆蓋資料來源：紀凱知識產(chǎn)權(quán)，市場研究部122.2國產(chǎn)專利申請增速顯著，多點突破海外技術(shù)壁壘mRNA領(lǐng)域整體發(fā)展時間較美國稍晚，但發(fā)展速度較快，大部分院校及2010年以后開始涉足mRNA產(chǎn)業(yè)鏈專利布局。截至2021mRNA相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠校袊雅旁谌虻谌?，共申請?58項專利（同期全10864圖10：我國mRNA疫苗5'端帽結(jié)構(gòu)專利申請數(shù)量圖mRNA相關(guān)專利申請數(shù)資料來源：中國發(fā)明與專利，市場研究部資料來源：Astamuse，市場研究部國內(nèi)企業(yè)積極投入mRNA新技術(shù)研究及專利保護建設(shè)，包括康希諾生物，艾博生物，斯微生物，麗凡達生物，鍵凱科技等。在尿苷修飾領(lǐng)域，斯微生物已提交自主研發(fā)修飾的胞苷化合物，利用胞苷的4位添加的胍基顯著提高mRNA在體內(nèi)的表達量。在LNP遞送領(lǐng)域，康希諾生物與鍵凱科技共同申請了11種脂質(zhì)化合物，主要用于核酸遞送的新型可電離脂質(zhì)以及在生物活性物質(zhì)遞送中的應(yīng)用。麗凡達生物同樣獲得了一項關(guān)鍵專利授權(quán)，保護一種用于增強核酸疫苗免疫效果的脂質(zhì)納米顆粒及其制備方法，具有核酸的包封率高，粒徑分布較窄的優(yōu)點。綜合來看，國內(nèi)mRNA企業(yè)已具備及時準確專利預(yù)警和避開專利壁壘的前期意識，同時憑借自研能力重點考慮布局具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵專利技術(shù)，在未來mRNA領(lǐng)域競爭中，有望占據(jù)更有利的地位。3mRNA生產(chǎn)工藝復雜，新興技術(shù)有望加速應(yīng)用mRNA整體生產(chǎn)工藝主要包括質(zhì)粒原液生產(chǎn)、mRNA原液生產(chǎn)、mRNA制劑制備、mRNA制劑純化、質(zhì)檢及儲存運輸，mRNA自身存在精準合成難度高、易降解、難保存等特殊性，使得mRNA藥物在過程控制、工程保證、大規(guī)模制備工藝、質(zhì)量控制與質(zhì)量體系等多方面存在復雜挑戰(zhàn)。13圖mRNA生產(chǎn)流程資料來源：近岸蛋白質(zhì)，市場研究部3.1質(zhì)粒原液生產(chǎn)工藝相對成熟，純度為關(guān)鍵指標mRNA1）導入2）培養(yǎng)發(fā)酵并通過離心及過濾收集大腸桿菌，利用堿裂等措施破壞大腸桿菌結(jié)構(gòu)將質(zhì)粒釋放至培養(yǎng)基34）利5）收集后的質(zhì)粒需要添加限制性內(nèi)切酶，將模板質(zhì)粒處理成線性化雙鏈DNA模板，用于下一步mRNA合成。圖：質(zhì)粒生產(chǎn)流程資料來源：pDNAandmRNAvaccines，市場研究部獲得高純度超螺旋質(zhì)粒為生產(chǎn)關(guān)鍵指標。從大腸桿菌中提取的質(zhì)粒中，DNA會以多種形式存在：超螺旋質(zhì)粒DNA、開環(huán)、線性DNA和質(zhì)粒DNA體等，需要的目標產(chǎn)物為超螺旋質(zhì)粒DNA，用于后續(xù)線性化的質(zhì)粒超螺旋結(jié)構(gòu)占比需要達到90%以上，然而由于其他DNA雜質(zhì)也有非常相似的純化特點，因此獲得高純度的超螺旋質(zhì)粒產(chǎn)物非常有挑戰(zhàn)。143.2加帽加尾為mRNA原液大規(guī)模生產(chǎn)關(guān)鍵步驟線性化后的質(zhì)粒片段利用RNA聚合酶可以通過體外轉(zhuǎn)錄（IVT）合成mRNA，其主要利用含有T7啟動子或SP6啟動子序列的DNA為模板，在含有T7或SP6RNA聚合酶的條件下，以為底物合成簡單快速獲得大量的mRNA分子，I酶降解DNA模板及純化后，通過在5’端加上帽子結(jié)構(gòu)和3’端加ployA尾加強mRNA的穩(wěn)定性。圖mRNA生產(chǎn)工藝流程資料來源：mScript，市場研究部3.2.1加帽結(jié)構(gòu)有效提高mRNA翻譯效率及穩(wěn)定性真核生物mRNA的5’端通常具有橋接的7-甲基鳥苷(m7G)帽子結(jié)構(gòu)Cap0Cap0結(jié)構(gòu)中的第一個碳羥基甲基化后形成Cap1(m7GpppmN)。通常情況下，Cap結(jié)構(gòu)可以與真核起始因子4E(eIF4E)在翻譯起始階段相互識別，開啟后續(xù)翻譯過程，同時Cap1結(jié)構(gòu)能夠極大降低mRNA在體內(nèi)的免疫原性。15圖mRNACap結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)錄翻譯中的作用圖mRNACap0Cap1及Cap2結(jié)構(gòu)資料來源：Pubmed，市場研究部資料來源：Pubmed，市場研究部3.2.2工業(yè)化大規(guī)模加帽技術(shù)不斷迭代發(fā)展1）一步法共轉(zhuǎn)錄加帽（2）兩步法酶法加帽。一步法共轉(zhuǎn)錄加帽方法是通過在轉(zhuǎn)錄過程中添加已加帽的抗逆轉(zhuǎn)帽類似物在共轉(zhuǎn)錄過程中實現(xiàn)加帽操作。兩步法酶法加帽通常采用牛痘病毒加帽體系。圖mRNA生產(chǎn)工藝流程資料來源：中國藥事，市場研究部目前共轉(zhuǎn)錄加帽主流方法共有三代，第一代是mCap方法，第二代是方法，第三代是CleanCap技術(shù)。其中mCap方法加帽效率在25-40%，產(chǎn)物為Cap0方法加帽效率在50-80%，產(chǎn)物為Cap0CleanCap整體加帽效率相比更高，為95%，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為Cap1。16圖CleanCap資料來源：Biotechnologies，市場研究部在兩步法酶法加帽中，利用牛痘病毒加帽酶將7-甲基鳥苷帽結(jié)構(gòu)(m7Gppp,Cap0)的5'末端，其結(jié)構(gòu)中包含兩個亞基(D1和D12)(D1RNA三磷酸酶和尿苷轉(zhuǎn)移酶活性；亞基具有鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶活性)RNA-的γ-磷酸水解，隨后尿苷轉(zhuǎn)移酶以--N-GMP中間體，最后RNA（鳥嘌呤-N7）甲基轉(zhuǎn)移酶以AdoMet為底物將位甲基化。圖：牛痘病毒加帽體系作用機制資料來源：Pubmed，市場研究部3.2.3A加尾修飾調(diào)控基因表達A結(jié)構(gòu)可以讓mRNA在細胞中免受核酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定polyA結(jié)構(gòu)長度可以控制轉(zhuǎn)錄效率。目前行業(yè)通用A加尾方法主要采用兩種模式：第一種是在質(zhì)粒DNA模板中添加A結(jié)構(gòu)模板，在mRNA生成過程中直接添加A結(jié)構(gòu)；另一種是使用A加尾酶，其以底物，通過模板將腺苷一磷酸加成到RNA分子的3-OH17在加尾修飾結(jié)束后要進行純化，可以根據(jù)分子特性的不同選擇相應(yīng)的純化方法，主要通過層析色譜柱工藝對mRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物純化去除污染物和反應(yīng)物，還可以使用超濾/過濾技術(shù)來去除或置換不需要的分子和緩沖成分。圖mRNA疫苗原液下游純化資料來源：中國藥事，市場研究部3.3微流控技術(shù)提升制劑均一性，提高放大生產(chǎn)效率mRNA在體內(nèi)穩(wěn)定性較差，易被體內(nèi)酶降解，需要采用保護性的遞送材料幫助mRNA實現(xiàn)體內(nèi)循環(huán)。目前業(yè)界用于mRNA遞送主要采用脂質(zhì)納米粒（LipidNanoparticlesCationicpolymers復合物遞送以及病毒顆粒遞送等。由于LNP具備較為穩(wěn)定的理化性質(zhì)及生物安全性，目前工業(yè)界較多采用mRNA商業(yè)化的首選遞送載體。遞送系統(tǒng)具有兩方面優(yōu)勢，首先可以保護mRNA免受酶降解，其次可以通過一系列細胞內(nèi)吞機制將mRNA遞送入細胞胞液中，部分LNP表面的載脂E可以借助細胞表面低密度脂蛋白介導的網(wǎng)格蛋白依賴途徑被細胞內(nèi)吞進入細胞質(zhì)中。18圖：多種mRNA遞送材料資料來源：mRNAvaccine:apotentialtherapeuticstrategy，市場研究部的制作方法主要為較為簡單的薄膜水化，乙醇自組裝方法，隨著生物材料工藝及芯片算法的不斷發(fā)展，微流控技術(shù)開始占據(jù)主導地位。微流控技術(shù)是指在微米尺度的管道中操控流體的技術(shù)，通過對管路和流體的流速進行控制，對溶劑實現(xiàn)快速混合且其可控性高，從而可以連續(xù)快速地生產(chǎn)納米顆粒，避免批次間的質(zhì)量差異。19圖mRNA藥物制劑形成方案資料來源：Pubmed，市場研究部以目前行業(yè)龍頭Precision的微流控方案為例，其利用芯片控制的微流控裝置，將包好RNA的液相層與載體的溶劑層混合兩股層流混合，利用可控制速度裝有混合器的微通道實現(xiàn)快速擴散，極性變化，并且在界面層表面mRNA-LNP的自組裝。該方法通常能夠?qū)崿F(xiàn)均一化的制劑構(gòu)成，是一種球形和多層脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)。相比較其他方法，微流控方法整體重現(xiàn)性較強，能夠有效加強分子穩(wěn)定性，降低了污染的可能性，有助于臨床前和臨床階段研究的放大生圖：多種mRNA遞送材料資料來源：生物在線，市場研究部203.4質(zhì)量控制環(huán)節(jié)檢測流程復雜根據(jù)藥典要求，mRNA原液檢測要點超18mRNA制劑檢測要點超22項，整體檢測流程較為復雜且成本較高。圖mRNA藥典檢測項目資料來源：中國藥典，清華工研院細胞與基因治療創(chuàng)新中心，市場研究部mRNA的檢測項目中技術(shù)門檻最高的當屬加帽率的檢測部分，加帽率目前通用的檢測方法為，整體檢測流程較為復雜。由于完整的mRNA鏈分子量較高，利用難以進行精準定量，故一般采用生物素標記探針利用磁珠mRNA鏈后，實現(xiàn)與雜質(zhì)的分離，隨后加入剪切酶將mRNA鏈切斷，進而對5’儀器中進行精確定量研究測定。由于不同mRNA藥物都具有特殊的分子序列，故探針需要定制化生產(chǎn)，檢測方法也需要針對不同的mRNA分子專項開發(fā)，整體檢測難度較高。21圖：加帽率檢測資料來源：Pubmed，市場研究部4產(chǎn)業(yè)鏈迎來歷史性發(fā)展機遇，國產(chǎn)力量加速崛起mRNA疫苗是人類首次在體外進行超大規(guī)模mRNA合成與制備并應(yīng)用于臨床的疫苗，其過程涉及生物、化學、工程等多學科交叉，同時mRNA藥物在過程控制、工程保證、大規(guī)模制備工藝、質(zhì)量控制與質(zhì)量體系等多維度具備復雜挑戰(zhàn)。在面對多方位挑戰(zhàn)的同時，對mRNA藥物進行生產(chǎn)成本控制并構(gòu)建穩(wěn)定的供應(yīng)鏈成為其是否能夠成功商業(yè)化的關(guān)鍵。mRNA新冠疫苗的廣泛關(guān)注給mRNA研發(fā)領(lǐng)域帶來的巨大資本投入和時代紅利，產(chǎn)業(yè)鏈有望迎來歷史性機遇，國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈力量迅速崛起。22圖mRNA規(guī)模化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：清華工研院細胞與基因治療創(chuàng)新中心，各公司官網(wǎng)，市場研究部4.1關(guān)鍵原材料及耗材的國產(chǎn)供應(yīng)鏈完善，技術(shù)水平持續(xù)提升mRNA上游原材料主要包括DNA設(shè)計、酶、脂質(zhì)以及分離純化材料等，隨mRNA應(yīng)用端逐步由疫苗向其他類型拓展，以及國內(nèi)mRNA產(chǎn)品臨床研究進展的不斷推進，上游原料有望加速放量，后續(xù)有mRNA產(chǎn)品進入商業(yè)化生產(chǎn)階段后，對上游供應(yīng)鏈的需求將大幅增加。以輝瑞疫苗BNT162b2在IVT端的原材料成本結(jié)構(gòu)為例，RNA帽類似物，酶，尿苷原料，PEG-脂質(zhì)及陽離子脂質(zhì)在該類成本中占比較高。此外，在純化階段使用的切向流過濾膜包等也具有較高的技術(shù)壁壘和成本占比。23表：輝瑞疫苗BNT-162b2IVT制造過程中使用的原材料成本及占比生產(chǎn)2億劑20%安全系數(shù)疫苗的成本材料成本占比（%）($美元)質(zhì)粒DNA$1,000,000$162,433,128$27,445$46,024$42,117$151,574$139,583,190$1,6750.27%43.44%0.01%0.01%0.01%0.04%37.33%0.00%~RNA聚合酶5'-三磷酸腺苷核苷酸5'-三磷酸鳥苷核苷酸三磷酸胞苷核苷酸(CTP)5'-三磷酸尿苷核苷酸(UTP)RNA帽類似物三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽氯化鎂$1411,4-二硫蘇糖醇$21,013$4,8440.01%0.00%0.00%2.51%0.09%~亞精胺聚乙二醇辛基苯基醚$4.81脫氧核糖核酸酶I$9,380,637$325,442$6,875堿性磷酸酶纖維素HEPES$4,761,150$37,467$270,032$699,221$1,8121.27%0.01%0.07%0.19%~乙二胺四乙酸氯化鈉(NaCI)乙醇乙酸鈉((4-hydroxybutyl)azanediyl)bis(hexane-6,1-diyl)$44,634,00011.94%bis(2-hexyldecanoate)(2-[(polyethyleneglycol)-2000]-N,N-$474,6300.13%0.87%ditetradecylacetamide)DSPC$3,240,000(1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)膽固醇$46,000$5,889,513$723,111$134,3500.01%1.58%0.19%0.04%PBS蔗糖氫氧化鈉資料來源：Pubmed，市場研究部（1）國內(nèi)在酶，尿苷原料，RNA帽類似物等原料方面均具有較為完善的產(chǎn)目前包括兆維科技，瀚海新酶，諾唯贊等國內(nèi)mRNA上游公司均能夠提供mRNA合成所需的完整試劑。兆維科技致力于生產(chǎn)和銷售核糖核苷、核糖核苷酸、修飾性核苷（酸）和亞磷酰胺等各個系列產(chǎn)品。公司擁有亞洲最大的亞磷酰胺單體的生產(chǎn)線，進入諸多國際知名生物醫(yī)藥企業(yè)的供應(yīng)商名錄。瀚海新酶擁有酶基因挖掘與性能表征、酶分子優(yōu)化與改造、酶基因高通量篩選、有機合成、合成生物學、抗原抗體研發(fā)制備等技術(shù)平臺；基于以上技術(shù)平臺開發(fā)出數(shù)百種生物醫(yī)藥、疫苗生產(chǎn)、體外診斷相關(guān)原材料。在mRNA合成原料24方面可以覆蓋從Cap0，Cap1帽子結(jié)構(gòu)，抗反向帽類似物，T4RNA連接酶，T7RNA聚合酶等。2021年底，瀚海新酶宣布完成了近8C輪融資，為其后續(xù)產(chǎn)品管線的不斷完善和新技術(shù)研發(fā)提供了充足的資金支持。同時國內(nèi)上游公司不斷進行新技術(shù)探索及專利布局。瀚海新酶近日公布了CN114250208A專利，一種耐高鹽高活性I突變體的制備及應(yīng)用，相比較與野生型DNaseI相比，比酶活均大于20000U/mg200mM條件下基本都仍能保持40％以上的活力，且在50mMNaCl的低鹽濃度下活性不受明顯的影響，具備較好的穩(wěn)定性。翌圣生物目前同樣獲得CN113774032A號專利授權(quán)，覆蓋一種重組T4酶突變體、編碼DNA及NGS建庫方法，獲得了一系列低偏好性和高效率的重組DNA連接酶突變體T4DLm。（LNP生產(chǎn)廠商逐步掌握產(chǎn)業(yè)先進技術(shù)目前中含有可電離的陽離子脂質(zhì)（ionizablelipids），膽固醇（Cholesterol）、輔助磷脂(Helperlipid)，聚乙二醇修飾的磷脂（PEG-lipid。圖：脂質(zhì)納米粒核酸載體的結(jié)構(gòu)：(A)核酸在納米顆粒內(nèi)部以反向脂質(zhì)膠束(B)核酸夾在脂質(zhì)雙層之間資料來源：mRNAvaccine:apotentialtherapeuticstrategy，市場研究部陽離子脂質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)類似于天然脂質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，不同之處在于前者包含可離子化（陽離子）頭部基團，通常為一個或多個叔胺，季胺基結(jié)構(gòu)，可以通過質(zhì)子化實現(xiàn)在生理條件下帶正電。利用mRNA本身的負電性，通過正負電性mRNALNP內(nèi)部親水結(jié)構(gòu)中。25圖：部分陽離子脂質(zhì)分類資料來源：艾偉拓（上海）醫(yī)藥科技有限公司，市場研究部聚乙二醇（PEG-脂質(zhì)：主要起到在納米粒合成過程中控制納米粒大小，由于所有級別的聚乙二醇均溶于水，聚乙二醇相互間以及與水可以任意比例混合，故聚乙二醇結(jié)構(gòu)在水相中可形成水花層，能夠有效防止納米顆粒在儲存中聚集，同時保護顆粒不被體內(nèi)的免疫蛋白檢測。輔助脂質(zhì)（HelperlipidDOPEDSPC及脂質(zhì)為代表，該類通常為磷脂類結(jié)構(gòu)，在制備陽離子脂質(zhì)體過程中具有非常強的協(xié)同作用，主要包括（1）中性不穩(wěn)定助類脂：起穩(wěn)定雙層膜和降低陽性成分毒性的作用。（2）干擾類脂膜，使內(nèi)涵體膜不穩(wěn)定：在細胞內(nèi)能促進DNA、RNA的釋放，同時輔助陽3）能夠確定核酸+脂質(zhì)體復合物的形態(tài)，可是脂質(zhì)體Lα相躍遷到六角相，使復合物具有良好的可融性，能提高跨膜效國內(nèi)目前以鍵凱科技為代表，目前已經(jīng)具備提供工業(yè)化生產(chǎn)用的LNPs遞送系統(tǒng)輔料，包括SM-102，在內(nèi)多種陽離子脂質(zhì)及PEG化的陽離子脂質(zhì)。鍵凱科技是國內(nèi)外少數(shù)可規(guī)?；a(chǎn)醫(yī)用藥用聚乙二醇原料的廠商之一，雜質(zhì)含量、純度、批間穩(wěn)定性、定制種類等多個方面均處于行業(yè)領(lǐng)先地位。海昶生物的平臺可以利用利用四價（Quaternary）和三價（Tertiary）陽離子磷脂共存的脂質(zhì)納米粒制備平臺，在制備過程中利用陽離子磷脂將生物大分子物質(zhì)壓縮再包裹,能夠雙重保護負載物免受體內(nèi)酶系統(tǒng)的降解,提高藥物的穩(wěn)定性。公司在研發(fā)端也始終在積極探索，目前掌握26CN101338322A專利授權(quán)，其主要內(nèi)容涉及一系列高分子聚合物構(gòu)建的新型基因載體及制備方法。（）國產(chǎn)mRNA純化填料正嶄露頭角。納微科技的超大孔Nanogel系列離子交換產(chǎn)品在質(zhì)粒DNA及mRNA純化環(huán)節(jié)已有應(yīng)用。同時在新技術(shù)研發(fā)端，納微科技已申請了Oligo-dT親和色譜填料相關(guān)專利，其具有更高的mRNA能力和更高的mRNA回收率，同時具有比傳統(tǒng)Oligo-dT親和填料更好的耐堿性，可以大大降低親和填料的生產(chǎn)成本，從而降低mRNA的生產(chǎn)和純化成本。賽分科技產(chǎn)品線中目前可以提供