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介凡社?密约 | 立异药企商业化思索

2022年5月9日

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市场严冬何时已往？ | Vol.4

2022年5月16日

行研 | 守得云开见月明——LNP载体行业生长追踪（上）

前言

LNP手艺应用于递送mRNA开发熏染病疫苗、肿瘤疫苗以及表达治疗性卵白药物以治疗种种疾病。mRNA新冠疫苗引发mRNA-LNP领域研究和投资热潮�；谙钟凶橥牙敕⒌腖NP在剂量扩大、靶向性、重复恒久给药清静性等方面仍有提升空间，也是海内外各大相关企业研发重点。
投资角度值得关注的偏向：1）面临LNP领域药物研发热潮，具备多年相关研究履历及工艺生产手艺积累的CDMO行业；2）肝外靶向LNP系统及新顺应症开发；3）mRNA之外治疗药物的特定优化递送。
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一、LNP手艺生长历史

随着对核酸药物和细胞发病机理的遗传学研究希望的深入，涉及众多人类疾病在基因水平的靶向治疗成为可能。核酸药物在医学上有种种各样的作用，包括基因治疗剂和RNA疗法。历经半个世纪的生长，LNP递送系统陪同核酸手艺终于迎来重大突破。
1965年，作为LNP的早期版本，脂质体最先生长。脂质体是一种通用的乃阶载体平台，由于它们可以运输疏水或亲水分子，包括小分子、卵白质和核酸。脂质体是最早乐成从看法光临床应用的纳米药物转达平台。许多脂质体制剂已获批准并乐成应用于医疗实践。随后的脂质乃阶载体，如固体脂质纳米颗粒、纳米结构脂质载体和阳离子脂质-核酸复合物，体现出更重大的结构和增强的物理稳固性。LNP具有封装和转达治疗药物到体内特定位置的能力，并在需要的时间释放其内容物，为种种疾病的治疗提供了一个名贵的载系一切。
1976年，最先探索包被在聚合粒子中来转达核酸。随后，外源mRNA通过脂质体转达到宿主细胞。1995年，由LNP递送的小分子药物daunorubicin获得FDA批准上市。进入21世纪，LNPs-RNA进入研究视野，2018年首款LNP-siRNA药物Patisiran获FDA批准上市，2021年应对新冠病毒的两款LNP-mRNA疫苗获批上市。

图表1 LNP手艺生长历史

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资料泉源：PubMed，Clinicaltrials，AG亚洲游资源

二、LNP体内递送mRNA的首选载体

2019年至今全球履历了2年多的新型冠状病毒病(COVID-19)疫情，辉瑞mRNA新冠疫苗已经被公共所熟知，mRNA疫苗用于临床治疗新冠成为mRNA药物的主要里程碑。
核酸药物由于其高效、加速的开发周期和低本钱生产的潜力，为疫苗等药物开发带来了革命性的转变。mRNA作为一种新型疾病治疗药物，在预防和治疗种种疾病方面已崭露头角。mRNA药物的迅速生长，很大比例收获来自LNP（liposome nanoparticle，脂质纳米颗粒）手艺的前进。为了在体内施展作用，mRNA需要清静、有用和稳固的递送系统，�；ず怂崦庥诮到�，并允许细胞摄取和mRNA胞内释放。随着LNP手艺乐成进入临床用于mRNA的转达，未来将有更多此类药物获批用于未知足临床需求的疾病治疗。
核酸疗法的生长因其细胞转达的难题而受阻。一方面核酸的负电荷和亲水性阻碍了它们通详尽胞膜的被动扩散。另一方面，核酸与血清卵白的关联，它们被吞噬细胞摄取，以及它们被内源性核酸酶降解，滋扰了它们的有用转达。因此，核酸需要转达载体来�；に遣槐唤到�，并将它们转达到目的细胞以举行有用摄取。病毒和非病毒载体被用来将核酸转达到细胞。
阳离子型LNPs是合成的阳离子脂类与阴离子核酸之间的稳固复合物，是现在应用最普遍的核酸药物非病毒转达系统。关于病毒载体，人群大都有自然免疫中和抗体，重复给药使用限制，另外体内使用的AAV病毒载体递送片断巨细受限；GalNAc不适用单链核酸递送；外泌体在免疫原性和工程化刷新方面有自然优势，但现在工艺手艺缺乏LNP成熟。

图表2 四种递送系统特点较量

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资料泉源：Pubmed，AG亚洲游资源

三、LNP组分组成

现在的成熟LNP系统由胆固醇、磷脂、聚乙二醇脂质、阳离子脂质四组分组成。脂质是两亲性分子，包括三个结构域:极性头基团，疏水尾区和两个结构域之间的毗连。阳离子脂质是LNP能够递送RNA的焦点组分，有一个带永世正电荷的头基团，其作用兼具充分包裹带有负电荷的mRNA分子和增进细胞吸收两重作用。

图表3 LNP-mRNA结构示意图

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资料泉源：APL Bioeng，AG亚洲游资源

别的，LNP四大组分比例相对牢靠。已获批上市的BNT162b2和mRNA-1273疫苗LNP均由四种脂质本钱组成，且组分差别不大。关于焦点因素阳离子脂质，辉瑞/BioNTech 接纳的是 ALC-0315 可电离阳离子脂质， Moderna 接纳的是 SM-102 可电离阳离子脂质，二者的化学相似性很强，同时辅助脂质的含量也概略相同。

图表4?BNT162b2和mRNA-1273疫苗LNP组分组成

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资料泉源：International Journal of Pharmaceutics，AG亚洲游资源

图表5 BNT162b2和mRNA-1273疫苗阳离子脂质结构

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资料泉源：ACS Nano，AG亚洲游资源

四、LNP递送系统开举事点

4.1 难点1——专利壁垒

LNP专利�；ぶ饕�3个方面：
① 阳离子脂质体的化学结构
BioNTech 和 Moderna划分接纳的是 ALC-0315、SM-102 可电离阳离子脂质
② 阳离子脂质体与其他组分之间的组成比例
BioNTech 和 Moderna 现在拥有由宾夕法尼亚大学研发的被以为是业内最主要的 mRNA 独家手艺疗法专利，即专利号8058069对应专利
③ LNP的用途提供�；�
我们从Moderna 对 Arbutus 三项专利诉讼的效果看，LNP焦点专利对脂质组分的�；そ夏淹黄谱ɡ粽�。各厂商对 LNP手艺的掌握以及是否拥有相关专利成为了业内竞争中极其主要的一环

图表6 Moderna 对 Arbutus 三项专利 IPR 效果

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资料泉源：unifiedpatents.com，AG亚洲游资源

关于mRNA药物而言，拥有自主知识产权的LNP专利可以说是药物研发的基石。我们检索发明，海内新兴mRNA企业已经纷纷在专利方面结构，现在这些企业的首创人过往配景或多或少与LNP有关。团队相关履历、焦点专利、手艺积累是能快速将LNP手艺向工业转化的要害因素。

图表8 海内企业LNP相关专利

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资料泉源：unifiedpatents.com，AG亚洲游资源

4.2 难点2——清静可控且具有自主知识产权脂质设计

由于因素重大性、结构要求、体内递送效率和清静性等综合思量，LNP需要思量多方面因素的平衡及相互影响。

图表9 清静有用的LNP组分需要思量多方面因素的平衡及相互影响

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资料泉源：AG亚洲游资源

详细来看，在选择LNP配方的脂质因素时，值得思量以下几个方面:
1)??生物相容性。自然爆发的脂类是可取的，由于它们可能是代谢的目的物种。在LNP配方中使用最普遍的一类脂类是磷脂，这也是生物膜脂类的主要种别。
2)??流动性。众所周知，胆固醇是一种有用的脂质双分子流动性调理剂;它能提高固体双层膜的流动性，降低液体双层膜的流动性。它也是生物膜的主要因素之一，具有高度的生物相容性。
3)??相态和相变温度。相态是LNPs的一个主要特征，它有助于LNPs的稳固性和封装效率，并控制其与生物膜的相互作用和货物释放。LNP中各脂类的相变温度以及它们的混溶性应予以思量。一样平常来说，烷基链越长、饱和水平越高的脂质，其转变温度越高。
4)??电荷(zeta电位)。LNPs的电荷影响其稳固性、货物释放速率、循环在血液中的半衰期以及与生物膜的融合。自然形成的膜脂是两性离子(PCs, PEs)或负电荷(pg, ps)。在许多用途中，如核酸递送，正电荷脂质的保存是有益的，导致了合成阳离子脂质的开发和使用。由于阳离子脂类不是细胞的自然因素，因此应思量其生物相容性及其降解产品的毒性。毒性与包括阳离子脂类在内的配方特殊相关，阳离子脂类是合成的，其毒性可能不为人知或在生物系统中视察到。在许多情形下，LNP配方中阳离子脂类的有用性与毒性增添有关。例如，在LNP配方中，多价阳离子脂类比单价阳离子脂类更有用，但对细胞的毒性也更大。与自然脂类结构相似的阳离子脂类被以为在LNPs中有用，如阳离子乙基磷脂酰胆碱或阳离子胆固醇的判断可以爆发副作用较少的LNPs。
5)??尺寸是决议LNP循环半衰期和药物封装的要害参数。LNP的巨细很洪流平上取决于它们的准备方法。超声、挤压和微流体要领是控制LNP尺寸最常用的要领。
6)??循环时间和吞噬吸收。用一种惰性聚合物(如聚乙二醇)包裹LNPs，通过阻止吞噬细胞抵达LNPs外貌，大大延伸了它们在血液循环中的停留时间，通过空间位阻抑制其吸收LNPs的能力。
7)??释放货物。有用的LNPs依赖于稳固和货物释放之间的玄妙平衡。LNPs需要足够稳固，以清静地将货物运送到目的所在，同时也要有能力将货物疏散到所需所在。在许多情形下，可以使用外部刺激来增进药物的释放。例如，当理想位置的pH值与其他位置的pH值差别时，可电离脂类可以增进药物在理想位置的释放。含有阳离子脂质的LNPs的货物释放也可以通过与生物膜的脂质交流来触发，诱导非层状相的形成。
8)??封装效率和稳固性。用固体脂质纳米颗粒(SLN)或特殊是纳米结构脂质载体(NLC)替换古板脂质体制剂可以显著提高脂质乃阶载体的稳固性和包封效率。
阳离子脂质作为LNP的焦点因素，通过合成的大宗阳离子类脂两亲体被测试作为核酸载体。阳离子脂类的分子结构与自然脂类相似，只是保存一个可电离的(阳离子)头基团，而不是自然脂类的两性或阴离子头基团。它们包括具有两个烷基链的疏水部分或胆固醇部分、带正电荷的极性头基团和毗连极性基团与疏水部分的毗连物。由于pH值的转变，只能在细胞内带正电荷而在血液中不带电荷的可电离脂类是首选，由于它们比非可电离的阳离子脂类毒性更小。

图表10?阳离子脂质的典范结构和部分结构组合

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资料泉源：Chem. Rev.，AG亚洲游资源

4.3 难点3——规�；ひ樟鞒�

种种各样的手艺被用来控制LNPs 的性子，包括它们的巨细，同心双层的数目（层状），以及它们封装种种化合物的能力。膜水正当是制备脂质体最简朴、最古老的要领。脂质首先消融在有机溶剂中，然后干燥，在小瓶底部形成一层薄膜。脂质膜水合后爆发脂质体疏散体。水化条件影响所形成囊泡的结构重大的单层囊泡(GUV) 是由温顺的水化作用形成的，而多层囊泡(MLV) 则是在强烈搅拌下形成的，其巨细匀称性较差。探针或浴声可用于爆发小的单片囊泡 (SUV)。通过界说孔径的聚碳酸酯过滤器一连挤压也可用于控制脂质体直径；挤压循环的次数关于决议所形成脂质体的匀称性是很主要的。另一种古板的脂质体制备手艺是反相蒸发，包括在水相和含有脂质的有机相之间形成一种油包水的乳液。对混淆物举行均质化，可使其短暂地坚持匀称；在减压条件下去除有机相，获得凝胶，然后是脂质体悬浮液。
脂质体形成的溶剂注射手艺是将脂质溶液（乙醇或乙醚）快速注射到水介质中。洗涤剂去除脂质体制备手艺涉及磷脂在含有洗涤剂的临界胶束浓度(CMC)的水溶液中消融，然后通过透析或其他要领去除洗涤剂。将所获得的悬浮液用水或水溶液稀释后，就会形成胶束；随着时间的推移，胶束转化为脂质体在脂质体制备的加热要领中，在水化剂（如甘油或丙二醇）的保存下，将脂类水化，然后加热到磷脂的转变温度以上。这种要领很有吸引力，由于它不涉及有机溶剂。
最近一项乐成也是被较多应用的脂质体生产手艺是微流体力学聚焦手艺，在该手艺中，酒精溶液中的脂质流被强迫在装置的中心通道中流动，并被水相的同轴流交织和包裹。醇和水通过聚焦的醇/界面的相互扩散导致脂质沉淀并自组装成脂质体。规�；τ玫降奈⒘魈遄氨�，拥有多个小反应器平行运行，具有极高手艺壁垒。

图表11?Knauer公司微流控装备示意图

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资料泉源：Knauer官网，AG亚洲游资源

结语

核酸疗法是一类具有治疗疾病潜力的新兴药物，LNPs已经成为这类药物乐成而高效的载体。
LNPs作为COVID-19 mRNA疫苗的转达载体的乐成使用，拓宽了mRNA疫苗的研究视野。以Inclisiran为例的siRNA-GalNAc药物已经不但仅针对有数病，而是常见的慢性疾病，未来随着我们对疾病病理认知的增添，LNP递送系统的手艺生长，以mRNA为范式的治疗手段也会从疫苗扩展到肿瘤、缺失卵白增补、慢性疾病调控等顺应症领域。
肿瘤学和其他基因疗法依赖于有用将核酸运送到细胞的能力。LNPs比其他转达系统优势体现在它更容易生产，免疫原性更低，可以携带更大的有用载荷，并且可以设计成多剂量。另一方面，LNP在恒久使用清静性、免疫刺激、递送量、作用时间设计等方面仍有较大研发提升空间。
关于企业而言，具有自主知识产权脂质设计、有用且清静的LNP理性设计、生产工艺的建设都是陪同研发及商业化的重点和难点。
下篇我们将重点先容LNP领域开发和投资的几个新偏向。

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