对话(0)
斯宾塞洛厄尔
蓝色的
这是一场全球性的流行病实现疫苗学历史上最重要的进步之一:广泛、商业化部署源自核酸的疫苗。在撰写本文时，数亿美元已经有一半的人接种了SARS-CoV-2疫苗，这种病毒会导致COVID-19。大部分的镜头都是辉瑞-BioNTech而且现代化这两种疫苗都属于信使RNA疫苗。
mRNA疫苗是几十年前构思出来的，但在大流行期间首次向公众发布，到目前为止，它兑现了自己的承诺。辉瑞和Moderna疫苗已被证明对新型冠状病毒的有效率约为95%。此外，这种疫苗可以相对容易地针对病毒的新变种进行调整，而且它的生产不依赖于难以快速大量生产的物品。然而，在过去的六个月里，信使rna疫苗的一些缺点也被广泛注意到:它们依赖于深度冷冻的供应链和储存，并且它们会产生严重的副作用，如发烧、发冷和肌肉疼痛。
因此，人们对另一种核酸疫苗寄予厚望，这种疫苗利用DNA而不是信使rna。dna疫苗具有信使rna疫苗的大部分优点，但它们不会产生明显的副作用，而且最重要的是，它们不需要冷藏。这些特性可以使这些疫苗成为农村和资源匮乏地区的福音。“如果我们真的必须为70亿人接种疫苗，我们可能只需要所有可能的技术，”他说玛格丽特·刘，董事会主席国际疫苗学会．
Inovio公司的设备使用一种叫做电穿孔的技术，将DNA疫苗潜入细胞。Inovio公司负责研发的高级副总裁凯特·布罗德里克(Kate Broderick)多年来一直在研究这项技术，但疫情为加速开发提供了动力和资金。斯宾塞洛厄尔
然而，DNA疫苗面临着重大挑战。在许多人体研究中，当用普通的皮下注射针注射时，它们充其量只能产生微弱的免疫力。但是，如果一家由美国国防部支持的雄心勃勃的宾夕法尼亚州小公司在临床试验中取得成功，那么由一种新的递送技术实现的DNA疫苗可能很快就会加入对抗COVID-19和许多其他病毒性疾病的战斗。
该公司,Inovio制药该公司正在使用一种被称为电穿孔的技术，即在皮肤上施加电脉冲，短暂地打开细胞中的通道，让疫苗进入。在标准的疫苗注射后，Inovio公司的电穿孔装置，看起来像一个电动牙刷，紧贴着皮肤。按下一个按钮，一个微弱的电场脉冲进入手臂，打开通往细胞的通道。该工具为DNA疫苗在人类身上发挥作用提供了推动力——至少该公司是这么说的。这是一个生物学问题的工程解决方案。
考虑到海外作战人员，美国国防部(DOD)支持Inovio公司与美国的合作方式7100万美元合约以扩大其电穿孔装置的制造规模，并未披露金额涵盖2期和3期研究该公司的COVID-19疫苗。还有比尔和梅琳达·盖茨基金会给了公司500万美元这是促进公平获得COVID-19疫苗的努力的一部分。
Inovio目前正在完成第二阶段的研究，这些研究正在美国和中国相对较小的人群中测试疫苗的安全性和有效性，结果即将出炉。与此同时，该公司加大了生产力度，计划如果疫苗成功，将向全球人口供应数亿剂COVID-19疫苗。
但问题是:电穿孔工具对Inovio公司的疫苗至关重要，但它也增加了一层并发症。这既是有利因素，也是不利因素。Inovio不仅要生产疫苗，还要生产设备及其一次性针头。任何计划使用Inovio疫苗的接种站点不仅需要这种设备，还需要知道如何使用它的人。公众必须建立对新机构的信任。所有这一切都将发生在一场大流行，以及以猖獗的错误信息和在某些地区不愿接种疫苗为特征的疯狂疫苗推广期间。
在这样的背景下，用电动设备让大规模疫苗接种复杂化的想法遭到了质疑。“这不是接种疫苗的标准方法，”他指出约翰•摩尔他是纽约市威尔康奈尔医学院的免疫学家。他说，这种技术可能会起作用，但“它有多实用完全是另一个问题。”
无论是怀疑论者还是监管机构提出的严厉问题，都没有阻止Inovio的脚步。此外，尽管该公司在其他疾病领域进行了十多年的研发，但迄今尚未将DNA疫苗推向市场。现在可不是正常时期。冠状病毒推动了许多其他新技术、药物和疫苗进入主流，并在此过程中创造了大量的商业成功故事。Inovio公司押注，其技术将跻身大流行时代的精英赢家之列。
Nucleic-acid-based疫苗几十年来一直吸引着科学家们，因为它们可以快速设计和容易制造。这些疫苗通常由DNA(携带生物体遗传密码的双链分子)或信使RNA(信使RNA，一种与DNA互补的单链分子，携带DNA合成蛋白质的指令)制成。DNA和mRNA疫苗可以被认为是指示细胞从病毒中产生特定蛋白质的蓝图，从而引发免疫反应。
Inovio公司的疫苗含有一段编码产生冠状病毒蛋白质的DNA片段。如果之后身体接触到真正的病毒，免疫系统就会识别出这种蛋白质并发起防御。DNA首先在细菌细胞中扩增(上)，然后纯化(下)。斯宾塞洛厄尔
在制造核酸疫苗的过程中，科学家首先对病毒的基因组进行测序。接下来，他们找出了人体免疫系统最重要、最易识别的蛋白质。然后他们制造DNA或信使rna来编码这种蛋白质的生产，并将其制成疫苗。这种遗传物质被注射到体内，附近的细胞接受它，并开始按照它们的新指令制造病毒蛋白质。对免疫系统来说，这看起来像病毒感染，它会做出反应。现在，一旦真正的病毒出现，免疫系统已经做好了攻击的准备。
改变核酸疫苗的设计就是就像插入新代码一样简单．当面对频繁变异的病毒时，这是非常重要的。事实上,一些高传染性SARS-CoV-2变种这种导致COVID-19的病毒已经在全球出现，科学家警告说，目前可用的疫苗对其中一些病毒的效果可能较差。
尽管核酸疫苗很有吸引力，但在大流行之前，没有一种疫苗被医疗监管机构批准用于人类商业用途。事实上，大多数以核酸为基础的疫苗都没有通过中期临床试验。问题是:人类细胞不容易吸收外来DNA或mRNA。注射后，大部分疫苗在体内保持惰性，最终分解，不会引起太多的免疫反应。
信使rna疫苗的开发人员最近通过用化学物质包装疫苗解决了这个问题。在一种方法中，研究人员将mRNA包裹在称为脂质纳米颗粒的脂肪液滴中，这些脂肪液滴与细胞膜融合，帮助疫苗进入细胞膜。
BioNTech、Moderna等公司CureVac当COVID-19大流行来袭时，他们正在测试针对其他病毒的各种mRNA疫苗。市场压力和来自政府的数十亿美元帮助企业迅速完成了这项工作。BioNTech公司与辉瑞公司(Pfizer)合作开发的mRNA疫苗率先在美国和欧洲上市，随后Moderna公司也很快推出了该疫苗。
但是用于mRNA疫苗的传递策略还没有适用于DNA疫苗。这一挑战导致了创造性开发的涌现，并最终采用了电气工程方法。
第一批人类研究20世纪90年代中期开始的DNA疫苗的研究“完全失败”，他说凯特·布罗德里克他是Inovio公司研发部门的高级副总裁。疫苗只是没有引起太多的免疫反应．“这是一个很大的惊喜和失望，”他补充道杰弗里·乌尔姆去年之前，他一直是制药巨头葛兰素史克(GSK)临床前研发部门的负责人，现在是一名行业顾问。他说:“尽管在各种动物模型中针对各种不同的疾病目标获得了非常好的数据，但似乎并没有转化为人类。”
问题是让DNA这种大分子不仅能穿透细胞外层，还能穿透核膜进入细胞核。与mRNA疫苗不同的是，mRNA疫苗只能在细胞核外的部分细胞内发挥作用，DNA疫苗只能在细胞核内发挥作用。一些研究人员推断，DNA疫苗在小动物身上效果很好，因为注射针产生的压力破坏了周围的许多细胞，让DNA分子进入。但在较大的人体中，针头产生的压力相对较小，吸收疫苗的细胞也更少。
因此，科学家们开始试验更多的物理方法来输送疫苗，增加细胞摄取。他说:“这是常识:你不会说‘请打开一扇小窗户，让我进去’，而是会采取暴力手段，破门而入。山陆他是马萨诸塞大学医学院的免疫学家。
为此，研究人员设计了各种创造性的方法，将疫苗从物理上强行送入体内。他们尝试了声波手术，利用声波渗透细胞外层，以及加压注射，通过突然释放的能量推动活塞输送狭窄的高压液体流。他们用微冲击波进行了实验，电极产生的火花引起微爆炸，发出一波能量，迫使疫苗在没有针的情况下穿过皮肤。他们尝试了基因枪，将dna包裹的金颗粒推进到细胞中，并将含有疫苗的微针设计成皮肤补丁。
Inovio最新的设备Cellectra 3PSP目前在Inovio位于圣地亚哥的工厂生产。手持的Cellectra在一次电池充电后可以提供大约100个剂量。它的电极管理一系列电脉冲，使附近的细胞打开通道，疫苗可以通过这些通道进入。斯宾塞洛厄尔
在所有这些竞争者中，电穿孔技术尤其有前景。美国国防部高级研究计划局(DARPA)的生物技术项目经理艾米·詹金斯(Amy Jenkins)说:“电穿孔技术可以说是一种技术，它让DNA疫苗真正重新成为一种可以部署的技术。”该机构投资了基于mRNA和DNA的疫苗。
研究人员已常规使用电穿孔几十年在实验室里把遗传物质转移到细胞里。医生们还使用了高压电穿孔术来分解人体的癌变肿块作为手术技术的一部分。所以让它适应疫苗并不是一个激进的步骤。
Inovio最新的电穿孔设备，Cellectra 3PSP，是手持和电池操作。由于电池的限制，它一次充电可以提供大约100剂，使用寿命约为5000次。每次使用都需要一次性的小费。与更传统的疫苗一样，注射部位是上臂。疫苗接种开始于皮内注射疫苗剂量——只在皮肤深处注射。然后，将Cellectra设备的尖端压在皮肤上，直接压在拍摄位置的上方。长度约为3毫米的电极发出4个方波电脉冲，每个脉冲持续42毫秒，电流为0.2安培。
根据一项研究，接受者会感到短暂的刺痛，类似于人们打流感疫苗时的疼痛程度临床研究Inovio。在0到10分的疼痛评分中，受测人平均给它打了2.5分——尽管这种感觉据说更像是嗡嗡声，而不是枪响时的刺痛和压力。
脉冲使附近的细胞暂时打开通道，疫苗可以通过这些通道进入。一旦电脉冲结束，这些通道就会关闭。“现在这种DNA分子被困在细胞内，”Inovio公司的布罗德里克说。她解释说，然后DNA“就像密码一样，所以你的细胞就变成了生产疫苗的工厂。”电穿孔一般是10到100倍的效率马萨诸塞大学的卢教授说，这种疫苗在引发免疫反应方面的效果，与仅用传统针头注射相同的DNA疫苗不同。
在过去的十年里，Inovio的DNA疫苗都经过了测试预防艾滋病毒、埃博拉病毒、中东呼吸综合征、拉沙热和人类乳头瘤病毒(HPV)，每一种都是通过某种形式的电穿孔产生的。Broderick说，总共有3000多人接受了Inovio公司的一种电穿孔药物，主要是通过1期和2期研究。
在一期研究涉及40名志愿者在美国，Inovio公司的COVID-19疫苗分两剂接种，被证明是安全的，并产生了免疫反应。这些结果并没有告诉我们疫苗在现实生活中对COVID-19的保护效果如何。在目前正在进行的美国400名志愿者的第二阶段研究完成后，这一点将更加明确。该公司还在中国开展第二阶段研究，共有640名志愿者参加与生物技术公司阿德旺生物制药苏州有限公司合作。让疫苗商业化
在大流行期间，一些疫苗开发人员一直在将临床试验的不同阶段联系起来，以加快这一进程。但Inovio不能开始第三阶段试验在美国还没有——首先它必须回答美国食品和药物管理局关于Cellectra 3PSP设备的问题。9月，FDA通知Inovio公司临床举行在试验中，当审查人员发现药物开发商尚未解决的安全或产品质量问题时，fda会使用这一策略。Inovio公司的疫苗带有一个独立的新设备，因此需要FDA设备审查人员进行额外的独立监督丹尼斯Klinman他曾是FDA的疫苗高级审查员，现在是一名顾问。他说，额外的设备疏忽可能是临床搁置的原因。
Inovio表示，它计划使用第二阶段研究的数据回答FDA的问题，但它不愿透露该机构询问的具体细节。布罗德里克说:“这与该设备在临床中的安全性或使用无关。”“我们需要澄清的更多是后勤方面的问题。”
除了Inovio之外，至少还有三家公司Genexine，说:,OncoSec-正在进行针对COVID-19的电穿孔DNA疫苗的人体研究。其他公司，如Ichor医疗系统而且IGEA临床生物物理学他们开发了电穿孔设备，并将其授权给制药公司，用于提供针对其他疾病的DNA疫苗。然而，并不是所有人都认为电穿孔技术是DNA疫苗的解决方案。一些组织继续研究替代交付方法，希望对大流行的兴趣激增也能推动他们的战略走到终点。
在Inovio公司的两步流程中，DNA疫苗首先通过注射器注射。然后，Cellectra设备被压在皮肤上进行细胞电穿孔。斯宾塞洛厄尔
介绍一种新的、不熟悉的设备疫苗接种过程，特别是在大流行期间，无疑会带来后勤方面的挑战。这些设备必须大规模生产和交付，这将增加疫苗的成本。医务人员必须经过操作Cellectra的培训。额外的步骤(注射后的电击)为每次疫苗接种增加了时间。考虑到人们已经在数千英里长的汽车队列中排队接种COVID-19疫苗，这些不便并非微不足道。
威尔康奈尔大学的免疫学家摩尔说:“我不知道(Inovio公司的疫苗)是否会在这次大流行期间被使用。”他说:“它不是最有效的，也是最不方便执行的，所以最终人们会用脚投票，或者用手臂投票。”国际疫苗学会的刘补充说:“我们在美国甚至没有足够的受过培训的人来进行足够的注射器注射。”她说，用一种新的设备和新的管理方法使事情复杂化“将很难做到”。
还有一个问题是消费者是否能接受一种不熟悉的、能刺激皮肤的设备。他说:“我认为这款设备存在一个更大的问题，不是从物流角度，而是从营销角度。布鲁斯·古德温他目前在美国国防部化学、生物、辐射和核防御联合项目执行办公室(JPEO-CBRND)领导生物技术的研究。“一个(看起来)基本上是声纳器和电击枪的混合体的设备不一定是公关人员希望推出的那种设备，除非没有其他选择。”
斯宾塞洛厄尔
另一方面，目前可用的COVID-19疫苗无法覆盖世界大部分地区。辉瑞公司和Moderna公司的疫苗最初需要运输和储存在冰柜中- - - - - -80°C和-25°C,分别。(今年2月，辉瑞公司修改了其储存指南，允许在
-25°C长达两周。)新冠病毒疫苗是由强生公司，阿斯利康,诺瓦瓦克斯公司以及部署在中国而且俄罗斯不需要超冷的冰柜，但都需要冷藏。
在世界上许多贫穷和偏远的地区，这种复杂的冰箱或冰柜供应链根本不存在．即使在更加发达和城市化的国家，事故的故事也比比皆是。温度控制差变质12000剂在去密歇根的路上不插电的冰柜杀死2000剂在马萨诸塞州的一家医院德克萨斯州大面积停电停止交货这让官员们手忙碌碌地在它们变质之前发放数千剂疫苗。
一种可以在室温下储存的疫苗将避免这些陷阱，并“极大地促进疫苗在全球的分发，”葛兰素史克公司的前研究员Ulmer说。“这是一个很大的优势。”Inovio公司表示，该公司的疫苗在约19°C至25°C的室温下可以稳定一年，在炎热的气候下至少可以稳定一个月。
辉瑞和Moderna的mRNA疫苗也会引发类似流感的副作用，如发烧、发冷、头痛、肌肉疼痛、恶心和疲劳。他说，其中一些反应非常强烈芭芭拉Felber他是美国国家癌症研究所疫苗分部的高级研究员。例如，在获得信使rna COVID-19疫苗的几个小时内，费尔伯25岁的儿子在公寓里裹着所有的毯子时从头到脚都在发抖。费尔伯说:“他的反应非常糟糕，我们整晚都在和他通电话。”当然，大多数人不会有这种反应，她补充说，副作用是短暂的。她强调说:“有(副作用)总比被SARS-CoV-2感染要好。”
美国疾病控制和预防中心(CDC)通过一种名为“新冠疫苗”的智能手机工具跟踪COVID-19疫苗的不良事件
v安全，接受者可以使用它来自我报告他们的症状。大约25%的参与者报告在接种第二剂辉瑞疫苗后出现发烧，42%的人报告头痛。费尔伯说:“我还没有听说过任何一个用电穿孔法进行DNA注射的人会有这些副作用。”
Inovio公司的研发主管布罗德里克说，对于该公司的DNA疫苗，唯一的副作用是注射部位会有短暂的嗡嗡感。
DNA疫苗的好处再加上生产简单，每剂成本低，足以说服国防部在大流行早期对Inovio进行大量投资。2020年6月，该机构授予7100万美元，用于扩大用于COVID-19疫苗的Cellectra设备的生产。国防部还将为Inovio公司临床试验的二期和三期研究买单妮可·多西他是国防部JPEO-CBRND的技术选择和评估主任，负责监督资金。她说:“电子穿孔装置可能是DNA疫苗中不太吸引人的部分，”但部署它比在海外维持冷链运输要容易得多。
对于军方来说，一种新设备的后勤保障似乎相当容易。JPEO-CBRND使能生物技术项目的首席技术官克里斯·恩哈特(Chris Earnhart)说:“试图将这些(Cellectra) 3PSP设备推广给每家沃尔格林的3亿人，每个角落的人，这是一个后勤问题，可能是无法解决的。”“在国防部的情况下，这很容易解决，因为我们有一个非常具体的人群，而且数字更低。”
即使Inovio公司的技术和疫苗在这次大流行期间没有被民用世界采用，从长远来看，它们可能会被证明是有用的。恩哈特说:“我们现在进行的投资与COVID应对有关，但在很多方面，我们也在为下一次事件做准备。”“这可能是一场生物战事件，也可能是另一场流行病爆发。”
也许是时候进行技术升级了。Inovio公司的布罗德里克指出，1650年左右，人们第一次开始通过注射器给药，当时鹅毛被用作针。“这实际上是一种非常过时的模式，”她说。“在这个时代，我们口袋里的计算能力比去月球的东西还强，我们应该对提供疫苗的新技术持开放态度。”
本文发表在2021年6月的印刷版上，题为“电动疫苗”。
