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从专利角度看新冠疫苗研发

作者:     文章出处:      本网发布时间:2021-4-12 6:27:00


从专利角度看新冠疫苗研发

发布时间:2021/3/3117:26:12来源:中国知识产权报/国家知识产权战略网

  控制传染性疾病最主要的手段就是预防,而接种疫苗被认为是最有效的措施。新冠病毒对全球经济发展和人类生命安全造成的影响及威胁是前所未有的,研发针对新冠病毒的疫苗成为疫情防控的重要工程。本文就疫苗的定义、目前新冠疫苗的研制思路及特性等问题,从专利角度对新冠疫苗的研发之路做出剖析。

  疫苗一般分为两类:预防性疫苗和治疗性疫苗。新冠疫苗属于比较常见的预防性疫苗,根据性质特点的不同,可分为减毒活疫苗、灭活疫苗、联合疫苗和基因工程疫苗。根据技术研发方式的不同,基因工程疫苗又可分为重组病毒载体疫苗、重组蛋白/亚单位疫苗、病毒样颗粒疫苗及核酸疫苗等几类。减毒活疫苗是指病原体经过一定处理后,毒性亚单位的结构改变,毒性减弱,但结合亚单位的活性保持不变,即保持了抗原性的一类疫苗。灭活疫苗是指先对病毒或细菌进行培养,然后通过加热或化学试剂等方式将其灭活。联合疫苗是指含有二个或多个活的、灭活的生物体或者提纯的抗原,由生产者联合配制而成,用于预防多种疾病。基因工程型疫苗是用基因工程方法或分子克隆技术,如分离出病原的保护性抗原基因制成疫苗。

  创新研制思路

  目前新冠疫苗的研究不断升温,专利申请量数据每日均在上升。作者就2020年10月31日前的专利申请情况统计分析后发现,占比最多的是重组蛋白/亚单位疫苗(29件),其次是核酸疫苗(14件),病毒样颗粒疫苗(3件)申请量最少。

  重组蛋白/亚单位疫苗指的是将某种病毒的目的抗原基因构建在表达载体上,将已构建的表达蛋白载体转化到细菌、酵母、哺乳动物或昆虫细胞中,在一定的诱导条件下,表达出大量的抗原蛋白,通过纯化后制备的疫苗。新冠病毒重组蛋白/亚单位疫苗的研发技术点主要在于表位及抗原蛋白的改进。中国人民解放军军事科学院军事医学研究院开发出一种新冠病毒N蛋白的T细胞表位,发现片段12~20,49~57,104~112,127~135具有T细胞表位作用,可用于SARSCoV2疫苗的研发(公开号:CN111440229A)。通过类似的原理,还开发出基于包含S蛋白抗原区(公开号:CN111732638A)或S蛋白、N蛋白及开放读码框1ab(ORF1ab)蛋白抗原区(公开号:CN111647053A)的免疫原性增强的亚单位疫苗。对于重组蛋白/亚单位疫苗技术研发,科研人员主要针对S蛋白和融合蛋白的改进。

  核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)直接导入动物体细胞内,并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。新冠疫苗的研制思路,主要也是将冠状病毒的刺突糖蛋白S、跨膜蛋白E、膜糖蛋白M等作为靶点进行疫苗的设计。例如艾立克北京生物科技有限公司发现,介导新冠病毒进入宿主细胞的S蛋白所包含的、负责与宿主细胞受体结合的功能性亚基S1与抗原辅助序列融合而成的融合抗原蛋白,其编码DNA序列发挥出优异的DNA疫苗免疫作用(公告号:CN111533812B)。此外,还有对抗原本身进行改进,如将传统新冠病毒RBD序列N1位的糖基化天冬酰胺删除,在保持功能性和抗原性的基础上增加抗原的表达水平(公开号:CN111569057A)。

  简单地说,病毒载体疫苗就是利用某种病毒作为载体来递送抗原。新冠病毒载体疫苗中采用的载体主要是腺病毒载体。新冠疫苗专利主要技术手段在于采用E1、E3联合缺失的复制缺陷型人5型腺病毒为载体制备相应的疫苗(公告号:CN111218459B)。此外,其他还有采用rAAV和Sad23L/Ad49L等腺病毒载体进行疫苗研制的。

  病毒样颗粒(virus-likeparticles,VLPs)是由病毒单一或多个结构蛋白自行装配而成的高度结构化的蛋白质颗粒。目前建立多基因共表达载体的难度较大,病毒颗粒的组装效率也较低。新冠病毒的病毒样颗粒疫苗研发专利较少,采用的病毒基因或抗原片段主要有黄瓜花叶病毒CuMVTT基因(公开号:CN111303255A)、乙型肝炎病毒核心抗原HBcAg(公开号:CN111620952A)及流感病毒基因等。

  减毒和灭活疫苗属于比较传统的疫苗类型。灭活疫苗的制备主要采用弱病毒株(公开号:CN111437384A)或采用高效价病毒株(公开号:CN111763659A)两种技术思路,获得病毒后采用福尔马林或β-丙内酯等试剂进行灭活。此外,北京生物制品研究所有限责任公司还提出了一种新冠病毒Vero细胞灭活疫苗病毒液的生产方法,其贡献在于提供了一种应用篮式反应器(公开号:CN111662881A)。目前,对于新冠病毒减毒/灭活疫苗的研发主要改进点在新病毒株筛选及灭活方法上。灭活疫苗的研发历史比较悠久,技术也相对比较成熟。

  解决两大难题

  对疫苗研发来说,首先要考察的就是疫苗的安全性,安全性是研发得以继续的基础。具体而言,首当其冲要考虑是否会出现ADE效应(Antibody-DependentEnhancement,抗体依赖感染增强效应)。所谓ADE就是指某些病毒特异性抗体与病毒结合后,结合了病毒的抗体可通过其抗体Fc片段与某些表达FcR的细胞结合从而介导病毒进入这些细胞,进而增强了病毒的感染性。发生ADE效应的原因往往在于抗体效价低或产生了非中和抗体。在体外试验中显现出ADE效应有SARS-CoV、MERS-CoV病毒。新冠病毒与SARS-CoV同源性较近,因此评估新冠疫苗发生ADE效应的潜在风险是非常重要的。以核酸疫苗为例,由于向人体内导入了外源的质粒基因组,因此自身免疫系统容易启动自我防御,产生抗DNA/mRNA抗体,严重的甚至会诱生自身免疫疾病。疫苗在体内留存时间越长,产生上述不良反应的可能性越大,因而,评估疫苗的起效时间及留存时间显得尤其重要。灭活疫苗在我国目前应用最广,灭活疫苗中抗原不具有毒力,因此使用比较安全,疫苗接种的副作用相对较少。

  确定疫苗安全性后,进一步考察的就是疫苗的有效性。如果疫苗无法诱导人体产生抗体用以抵抗病毒,那么即使其对人体无任何危害作用,也违背了疫苗的研制初衷。对绝大多数重组蛋白疫苗来说,其靶向的主要为冠状病毒外壳上的S蛋白,而由于冠状病毒属于RNA病毒,其S蛋白容易发生突变。如果病毒外壳S蛋白发生变异,重组蛋白疫苗就可能无法靶向病毒蛋白诱导人体产生免疫,这也是许多在研疫苗最终以失败告终的原因。因此,科研人员需要持续监控新冠病毒抗原表位的变异情况。有效的疫苗在激发体液免疫的基础上还需要激发特异性的、有效的T细胞免疫应答,单一的体液免疫产生的免疫效果维持时间往往比较短。这就意味着疫苗能产生中和抗体并不等同于疫苗对人体产生了保护作用。

  目前,我国有五款新冠疫苗获批附条件上市或者是获准了紧急使用,其中灭活疫苗已经被印度尼西亚、阿联酋等国引入使用。在新冠疫苗的研发路上,我国取得这一成果实属不易。我国疫苗的上市也为全球最终战胜疫情注入了信心。作者相信,在全国人民的努力下,疫情的阴霾终将散去。

  (陈萍王雅倩作者单位:国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心)


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