技术突破有望让疫苗厂商在不到一个月的时间内生产10亿剂

通过打开细胞膜，美国西北大学的合成生物学家发现了一种新的方法，可以将基于蛋白质的疫苗产量提高五倍，从而大大拓宽了获得潜在救命药物的途径。今年2月，研究人员推出了一个新的生物制造平台，可以直接在医疗点快速制造出品质稳定的疫苗，确保它们不会因为运输或储存中遭遇环境条件问题而被浪费。

在新的研究中，该团队发现用细胞膜富集无细胞提取物，这是一种制造结合疫苗所需的成分，可以极大地提高了其冻干平台的产量。

这项工作为快速制造药品创造了条件，以每天每升40000剂、每剂成本约为1美元的速度解决不断增加的抗生素耐药菌以及新病毒。按照这个速度，该团队可以使用一个1000升的反应器（大约是一个大花园垃圾袋的大小）每天产生4000万剂量，这意味着可以在不到一个月的时间内制作10亿份。

"在COVID-19大流行的时代，我们都意识到能够在我们需要的时候和地点制造药品是多么重要，"领导这项研究的西北大学的迈克尔-朱伊特说。"这项工作将改变疫苗的制造方式，包括用于生物准备和大流行病应对"。

这项研究将于2021年4月22日发表在《自然通讯》杂志上。

Jewett是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是西北大学合成生物学中心的主任。Jasmine Hershewe和Katherine Warfel都是Jewett实验室的研究生，是该论文的共同第一作者。

这个新的制造平台--称为体外结合疫苗表达（iVAX）--是通过无细胞合成生物学实现的，在这个过程中，研究人员去除细胞的外壁（或膜）并重新利用其内部机器。然后，研究人员将这些被重新利用的机器放入一个试管，并将其冷冻干燥。加水会引发化学反应，激活无细胞系统，把它变成催化剂，从而在需要的时候和地方制造可用的药物。该平台可保持6个月或更长时间的药品稳定性，消除了对复杂供应链和极端冷藏的需要，使其成为偏远地区或低资源环境的有力工具。

在之前的一项研究中，Jewett的团队使用iVAX平台生产共轭疫苗来预防细菌感染。他们重新利用大肠杆菌的分子机器，在一小时内制成一剂疫苗，每剂疫苗的成本约为5美元。

"Jewett说："这还是太贵了，而且产量也不够高。"我们设定的目标是达到每剂1美元，并在这里达到了这个目标。通过提高产量和降低成本，我们认为我们可能能够促进更多的人获得拯救生命的药物。"

Jewett和他的团队发现，达到这一目标的关键在于细胞的膜，在无细胞合成生物学中，膜通常被丢弃。当被拆开时，膜会自然地重新组合成囊泡，即携带重要分子信息的球形结构。研究人员对这些囊泡进行了表征，发现增加囊泡的浓度可用于制造蛋白质疗法的组件，如结合疫苗，其工作原理是将一个糖单元--这是一个病原体所特有的--附着在载体蛋白质上。通过学习识别该蛋白质为外来物质，身体知道如何在再次遇到它时启动免疫反应来攻击它。

然而，将这种糖连接到载体蛋白上是一个困难而复杂的过程。研究人员发现，细胞膜含有使糖更容易附着于蛋白质的机制。通过用这种膜结合的机械来丰富疫苗提取物，研究人员大大增加了可用疫苗剂量的产量。

研究报告的共同作者Neha Kamat说："对于各种生物来说，接近30%的基因组被用来编码膜蛋白，"他是麦考密克大学生物医学工程的助理教授和细胞膜专家。"膜蛋白是生命的一个真正重要部分。通过学习如何有效利用膜蛋白，我们可以真正推进无细胞系统。