聚零为整——新近诺奖技术mRNA及小核酸药物研发中的整合妙用

与传统的小分子药物和抗体药物相比，核酸药物具有设计简便、研发周期短、靶向特异性强、治疗领域广泛和长效性等优点，目前在遗传疾病、肿瘤、病毒感染等疾病的治疗上应用广泛。其实在近两年生物医药行业蜚声全球的Fierce 15榜单中，包括RNA、siRNA、基因编辑在内的多种核酸药物研发企业入榜，由此可见，包括mRNA、小核酸药物在内的核酸药物已成为全球药物研发的前沿领域。

核酸药物是指核苷酸形成的有医学作用的大分子，主要在基因水平上发挥作用。广义的核酸药物包括mRNA药物、小核酸药物、基因编辑药物以及DNA药物。目前mRNA和小核酸药物发展成熟，已有多款上市产品，并且应用于不同的适应症。而基因编辑在干细胞治疗、遗传性疾病等方面的很多临床前研究中也展现出了许多重大突破，具有巨大的应用前景。

按照核酸药物研发流程，核心技术分为序列设计、化学修饰和递送。其中首要的核心技术在于高效准确地获得有效的特异性作用分子序列；另一个核心技术是核酸药物的递送，能够增强分子稳定性和靶向能力，降低给药剂量和毒副作用。

对于mRNA药物来说，编码序列和非编码序列都需要进行优化，优化编码序列可以提高mRNA的翻译效率，优化非编码序列除了可以增加mRNA的稳定性，也可以增加mRNA翻译效率。对于小核酸药物来说，其靶向目标在于细胞内的特异性RNA片段，因此其序列对mRNA表达水平的上调或下调会显著影响药物的有效性。但是鉴于靶点基因序列的多样性与复杂性，筛选合适的核酸片段需要花费大量的时间和人力。目前已经有越来越多的实验室采用自动化高通量的手段来完成大量的筛选和DOE实验，丹纳赫生命科学旗下贝克曼库尔特生命科学的自动化工作站可以整合各类操作设备和分析型设备，完成核酸药物研发过程中的大通量实验。

构建质粒是mRNA药物制备的第一步，通常来说质粒构建是生物实验过程中极为基础但又繁琐的操作，丹纳赫生命科学自动化质粒构建系统基于贝克曼库尔特生命科学Biomek i7自动化工作站，整合美谷分子仪器的QPix微生物克隆筛选系统、SepctraMax i3x多功能酶标仪、贝克曼库尔特生命科学的Echo 252纳升级声波移液系统以及高速冷冻离心机、电动PCR仪、在线震动培养箱、耗材供给系统等，可实现质粒构建实验中PCR扩增、连接、转化、克隆挑选、质粒抽提等各项操作的全自动化流程。

丹纳赫生命科学自动化质粒构建整合方案

高通量自动化分子检测系统

mRNA分子的制备以质粒为起点，需要进行质粒线性化、转录，再对分子进行加帽加尾等修饰。另外，mRNA以及小核酸的不同序列需要在研发阶段进行大量的细胞学实验，从而筛选优化序列。贝克曼库尔特生命科学的Biomek i7自动化工作站整合美谷分子仪器的SepctraMax i3x多功能酶标仪、ImageXpress Confocol HT. ai高内涵成像系统、贝克曼库尔特生命科学的ViCELL-BLU细胞计数及活率分析仪以及CytoFLEX流式细胞仪，可完成高通量自动化的质粒线性化、转录、核酸纯化、细胞转染、转染效果评估等大量的实验和操作。

另外，对于核酸药物的传递，脂质纳米颗粒(LNP) 是目前临床上成熟和先进的递送载体，具有较高的可行性，而且两款已经上市的mRNA产品均是以LNP作为递送系统。但是，LNP需要通过优化合成设计以解决其自身毒性及容易聚集和泄露等问题。其中核酸、阳离子脂质、非阳离子脂质、缀合脂质以及各成份的比例需要自动化流程和足够的专业知识来进行高通量筛选和测试。贝克曼库尔特生命科学的Biomek i7自动化工作站可进行高通量的LNP组分配比研究，快速筛选合适的LNP比例，而且以上的mRNA分子制备及核酸药物序列筛选系统亦可进行LNP组分配比研究。在同一套自动化整合系统中完成核酸药物研发过程中的从质粒线性化到多因子细胞转染实验到LNP的组分配比研究，不仅可以加快研发速度，还能减少DOE多步骤手动操作中的人工误差，提升效率。

丹纳赫生命科学拥有mRNA药物从研发、表征到质控的一些列方案。