大約一年前，除了少數科學家和公司之外，幾乎沒有人聽說過 mRNA 疫苗。今天，數百萬人將希望寄託在這些基於基因的免疫接種上，這些疫苗已成為對抗新冠疫情的中心舞臺。但製造疫苗所需物資和材料的短缺可能會導致大範圍的短缺，一些科學家表示。
首批 mRNA 新冠疫苗於 12 月開始運抵美國和其他幾個國家的醫院。一個首要問題是，製造這些疫苗的公司如何快速擴大生產規模以滿足全球需求。這是 mRNA 疫苗首次在臨床試驗之外獲得授權使用。它們的工作原理是誘騙人體自身的細胞製造一種病毒蛋白，從而引發針對感染的免疫反應。美國迄今已緊急授權兩種新冠疫苗——分別由製藥公司輝瑞和 BioNTech 以及生物技術公司 Moderna 生產——這兩種疫苗都依賴於 mRNA。第三家名為 CureVac 的公司總部位於德國蒂賓根，目前有一種 mRNA 疫苗正處於後期臨床試驗階段。特朗普政府在 12 月下旬與輝瑞達成協議，到 7 月底向美國額外提供 1 億劑疫苗——是政府最初訂購量的兩倍。輝瑞及其合作伙伴 BioNTech 計劃明年在全球生產和分銷 13 億劑疫苗。Moderna 計劃生產 5 億至 10 億劑疫苗，其中 2 億劑已分配給美國。
實現這些目標絕非易事。“世界上沒有任何設施以前如此大規模地生產過 mRNA，”休斯頓貝勒醫學院和德克薩斯兒童醫院的病毒學家瑪麗亞·埃琳娜·博塔齊說。輝瑞和 Moderna 一直在建立供應網路，以從臨床生產轉向大規模生產。但生產過程的每個步驟都需要原材料，在新冠疫情之前，這些原材料的產量僅滿足臨床研究的需求——“而不是數十億劑的持續生產，”波士頓合成生物學公司 Ginkgo Bioworks 負責研發的執行官帕特里克·博伊爾說。
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這種 mRNA 疫苗的製造過程比透過在雞蛋中培養減毒病毒製成的傳統疫苗的化學過程快得多。製造商從新型冠狀病毒“刺突”蛋白的基因構建模組的數字序列開始，病原體利用該蛋白進入並感染細胞。機器人裝配線首先將該序列轉化為 DNA 模板，然後再轉化為 mRNA 疫苗物質。為了保護高度不穩定的 mRNA，疫苗生產商將其包裝在油性脂質奈米顆粒中，這種奈米顆粒也有助於人體細胞的攝取。接種疫苗的細胞隨後將在其表面製造和展示病毒刺突，以便免疫系統學會識別並在以後抵抗病毒。
根據美國政府問責辦公室 (GAO) 11 月份的一份報告，生產這些疫苗所需的大部分物資供應短缺。在接受 GOA 工作人員採訪時，製造廠人員描述了在獲取試劑和某些化學品以及玻璃瓶、注射器和其他硬體方面面臨的挑戰。他們還提到“灌裝和包裝”設施短缺，這些設施用於將疫苗劑量裝入無菌容器中，並且缺乏執行 mRNA 生產過程所需的專業技能工人。GAO 總結說，這種資源短缺可能會導致生產積壓。
博伊爾特別指出，將 DNA 轉化為 mRNA 的聚合酶（一種酶）和用於製造脂質奈米顆粒的成分是疫苗最關鍵的原材料。他還表示，製造商需要更好地獲得一種名為牛痘病毒加帽酶 (VCE) 的稀有物質，這種物質有助於防止 mRNA 降解，並使其具有欺騙性的人類外觀，以防止細胞的蛋白質製造機制排斥它。博伊爾的團隊計算出，製造 1 億劑 mRNA 疫苗所需的 10 磅 VCE 將會使生物反應器（用於進行生化反應的容器）的有限容量不堪重負，並耗資 14 億美元。然而，博伊爾表示，隨著製造工藝和提高產量的努力得到改進，VCE 的價格應該會下降。
這些短缺的影響在 11 月顯而易見，當時輝瑞和 BioNTech 將他們表示 2020 年全球可生產的劑量從 1 億劑減半至 5000 萬劑。輝瑞沒有說明哪些短缺影響了生產。但該公司生物製藥全球供應鏈副總裁坦雅·阿爾科恩承認，今年秋季早些時候存在“一些擴大規模的問題”，她說這個問題此後已得到解決。“當您以這種速度執行時，每個人都需要同時擴大規模，”阿爾科恩說。“我們需要從我們的供應商那裡獲得更多，我們的工廠也需要最佳化運營績效。”《紐約時報》報道稱，輝瑞與美國政府達成的新協議取決於更好地獲得專門材料，該公司並未公開披露這些材料。但阿爾科恩告訴《大眾科學》，脂質奈米顆粒所需的“新的和獨特的成分”是一個限制因素。Moderna 沒有回應置評請求。
所需生產規模擴大的一個不確定因素是 mRNA 疫苗保護能持續多久。西雅圖傳染病研究所執行長科裡·卡斯珀表示，專家們曾希望疫苗能刺激產生比自然感染高 4 到 10 倍的抗體水平。“但這並沒有發生，”他說。“mRNA 疫苗效果很好：[在臨床試驗中] 對疾病的保護率約為 95%。但如果抗體迅速降至保護閾值以下，那麼人們可能需要加強劑，”這將需要生產更多疫苗。包括 T 細胞在內的更廣泛的免疫細胞有可能延長和維持 mRNA 誘導的保護，但這種情況仍然是一個懸而未決的問題。
幸運的是，mRNA 疫苗並不是唯一的選擇。強生公司和阿斯利康等其他公司正在使用不同方法制造的新冠疫苗進行後期臨床試驗。理想情況下，這些努力將貢獻數百萬劑額外疫苗——不僅是為了迄今為止囤積近期供應的富裕國家，也是為了中低收入國家。後者包括 67 個國家，根據包括國際特赦組織和樂施會在內的人民疫苗聯盟的分析，在這些國家，明年只有十分之一的人可能接種疫苗。“以前已經說過很多次了，但我們需要多管齊下，”卡斯珀說。