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用mRNA生产抗体

发布时间：2025-12-27
发布人：安各洛-转载-佰傲谷BioValley


现在的mRNA技术经常被用于疫苗开发，不过万事皆有例外，mRNA的潜力不止于此。最近一组澳大利亚的研究团队认为，或许mRNA转染能从底层设计上改变抗体的生产工艺。

这项研究题为《通过mRNA转染在哺乳动物细胞中快速表达治疗性抗体》，不仅验证了mRNA作为生物制药生产平台的可行性，还展示了其相较于传统方法的具体优劣。

传统方法

目前大多数抗体药物都是在中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）中生产的。这类哺乳动物细胞能对蛋白质进行复杂的修饰（如糖基化），确保抗体具有正确的结构和功能。
然而，传统生产流程依赖于构建稳定细胞系，这个系统虽然产量高、质量稳定，但建立一个合格的稳定细胞株需要6到12个月的漫长周期，且技术复杂、成本高昂。
为了在早期研发中更快地获取少量蛋白用于测试，科学家常采用“瞬时表达”系统，比如将环状DNA（质粒，pDNA）送入细胞。这虽然比建立稳定细胞系快，但质粒需要进入细胞核才能启动生产，速度依然有限，且效率在非分裂细胞中会大打折扣，还存在基因组整合风险（可能引发突变），且表达启动较慢（通常需数小时至一天）。
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相比之下，mRNA技术提供了一种更直接的路径。与DNA不同，mRNA无需进入细胞核，只需被递送到细胞质中，即可立即被核糖体读取并翻译成蛋白质。这意味着蛋白表达可在转染后30分钟内启动，比pDNA快2–3小时。

最佳转染条件

在这项研究中，科研人员首先用编码绿色荧光蛋白（eGFP）的mRNA在CHO细胞中测试系统性能。
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研究人员首先需要解决的是最佳转染条件，通过改变mRNA和转染试剂Lipofectamine MessengerMAX的比例，研究人员同时监测三个关键指标：荧光强度、细胞存活率和转染效率。
他们发现，mRNA和转染试剂越多，蛋白表达量越高，但细胞死亡率也随之飙升。当转染试剂超过每百万细胞8微升时，无论mRNA多少，细胞存活率都跌破80%。
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在这一背景下，研究人员找到了令三个指标达到平衡的关键点——即每百万细胞使用2微克mRNA和4微升转染试剂。这个配方在最大化蛋白产量的同时，保住了细胞的健康。

质粒DNA和稳定细胞系mRNA表达的比较

在优化了mRNA用量与转染试剂比例之后，研究人员开始通过实战比较传统两种方法和mRNA转染法的优劣。
mRNA转染后30分钟，荧光信号就已亮起，强度达到峰值的44%；而pDNA要等到3-4小时才出现信号。 mRNA在6-8小时就冲到峰值，随后因蛋白降解和细胞分裂逐渐下降；pDNA则慢热得多，24小时才达峰，但表达更持久，每天只衰减20%。这说明mRNA表达在起始阶段速度更快，对于药物研发更具有时间优势。
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生产真正的抗体

为了真正检验能否生产抗体，研究人员挑选了贝伐珠单抗作为生产对象，这也是此次研究的真正核心突破，贝伐珠单抗是一种用于治疗多种癌症的人源化IgG抗体，能精准靶向血管内皮生长因子（VEGF-A）。该抗体由重链（HC）和轻链（LC）两条多肽链组成，需在细胞内正确组装并分泌。
研究人员分别合成了编码重链和轻链的mRNA，并以1:1质量比共转染CHO细胞。研究人员发现mRNA转染获得的抗体有以下特征：
①mRNA转染的抗体在24小时即可检出，72小时内快速上升。
②通过Western blot和质谱分析确认，所产抗体结构完整，包含正确的重-轻链配对，且具备正常分泌能力。虽然也出现了少量轻链二聚体（两个轻链误组装）等副产物，但主体产物完全符合预期。
相比之下，pDNA转染需48小时才开始检测到抗体，虽然其表达持续时间更长，但mRNA在早期阶段的产量更高、启动更快，特别适合需要快速响应的场景。
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实时监控整个流程

为了深入理解mRNA如何从分子转化为成品，研究团队开展了时间分辨率追踪实验，通过定量PCR、质谱和表面等离子共振（SPR）技术，精细描绘了抗体生产的动态过程。
他们同时监测三个层面的动态：细胞内mRNA含量、细胞内蛋白含量、以及分泌到体外的蛋白量。
0-30分钟：mRNA被快速摄入细胞，含量达到峰值。
30分钟-12小时：mRNA被迅速翻译，细胞内的抗体链蛋白开始积累。
3小时-48小时：组装好的完整抗体被分泌到细胞外，产量持续上升。
通过数学建模（延迟Gompertz模型），他们估算出从mRNA进入细胞到成熟抗体分泌的平均延迟仅为1.7小时，也就是说细胞接收指令后不到两小时，就吐出了第一批成品。这充分体现了mRNA系统的高效与迅捷。
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优势与劣势总结

优势1安全性：
由于mRNA不进入细胞核、不整合基因组，彻底消除了插入突变的风险，这对监管审批和患者安全是巨大加分项。
优势2精准调控：
由于输入mRNA剂量与输出蛋白量呈正比关系，通过调整mRNA的剂量或进行多次转染，可以精确控制蛋白产量和时间，实现“按需生产”。
优势3极速响应：
虽说一旦最初的转染mRNA库耗尽，产量就会下降。但mRNA的“一次性”特性恰好适合生产一些极端案例如：稳定表达的复杂蛋白（例如测试成千上万种候选抗体）、应对突发传染病（快速生产中和抗体）或生产毒性蛋白（短暂表达，避免伤害细胞）。
优势4过程纯净：
由于瞬时表达时间短，产生的杂质和代谢副产物相对较少，可能简化后续的纯化工艺。
当然mRNA瞬转的劣势也非常明显。目前mRNA在细胞内会被自然降解，导致蛋白表达是短暂爆发型而非长期持续型，总产量目前可能还难以与成熟的稳定细胞系匹敌。此外，大规模生产高质量mRNA的成本仍需降低。
研究人员认为：通过优化mRNA序列设计（如使用修饰核苷酸增加稳定性）、开发新型递送材料、以及改进细胞培养工艺，完全有潜力进一步提升产量和延长表达时间。
参考来源：
Chavalparit, T., Barry, C., Gunter, H., Gillard, M., Mercer, T., & Marcellin, E. (2026). Rapid expression of therapeutic antibodies in mammalian cells via mRNA transfection. mAbs, 18(1). https://doi.org/10.1080/19420862.2025.2599584


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