一、前言

RNA疫苗由於covid-19、流感等大規模流行性病而興起，由於具備開發製作的週期相對短、具備目標專一性等優勢，除了感染性疾病之外，在個人化醫療、預防性免疫及癌症治療的應用也陸續增加。舉例來說，RNA疫苗在預防疾病時，序列上編碼為病毒抗原，進入人體表達後誘發免疫反應；若應用在免疫療法，序列上編碼則是具治療效果的蛋白質、抗體或免疫分子，利用免疫辨認原理來鎖定目標。此外，數位工具加速設計和製造RNA疫苗的過程，例如即時監控設備搭配先進軟體，協助模擬疫苗效果和確保大規模生產的品質，也促進新型RNA疫苗的研發，相關產業發展具有高度潛力。

二、RNA疫苗簡介

RNA疫苗利用特定序列設計，產生對特定抗原的專一性，最基本的RNA疫苗，又稱為非擴增型RNA或mRNA疫苗，相較於傳統減毒疫苗、去活化疫苗、或是DNA疫苗，RNA疫苗不具感染性，安全性較高，大規模生產相對容易，具有開發速度快且成本低的優勢，在covid-19爆發時發揮巨大影響力。

全球RNA疫苗的風潮，使得製藥產業的投資增加，不只席捲歷史悠久的歐美生物製藥大廠，也帶動亞太地區的生物製藥產業的崛起，例如印度Gennova Biopharmaceuticals 公司開發的Gemcovac-19 ，是印度首支核准的mRNA疫苗，也是全球第三支被核准的mRNA疫苗。

然而RNA進入生物體後穩定度低且免疫原性低¹，誘發的免疫反應和成功被轉譯出的病毒抗原呈正相關，在效力或持久力上普遍不如傳統疫苗，因此如何掌控足夠但安全的RNA疫苗劑量，或RNA疫苗追加的次數和頻率，成為疫苗效力的關鍵。以下將RNA疫苗分為設計、製造和輸送系統三部分，介紹各部分的新興技術及發展趨勢。

三、RNA疫苗設計

(一)RNA序列修飾
相關的技術如鍵擊化學法（Click chemistry）²、奈米聚合法、多聚腺苷酸尾分段法（poly(A) tail length segmentation）³等等，針對RNA原來的序列和結構進行修飾，增加RNA進入生物體後的穩定度和轉譯效率，例如環狀RNA疫苗將原本的線性RNA結構改造成環狀封閉型，此結構有助於穩定RNA，避免進入生物體後被快速降解，同時理論上可以引發不間斷的RNA合成。也有透過序列改動，製作抵擋多抗原的多價RNA疫苗。代表性的廠商如德國baseclick的定制IVT鍵擊化學技術、美國TriLink的CleapCap 設計平台、美國SynBio廣域RNA修飾標定技術、以及美國Glen Research的2'-MOE與 超溫和RNA合成技術。

(二)結合額外複製元件
利用某些帶有複製酵素基因的病毒作為載體，或是只取複製酵素基因的序列片段輔助RNA表現，目的是提升單劑RNA的轉譯效率。saRNA疫苗是此類設計的例子，具有自我擴增能力（self-amplifying）的RNA疫苗，其原理是將目標病毒抗原RNA結合具自我複製能力的單股RNA病毒複製子（replicon）同時表達，常見的協同病毒例如正股甲病毒（alphavirus），該病毒分類的成員有複製酶基因編碼出的RdRP複合體，具備擴增病毒抗原的轉譯效果。將RdRP序列結合目標病毒抗原序列作為疫苗，能改善基本RNA疫苗單劑效力疲弱的問題。不過由於saRNA疫苗涉及協同病毒序列的參與，複雜度提升，因此，包括如何選擇合適的協同病毒作為載體，或是如何以基因編輯維持有效但可控制的擴增能力等相關疑慮，仍須更多研究資料驗證。

(三)數位化軟體輔助
結合AI的RNA設計工具或軟體也是開發趨勢，例如：美國RNAimmune的癌症多價RNA疫苗設計平台、中國Baidu Algorithm針對RNA序列挑選的優化、美國Benchling的RNA視覺化工具等等。

四、RNA疫苗製造

(一) 純化：純化RNA以層析法為主，關鍵在於去除製造使用的酵素和核酸，各家業者致力於將現有的多步驟純化進行優化和精簡化，例如Cytiva 的 FlexFactory™ 平台，提供端對端的單一系統，最小化疫苗中的汙染物。

(二) 規模化生產：在大規模生產RNA疫苗的製程中，RNA純度和濃度要求大幅取決於後續使用的目的，故需要挑選合適的生產工具，例如TouchLight開發的線性共價閉合DNA載體，用來快速生產大量、高純度的RNA；也有業者開發無細胞製造系統，能大幅提高RNA純度，但成本會高出許多。

(三) 整合式軟體：目前缺乏具指標性和資訊可互通的RNA疫苗軟體，生物製藥大廠如輝瑞、莫德納、賽諾菲、默克、阿斯特捷利康等，紛紛朝數位化、端對端的RNA製造系統發展。

(四) 出貨運輸：製作完成的RNA疫苗穩定度低，儲藏和運送都需要維持在極低溫度，因此物流運送上是極大挑戰，而移動式製造模組可能是未來發展方向，例如德國BioNTech開發的BioNTainer移動式製造設施，已經在澳洲進行端對端的RNA疫苗生產。

五、RNA疫苗輸送系統（Delivery System）

因RNA進入生物體後容易被快速降解，佐劑或協助疫苗輸送的分子扮演了穩定RNA的重要角色，以病毒外殼作為輸送方法有安全性的顧慮，使用率有逐漸下降的趨勢，而針對癌症或免疫療法的RNA疫苗，則需要增加對器官或組織的專一性，故改良優化輸送系統也是RNA疫苗發展的重要環節。

常見的輸送系統例如聚合物類的陽離子脂質或細胞外囊泡類的外泌體（Exosome）。而在癌症或免疫療法的RNA疫苗，則較多使用胜肽類，其精蛋白屬於細胞穿透式胜肽（cell-penetrating peptides），能將RNA輸送到特定目標位置。新一代的輸送系統引入奈米結構技術，優化上述各式輸送的顆粒或分子，再以不同比例搭配，能改善諸如控制RNA的釋放、降低毒性、提升效率和對組織的專一性等面向。例如脂質奈米微粒輸送系統（lipid nanoparticle-based delivery system，LNP輸送系統）藉由其結構和組成的優化，衍生出固體LNP、奈米結構脂質攜體（NLP）、陽離子脂質核酸複合體等等輸送分子。

新輸送系統開發的同時，各家廠商也紛紛建立整合式數位平台，例如美國20Med Therapeutics發展奈米顆粒聚合體平台，單步驟完成疫苗裝載和配方化，成品為乾粉狀RNA疫苗克服供應鏈困境；英國Sixfold Bioscience奈米精密藥物Mergo®平台，發展生物相容性奈米結構並應用在RNA疫苗療法；美國Elixirgen Therapeutics研發的c-srRNA作為RNA疫苗輸送媒介，可藉由溫度變化於特定位置控制RNA表現。

六、結語

RNA疫苗在設計上具備高度彈性，整體生產週期亦較傳統疫苗短，新一代RNA疫苗在數年間，於設計、製造、輸送系統都有技術上的突破，尤其AI軟體和數位化整合平台能大幅提升開發效率，未來不論在預防感染性疾病，或癌症和免疫療法上都有無窮潛力，令人期待。

註1：免疫原性（Immunogenicity）指由T細胞和B細胞的抗原識別受體，誘發產生的免疫反應。能作為抗原的分子不一定具有免疫原性。一般而言，蛋白質的免疫原性最高，其次是多糖修飾大分子，脂質跟核酸則最不容易誘發免疫原性。
註2：鍵擊化學法（Click chemistry）最早在2001年由諾貝爾化學獎得主K. Barry Sharpless提出的化學合成框架，發想自基本胺基酸分子只有20種，但不同排列組合卻可以產生眾多大分子，其概念是在常溫條件的液態環境下，讓分子快速有效地形成鍵結，並產生極少的副產物，特別適合生物分子標定反應，常見的反應如CuAAC和SPAAC。
註3：多聚腺苷酸尾分段法（poly(A) tail length segmentation），多聚腺苷酸尾位在mRNA末端，原生功能是保護mRNA免受酵素攻擊而分解。研究發現在多聚腺苷酸尾中間插入部分序列形成分段，能提高mRNA穩定度和轉譯效率。