今年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了一項變革性的醫療技術，這項技術顯著改變了疫情的程序並拯救了數百萬人的生命：抗擊新冠的mRNA疫苗。卡塔琳·卡里科和德魯·魏斯曼因其在疫苗開發領域的進步以及研究人員對信使RNA（mRNA）如何與人體免疫系統相互作用的理解而共同獲得該獎項。
魏斯曼在接受大眾科學採訪時，描述了今天早上得知這個訊息後他經歷的情緒過山車。 “我正在經歷一系列的步驟，一開始是難以置信的喜悅和驚訝，”他說。“而現在我幾乎麻木了。”
卡里科和魏斯曼在1990年代開始研究體外合成mRNA技術，當時他們在賓夕法尼亞大學共事。這對搭檔在2005年發表的開創性論文中描述了他們如何成功地將修飾後的mRNA遞送到體內並觸發免疫反應——這種反應可以訓練免疫系統以應對未來的病毒感染。多年來，他們對mRNA疫苗的研究解決了一些該技術面臨的主要問題，例如人體涉及有害細胞因子產生的炎症反應。在大流行期間，這項mRNA技術促成了高效疫苗的生產，以對抗SARS-CoV-2，即引起COVID的病毒，特別是那些適用於大規模推廣的疫苗。
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“我認為這裡重要的是疫苗可以如此快速地被開發出來，”2023年諾貝爾生理學或醫學委員會成員古尼拉·卡爾森·海德斯塔姆在今天早上的公告中說。這“很大程度上是由於……技術的進步和這項基礎發現。”
卡里科於1955年出生於匈牙利索爾諾克。1989年，她成為賓夕法尼亞大學的助理教授，並在那裡一直工作到2013年。她曾擔任BioNTech RNA Pharmaceuticals（一家主要的mRNA新冠疫苗製造商）的高階副總裁，現在是BioNTech的外部顧問。她還是匈牙利塞格德大學的教授和賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的兼職教授。
魏斯曼於1959年出生於馬薩諸塞州列剋星敦。1997年，他在佩雷爾曼醫學院建立了他的研究小組。魏斯曼是賓夕法尼亞大學疫苗研究領域的羅伯茨家族教授，也是賓夕法尼亞大學RNA創新研究所的主任。
“對我來說，這個獎項確實是疫苗的勝利，也是疫苗在促進健康和改善公平方面的潛力的勝利，”馬里蘭大學醫學院疫苗學教授兼疫苗開發和全球健康中心主任凱瑟琳·紐齊爾說。
許多疫苗是用減弱或滅活的完整病毒製成的，但在最近幾十年裡，許多研究人員一直在研究較小的病毒部分，例如病毒遺傳物質：DNA或RNA。當卡里科和魏斯曼將外源性體外mRNA注射到人體細胞中時，他們發現它產生了強烈的免疫反應，提高了保護性抗體。然而，隨後的炎症以及人體血液和細胞中的酶會降解mRNA。儘管存在這些科學障礙、懷疑和資金困難，卡里科和魏斯曼仍然繼續尋找解決方案。
“這25年來，技術障礙從未間斷，”魏斯曼回憶道。“我們無法獲得資金，凱蒂[卡里科]一直被降職和排擠。進行這項研究非常困難，但我們早期就看到了RNA的潛力和重要性。這讓我們堅持了下來。我們從沒放棄。”
該團隊找到了一種修飾mRNA以減少炎症的方法——用一種名為假尿嘧啶的類似分子取代尿嘧啶，尿嘧啶是mRNA的構建模組分子之一。他們還開發了一種更有效的遞送系統，該系統使用脂質奈米顆粒來保護mRNA並幫助其進入細胞進行蛋白質生產。
“在疫苗學的早期，我們會提取細菌，我們會提取病毒，然後我們會削弱它，或者我們會將它與另一種抗原結合。但是在這裡，這真的是一種有針對性的免疫系統方法，無論是從mRNA的使用還是脂質奈米顆粒的使用來看，”紐齊爾說。“所以，對我來說，這非常令人印象深刻——他們對疫苗遞送採取了完全不同的方法。”
從2000年代初期開始，卡里科和魏斯曼對多種不同病原體（如寨卡病毒、流感和HIV）的mRNA疫苗進行了多次動物試驗。“在我們研究的每個動物模型中，HIV是唯一一個效果不好的，”魏斯曼說。“幾乎每一個都給了我們100%的保護。”
這項研究為可能的療法和疫苗開發開闢了一條新道路——這條道路將在COVID大流行期間被證明至關重要。
適應全球公共衛生緊急事件
當SARS-CoV-2開始在全球蔓延時，魏斯曼和卡里科的mRNA研究迅速成為對抗該病毒的疫苗的候選方案和基礎。魏斯曼解釋說，mRNA疫苗方法有幾個優點。只需要原始病原體的序列，而不需要實際的片段或完整病毒。“不需要培養病毒並使其失活。這是一個非常簡單的程式，因為它是一個簡單的酶促反應，”魏斯曼說。“從序列釋出到第一批患者接種疫苗只用了兩個月的時間。”
疫苗的臨床試驗、生產和推廣大大擴充套件，各公司在一年內生產了數億劑疫苗。“轉向COVID，這只是一個技術問題，”卡里科在2021年接受大眾科學採訪時說。“它已經準備好了。”
mRNA新冠疫苗的工作原理是注射專門針對SARS-CoV-2刺突蛋白的遺傳物質——刺突蛋白是病毒表面的蛋白質，使病毒能夠與健康細胞結合。疫苗中修飾的mRNA被細胞吸收，然後細胞對其進行解碼併產生這些刺突蛋白，以便免疫系統在未來感染時能夠更好地識別和中和真正的病毒。
“我們正走出一個多世紀以來最嚴重的疫情，當然這些疫苗為拯救生命和減少發病率做出了貢獻，”也一直在研究瘧疾mRNA疫苗的紐齊爾說。“我認為這項技術和mRNA疫苗的改進可能會真正具有變革性，特別是對於中低收入國家而言，因為該平臺具有適應性和靈活性。”
未來療法
魏斯曼說，對於未來的疫苗，應用可以非常廣泛。當卡里科最初對mRNA研究產生興趣時，她最初並沒有尋求開發疫苗。“我對RNA進行這種修飾是因為我一直想將其開發用於療法，”她在2021年告訴大眾科學。
比利時根特大學基因治療實驗室的首席研究員尼克·桑德斯說，雖然mRNA技術已幫助應對COVID大流行，但將有大量人從這項技術中受益。“它也可用於治療任何因蛋白質功能障礙引起的疾病，因為它允許患者產生自己的治療性蛋白質，”桑德斯說。“對社會產生如此重大影響的諾貝爾獎是罕見的，每25或50年才出現一次。”
魏斯曼、卡里科和其他研究小組已經在嘗試將這項技術應用於自身免疫性疾病、癌症、食物和環境過敏、細菌性疾病和昆蟲傳播的疾病。今年7月，魏斯曼和他的同事在科學雜誌上發表了一篇論文，表明他們可以將RNA基因編輯機制直接遞送到骨髓幹細胞。這可能是治療諸如鐮狀細胞貧血症等疾病的關鍵，在鐮狀細胞貧血症中，幹細胞通常從個體身上取出，培養和處理，然後再放回體內。“現在我們可以給他們注射現成的RNA並治癒他們的疾病，這適用於數千種其他骨髓疾病。然後你可以將其擴充套件到肝臟、肺、大腦以及其他所有器官的治療，”魏斯曼說。“潛力是巨大的。”
魏斯曼希望mRNA治療將在一年半內可用於鐮狀細胞貧血症患者。他還進行了許多mRNA臨床試驗，包括澱粉樣變性病的1期試驗以及HIV、諾如病毒和瘧疾的疫苗試驗。魏斯曼的團隊還計劃很快開始對泛冠狀病毒mRNA疫苗進行臨床試驗，這可能有助於預防未來的冠狀病毒流行病。
“未來已來，”魏斯曼說。“這些療法現在就在人們身上使用。”