（報告出品方/作者：太平洋證券，盛麗華）

一、mRNA 疫苗生產(chǎn)可分為兩大塊：mRNA 制備和脂質(zhì)微粒進(jìn)行包封

mRNA 疫苗生產(chǎn)可分為兩大塊，可以類(lèi)比為原料藥（mRNA）的生產(chǎn)和純化， 以及制劑（利用脂質(zhì)微粒進(jìn)行包封）階段。原料藥（mRNA）生產(chǎn)涉及 DNA 原液制備和 mRNA 原液的制備，mRNA 原液的制備（體外轉錄），是整個(gè) mRNA 工藝流程 中核心的步驟，而原料主要是酶。

(一) mRNA 疫苗的生產(chǎn)

mRNA 疫苗生產(chǎn)可分為兩大塊，原料藥（mRNA）的生產(chǎn)以及制劑（利用脂質(zhì)微 粒進(jìn)行包封）階段。mRNA 生產(chǎn)涉及 DNA 原液制備和 mRNA 原液的制備。所以 mRNA 疫苗的生產(chǎn)可分為三大階段，第一步 DNA 原液制備，第二步 mRNA 原液的制備，第 三步是利用脂質(zhì)微粒進(jìn)行包封。

第一步：DNA 模板生產(chǎn)，主要是質(zhì)粒生產(chǎn)。編碼抗原的 DNA 模板生產(chǎn)，常用大腸桿 菌大規模體內表達，最后提取和純化攜帶目的序列的質(zhì)粒；

第二步：mRNA 原液的制備，轉錄，由 DNA 到 mRNA。在無(wú)細胞的反應器內進(jìn)行轉 錄，通過(guò) T7、SP6 或 T3 等 RNA 多聚酶作用，通過(guò)一步或者兩步法轉錄成為 mRNA， 同時(shí)加上 5’的 Cap 及 3’的 Poly A 尾巴，在進(jìn)一步使用 DNA 酶將殘留的 DNA 模板進(jìn)行 消除；純化，使用離子交換等層析步驟進(jìn)一步將轉錄形成的 mRNA 進(jìn)行純化，進(jìn)行超 濾濃縮形成原液；

第三步：制劑階段，利用脂質(zhì)微粒進(jìn)行包封。通過(guò)微流體泵精確地控制著(zhù) mRNA 原液 和脂質(zhì)流速，將他們混合成脂質(zhì)納米粒 LNP。最后則是成品的灌裝及質(zhì)量控制，貼簽 形成終產(chǎn)品。

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二、mRNA 合成過(guò)程所需原料及成本測算

（一）國內外 mRNA 新冠疫苗的合成工藝

BioNTech/輝瑞、Moderna 和艾博生物 mRNA 疫苗的合成工 、藝如下：

1） BNT162b2–BioNTech/輝瑞

三核苷酸 cap1 類(lèi)似物（（m27,3′-O）Gppp（m2-O）ApG）（TriLink）和 N1-甲基 假尿苷-5′-三磷酸（m1ψTP）（Thermo Fisher Scientific）取代尿苷-5′-三磷酸（UTP） 的存在下，通過(guò) T7 RNA 聚合酶對 DNA 進(jìn)行純化和體外轉錄。

總結：轉錄采用一步法，帽子類(lèi)似物作引物；甲基假尿苷取代尿苷。

2）mRNA-1273–Moderna

利用優(yōu)化的T7 RNA聚合酶介導的轉錄反應在體外合成了編碼序列優(yōu)化的mRNA， 尿苷被 N1-甲基假尿苷完全取代。轉錄后，使用牛痘苗封蓋酶（新英格蘭生物實(shí)驗室） 和痘苗 2′O-甲基轉移酶（新英格蘭生物實(shí)驗室）將 Cap 1 結構添加到 5’端。通過(guò) oligo dT 親和純化純化 mRNA，通過(guò)切向流過(guò)濾將緩沖液交換到 pH 為 5.0 的醋酸鈉中，無(wú) 菌過(guò)濾，并在-20°C 下冷凍，直到進(jìn)一步使用。

總結：轉錄采用兩步法，需要加帽酶的參與，甲基假尿苷取代尿苷。

3）ARCoV -艾博生物

該 mRNA 在體外使用 T7 RNA 聚合酶介導的轉錄從質(zhì)粒 ABOP-028（GENEWIZ） 的線(xiàn)性化 DNA 模板中產(chǎn)生，該質(zhì)粒編碼 SARS-CoV-2 的密碼子優(yōu)化 RBD 區域，并包 含 5’和 3‘的未翻譯區域（UTR）和一條 poly-a 尾巴，以未修飾的 NTP 作為原料和 T7 聚合酶體外進(jìn)行 mRNA 的合成，使用了牛痘加帽系統（Vaccinia Capping System ） (Novoprotein) 進(jìn)行加帽。

總結：轉錄采用兩步法，需要加帽酶的參與。

（二）mRNA 制備過(guò)程原料

mRNA 制備過(guò)程需要用到的主要原料包括質(zhì)粒 DNA 模板、一系列酶（主要為 7 種酶）以及底物核苷酸等;

1、模板 DNA 所需原料：質(zhì)粒

DNA 模板生產(chǎn)，主要是質(zhì)粒的生產(chǎn)。編碼抗原的 DNA 模板，通過(guò)質(zhì)粒轉染到大 腸桿菌大規模體內表達，最后提取和純化攜帶目的序列的質(zhì)粒，即得到 DNA 模板。目 前質(zhì)粒的生產(chǎn)提取和純化工藝很成熟，可以自建生產(chǎn)線(xiàn)或者外包出去，例如輝瑞自建 質(zhì)粒生產(chǎn)工廠(chǎng)，大部分 mRNA 企業(yè)外包，Moderna 和國內企業(yè)目前是外包。

制備 mRNA 質(zhì)粒的要求：質(zhì)粒用于制備 mRNA，這類(lèi) DNA 本身不屬于 API，DNA 需要按照 GMP 規范進(jìn)行，GMP 質(zhì)粒要求生產(chǎn)設備必須是專(zhuān)用的、符合 GMP 規范且配 備潔凈間。

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2、mRNA 體外轉錄所需原料：一系列酶+核苷酸底物

mRNA 疫苗的研發(fā)與生產(chǎn)需要一系列酶的參與：mRNA T7 聚合酶、無(wú)機焦磷酸酶、 Rnase Inhibitor、加帽酶以及 2′O-甲基轉移酶、Poly(A)聚合酶和 DNAase 等主要 7 種酶。

2.1 轉錄過(guò)程所需要的酶

RNA 聚合酶體系：RNA 聚合酶是體外轉錄 mRNA 的關(guān)鍵酶。

T3、T7 和 SP6 RNA 聚合酶分別對 T3、T7 和 SP6 噬菌體啟動(dòng)子具有高度的特異性。 將目的基因序列克隆到 T7 和 SP6 啟動(dòng)子下游的多克隆位點(diǎn)中，以克隆的 DNA 為模板 體外合成相應的 RNA。

T7 RNA Polymerase（T7 RNA 聚合酶）高度特異識別 T7 啟動(dòng)子序列，以含有 T7 啟動(dòng)子序列的單鏈或雙鏈 DNA 為模板，以核甘酸（NTP）為底物，合成與啟動(dòng)子下游 的單鏈 DNA 互補的 RNA。

無(wú)機焦磷酸酶：加入無(wú)機焦磷酸酶，增加 RNA 產(chǎn)量。無(wú)機焦磷酸酶（PPase）可 催化無(wú)機焦磷酸鹽水解生成正磷酸鹽，可以為蛋白、RNA 和 DNA 的生物合成反應提 供動(dòng)力，促進(jìn)產(chǎn)物的生成。在工業(yè)化生產(chǎn) mRNA 疫苗的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生大量的無(wú)機焦磷酸 鹽，為了保證 mRNA 疫苗高效生產(chǎn)，可以添加無(wú)機焦磷酸酶，可解除生成的無(wú)機焦磷酸鹽對反應體系的抑制。

RNase 抑制劑：防止 RNA 的降解。少量 RNase 在 RNA 制備過(guò)程中引入，會(huì )導致 RNA 的降解，污染可能通過(guò)實(shí)驗過(guò)程中使用的槍頭、試管（離心管）和其他試劑引入。 通常使用 RNase 抑制劑作為減少和控制此類(lèi)污染物的預防措施。

RNase 抑制劑能與 RNase A 形成 1:1 復合體，抑制 RNase 活性，在 mRNA 疫苗研 發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程需要保持 mRNA 的穩定性以保證疫苗高質(zhì)量的生產(chǎn)。

2、轉錄所需材料-核苷酸和修飾核苷酸

mRNA 疫苗研發(fā)中常進(jìn)行假尿嘧啶化修飾，尿嘧啶修飾是最豐富的 RNA 修飾， 一般由尿苷的異構化產(chǎn)生，mRNA 的假尿嘧啶化修飾主要有三個(gè)功能：改變密碼子、 增強轉錄本穩定性和應激反應應答。

3、加帽和加尾：共轉錄加帽/模板加尾，轉錄后加帽/加尾

真核生物體內會(huì )對轉錄形成的 mRNA 進(jìn)行加帽，即在 mRNA 的 5’端添加一個(gè)甲基 化的鳥(niǎo)苷酸帽子（m7GPPPN 結構），從而保護 mRNA 免遭核酸外切酶的攻擊以增加 mRNA 的穩定性，并且協(xié)助 mRNA 與核糖體的結合以促進(jìn)翻譯起始。生物體內的帽子 結構有 cap0，cap1，cap2 三種形式，牛痘病毒加帽酶能夠在 mRNA 的 5’端添加 cap0 帽子，再使用甲基轉移酶處理即可得到 cap1 帽子。

此外，5帽子還參加 mRNA 前體的剪接，參與 mRNA 3末端多聚腺苷酸化，保證 mRNA 在細胞質(zhì)中的穩定運輸。

加帽需要的酶：牛痘病毒加帽酶

可以將 7-甲基鳥(niǎo)苷帽結構（m7Gppp，Cap0）加到 RNA 的 5′末端，大幅提高 mRNA 的穩定性和啟動(dòng)mRNA的翻譯。牛痘病毒加帽酶能夠在一小時(shí)之內對mRNA進(jìn)行加帽， 效率接近 100%。

在 mRNA 疫苗研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，mRNA 加帽效率和加帽 mRNA 穩定表達的效率 對疫苗的工業(yè)化生產(chǎn)有重大的影響。牛痘病毒加帽酶體系加帽的 mRNA 在細胞內的表 達效率大于帽子類(lèi)似物 mRNA 的表達效率。

加尾酶：Poly(A)聚合酶

Poly(A)聚合酶可以催化 ATP 以 AMP 的形式依次摻入到 RNA 的 3′末端，即在 RNA 的 3′末端加多聚 A 尾。Poly(A)尾巴能夠增強 mRNA 的穩定性、提高翻譯起始 效率、引導 mRNA 出核。

主要用到的酶：

1）牛痘病毒加帽酶：

2）痘苗 2′O-甲基轉移酶

3）Poly(A)聚合酶

加帽酶非常昂貴，如何替代加帽酶？

一步法合成 mRNA 疫苗產(chǎn)品的加帽可以在 mRNA 的體外轉錄過(guò)程中通過(guò)摻入帽子序列實(shí)現， 這種加帽技術(shù)會(huì )將加帽序列反向加在 mRNA 上，在反應體系中加入 5’帽類(lèi)似物，可 以省一個(gè)加帽酶，以及減少純化步驟，一定程度上降低成本（尤其是節省了昂貴的加 帽酶成本），但相對應地，產(chǎn)量較之兩步法（加帽酶參與）減少，因為加帽酶的加帽效 率更高。

4、消除 DNA 模板：需要 DNA 酶

合成后的產(chǎn)物可能會(huì )有 DNA 殘留，在疫苗開(kāi)發(fā)階段，殘留的去除是關(guān)鍵的步驟， 以減少下游純化難度并增加產(chǎn)品的純度。需要用 DNA 酶（DNAase 將殘留的 DNA 模 板進(jìn)行消除，在 mRNA 疫苗生產(chǎn)的過(guò)程中對 DNA 的殘留控制非常嚴格。

（三）mRNA 制備過(guò)程原料成本測算

1、DNA 模板或者質(zhì)粒成本：以 100ug mRNA 所需成本為計（考慮質(zhì)粒生產(chǎn)外包 的情況下）

測算假設如下：

1）從質(zhì)粒 DNA 酶切到模板，預計占比 30%左右，預計在 1mg 質(zhì)粒到 DNA 模板 是 300 ug；

2）質(zhì)粒生產(chǎn)價(jià)格，參考金斯瑞官網(wǎng)公布的質(zhì)粒價(jià)格，臨床級別 4000 元/mg?？紤]質(zhì)粒用于制備 mRNA，工業(yè)化需求量大，具有采購優(yōu)勢，預計價(jià)格會(huì )更便宜，預計低于1000 元/mg；

3）1ug DNA 在 RNA 聚合酶等催化下，能得到約 200ug 的 mRNA。

結論：以質(zhì)粒（DNA）1000 元/mg 為計，則成本是 3 元/ugDNA，折算下來(lái) 1.5 元 /100ug mRNA。若 1劑mrna 疫苗為 100ug mRNA，則 1 億劑 mrna 疫苗，帶來(lái)質(zhì)粒需 求的規模在 1.5 億元，則 10 億劑 mrna 疫苗，帶來(lái)質(zhì)粒需求的規模在 15 億元左右。

備注：以上測算假設條件太多，與實(shí)際結果恐偏差大，結果僅供參考。

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2、mRNA 制備過(guò)程中酶和和核苷酸底物成本：

小規模體外轉錄合成 100 ug RNA 成本約 20 元，工業(yè)生產(chǎn)酶的出廠(chǎng)價(jià)為小規模實(shí)驗室規模采購價(jià)格的 1/3 左右，則預計成本在 6 元-7 元左右，隨著(zhù)工業(yè)化規模的放大，酶的價(jià) 格有望進(jìn)一步下降。

1）轉錄成本：以實(shí)驗室規模為例

測算公式：酶的成本=價(jià)格*使用量。

我們參考翌圣生物開(kāi)發(fā)的試劑盒的用量，來(lái)測算 mRNA 制備過(guò)程的酶和核苷酸底物消耗量以及成本情況。

I、一系列酶+核苷酸底物成本：

假設條件如下：

1）參考翌圣生物 mRNA 合成所需試劑，以 1μg 的 DNA 模板投入量可以產(chǎn)生 100-200 μg 的 mRNA（適用于以 Cap analog 為引物合成 Capped mRNA），我們測算以 1μg 的 DNA 得 到 150 μg 的 mRNA 為準。

2）用量：以 1 μg 的模板投入量可以產(chǎn)生 100-200 μg 的 RNA（我們取決中位數 150ug）， 需要試劑盒量 2ul。

3）試劑盒價(jià)格價(jià)格：約 30 元/2ul。

則測算下來(lái)對應成本：20 元/100ug mRNA。

II、其中核苷酸底物成本：

參考國內核苷酸底物成本估算為：0.8 元/100ugRNA（翌圣生物）

測算假設如下：

1）用量：參考翌圣生物試劑盒配方，以 1 μg 的模板，需要核苷酸 100mM 2ul，可以 產(chǎn)生 100-200 μg 的 RNA，我們取決中位數 150ug，以 1μg 的 DNA 得到 150 μg 的 mRNA 為準。

2）價(jià)格：核苷酸底物翌圣生物定價(jià)為 4×400μl 229 元，2ul 則為 1.2 元

賽默飛定價(jià)為 4×250μl 1298 元，則 2ul 為 10.4 元。

則測算下來(lái)對應成本：核苷酸底物成本估算為： 0.8 元/100ugmRNA（翌圣生物） 7 元/100ugmRNA（賽默飛）

備注：以上測算假設條件太多，與實(shí)際結果恐偏差大，結果僅供參考。

以上核苷酸底物價(jià)格不包括修飾核苷酸成本，若考慮修飾核苷酸，成本更高。以上測 算，核苷酸底物僅占轉錄成本 10%不到，相對酶來(lái)講占比低。mRNA 制備過(guò)程中，酶是最 主要的原料，也是最主要成本。

總結：

1）小規模實(shí)驗室合成100 ug RNA成本約20元，以上成本不含加帽或帽子類(lèi)似物、 修飾核苷酸等成本，總體來(lái)說(shuō)實(shí)驗室規模成本偏高。

3）大規?；a(chǎn)的體外轉錄需要控制成本以及保證 mRNA 的質(zhì)量，需要對轉錄 和純化的每一個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，工業(yè)化生產(chǎn)對酶的需求量非常大，具有采購的 價(jià)格優(yōu)勢，根據草根調研數據，工業(yè)生產(chǎn)酶的出廠(chǎng)價(jià)為小規模實(shí)驗室規模采購價(jià)格的 1/3 左右，則預計成本在 6 元-7 元左右，隨著(zhù)工業(yè)化規模的放大，酶的價(jià)格有望進(jìn)一步 下降，從而生產(chǎn) mRNA 成本有望進(jìn)一步降低。

4）mRNA 制備過(guò)程中，酶是最主要的原料，也是最主要成本。放大規模之后的體 外轉錄將需要對轉錄和純化的每一個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化，這一系列過(guò)程解決方案提供需要 酶生產(chǎn)企業(yè)的高度參與，所以我們預計體外轉錄過(guò)程中所需要的一系列酶一般會(huì )由同 一家酶生產(chǎn)企業(yè)提供。

備注：我們以上測算過(guò)程，嘗試以小規模試驗室生產(chǎn)成本來(lái)計算大規模生產(chǎn)的成 本，難以避免的問(wèn)題是大規模生產(chǎn)和小規模試驗室生產(chǎn)的用量和原料采購價(jià)格都會(huì )存 在很大的差異。將會(huì )導致與實(shí)際結果偏差大，結果僅供參考。

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（五）原材料供應商情況

1、DNA 模板或者質(zhì)粒

目前質(zhì)粒的生產(chǎn)提取和純化工藝很成熟，可以自建生產(chǎn)線(xiàn)或者外包，輝瑞自建質(zhì)粒工廠(chǎng)，大部分 mRNA 疫苗企業(yè)通常選擇外包，Moderna 和國內企業(yè)目前是外包。

制備 mRNA 質(zhì)粒的要求：

質(zhì)粒用于制備 mRNA，這類(lèi) DNA 本身不屬于 API，這 種情況下，DNA 只是按照 GMP 規范進(jìn)行 API 生產(chǎn)的一種原材料或者起始物質(zhì)。

2、轉錄一系列酶和核苷酸底物：

mRNA 轉錄酶、mRNA 加帽酶、底物核苷酸及反應緩沖液等可由 mRNA 技術(shù)服務(wù)與生物制劑公司提供，轉錄一系列酶要求有控制 DNA 和 BAF 污染，以及批間一致性。 酶在供應商之間不可互換，酶異質(zhì)性的變化可能會(huì )影響體外轉錄的結果。更換時(shí)需要 進(jìn)行批對批測試，以得出供應的質(zhì)量和一致性。

海外分子酶提供商主要是新英格蘭實(shí)驗室、賽默飛、默克，Takara，其中應用最廣 泛的是新英格蘭實(shí)驗室。

3、相關(guān)公司分析：

1）近岸生物：

近岸蛋白質(zhì)科技有限公司（原欣百諾生物）成立于 2004 年，近岸提供一系列 mRNA 體外合成酶及試劑，解決 mRNA 疫苗的關(guān)鍵痛點(diǎn)。所有產(chǎn)品均采用藥用規格原輔料生 產(chǎn)，嚴格控制宿主蛋白質(zhì)殘留、核酸殘留及常見(jiàn)病原體污染，符合 GMP 規范的產(chǎn)品生 產(chǎn)與質(zhì)量管理規程，保障生產(chǎn)過(guò)程及所有原輔料可追溯。產(chǎn)品特點(diǎn)：GMP級mRNA 體 外合成及修飾原料，animal-free，ampicillin-free，產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量控制及配套文件體系， 符合 mRNA 疫苗及藥物研發(fā)生產(chǎn)需求。經(jīng)過(guò)臨床使用驗證，單批次產(chǎn)能千萬(wàn)人份，年 產(chǎn)能 50 億人份。

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2）諾唯贊

諾唯贊成立于 2012 年，是一家圍繞酶、抗原、抗體等功能性蛋白及高分子有機材 料進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的生物科技企業(yè)，依托于自主建立的關(guān)鍵共性技術(shù)平臺， 先后進(jìn)入了生物科研、體外診斷、生物醫藥等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，是國內少數同時(shí)具有自主可 控上游技術(shù)開(kāi)發(fā)能力和終端產(chǎn)品生產(chǎn)能力的研發(fā)創(chuàng )新型企業(yè)。

依托自主核心技術(shù)，搭建自主可控的關(guān)鍵共性技術(shù)平臺，可快速、高效、規?；?地進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，現有 200 余種基因工程重組酶和 1,000 余種高性能抗原和單克隆抗體 等關(guān)鍵原料，擁有 500 多個(gè)終端產(chǎn)品，可廣泛應用于科學(xué)研究、高通量測序、體外診 斷、醫藥及疫苗研發(fā)和動(dòng)物檢疫等領(lǐng)域。

諾唯贊擁有著(zhù)一支 400 余人的研發(fā)創(chuàng )新團隊，由分子生物學(xué)、酶學(xué)、免疫學(xué)、生 物信息學(xué)、有機化學(xué)和材料學(xué)等多領(lǐng)域復合型研發(fā)人員組成，其中 50%以上的研發(fā)人 員擁有碩士及以上學(xué)歷。

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3）翌圣生物：

翌圣生物成立于 2014 年，是一家專(zhuān)注于工具酶原料及抗原抗體研發(fā)與生產(chǎn)的高新 技術(shù)型企業(yè)。公司現階段建設有分子、蛋白、細胞和免疫四大技術(shù)平臺，涵蓋全面豐 富的產(chǎn)品線(xiàn)，包括 PCR、qPCR、高保真 DNA 聚合酶、逆轉錄相關(guān)制劑、克隆試劑盒、 高通量測序 MaxUP 系列 DNA 和 RNA 建庫試劑盒、細胞培養、支原體檢測/預防/去除 試劑，以及體外診斷相關(guān)的酶原料、試劑和磁珠等 3000 多種試劑和試劑盒，服務(wù)于全 國各級高校、研究所、醫院、第三方檢測機構、生物醫藥公司等 2.5 萬(wàn)家客戶(hù)，助力發(fā)表高質(zhì)量 SCI 論文 1000 余篇。

翌圣生物作為國內分子酶產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新領(lǐng)導者，通過(guò)先進(jìn)的分子酶雙向技術(shù)平臺、大 規模蛋白發(fā)酵純化技術(shù)平臺，提供低殘留和高效率加帽的 Vaccinia Capping Enzyme（牛 痘病毒加帽酶），經(jīng)過(guò) GMP 工藝生產(chǎn)獲得，完全滿(mǎn)足疫苗生產(chǎn)所需，并提供其他 mRNA 疫苗相關(guān)的酶和試劑。

4）上海兆維

上海兆維科技發(fā)展有限公司于2001年6月成立。公司主要從事核苷、核苷酸系列產(chǎn) 品和分子生物學(xué)試劑的研發(fā)和生產(chǎn)。上海兆維是國內最大的能夠生產(chǎn)高品質(zhì)的修飾堿 基，dNTP，NTP，靶向示蹤劑等產(chǎn)品，是核酸合成領(lǐng)域當之無(wú)愧的隱形冠軍，在國內外 核酸合成和原料供應領(lǐng)域占有絕對領(lǐng)先的市場(chǎng)份額。

三、關(guān)于遞送系統（LNP）原料及成本測算

mRNA 分子量大、親水性強，但自身的單鏈結構致使其極為不穩定，易被降解， 自身攜帶負電荷，穿過(guò)表面同為負電荷的細胞膜遞送是難題，所以需要特殊的修飾或 包裹遞送系統才能實(shí)現 mRNA 的胞內表達，遞送技術(shù)是 mRNA 公司的核心專(zhuān)利技術(shù)。

脂質(zhì)納米顆粒（Lipidnanoparticle，LNP）是目前主流的遞送載體方式。由于其比 較容易被抗原呈遞細胞吸收，因此最常被用于疫苗，目前三大 mRNA 疫苗巨頭企業(yè)， Moderna、CureVac 和 BioNTech 新冠疫苗均采用了 LNP 遞送技術(shù)。

此外還有陽(yáng)離子脂質(zhì)復合物 (lipoplex，LPX)、脂質(zhì)多聚復合物 (lipopolyplex，LPP)、 聚合物納米顆粒（Polymer nanoparticles，PNP）、無(wú)機納米顆粒（Inorganic nanoparticles， INP）陽(yáng)離子納米乳（Cationic nanoemulsion，CNE)，以及瑞博生物自主研發(fā)的 GalNac N-乙酰半乳糖胺技術(shù)，能夠進(jìn)行肝臟的定點(diǎn)傳遞。

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（一）LNP 為主流的遞送載體方式

最廣泛應用的LNP組成成分：聚乙二醇脂質(zhì)、膽固醇、合成磷脂、可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)、mRNA。目前上市的mRNA疫苗成分主要有以下5種：

1）mRNA；

2）陽(yáng)離子脂質(zhì)，與帶負電的mRNA結合，LNP最關(guān)鍵的成分；

3）膽固醇，介導LNP內吞，以及穩定LNP結構（膽固醇有助于增加細胞膜的流動(dòng)性或硬度，加入膽固醇能提高納米顆粒的穩定性）；

4）磷脂酰膽堿，輔助型脂質(zhì)，可以在內吞時(shí)加快mRNA的釋放；

5）聚乙二醇化磷脂，延長(cháng)代謝時(shí)間，提高LNP穩定性。

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1、陽(yáng)離子脂質(zhì)體：LNP最關(guān)鍵的成分，是LNP逃離內體的關(guān)鍵成分

目前Moderna、輝瑞、BioNTech，Curevac，Acuitas，Genevant等公司都自行篩選 或授權從其他公司購買(mǎi)的陽(yáng)離子類(lèi)脂質(zhì)分子作為主要遞送材料，每家公司材料具體結 構各不相同，但都屬于特定條件下戴正電荷的陽(yáng)離子脂質(zhì)。

陽(yáng)離子脂質(zhì)體開(kāi)發(fā)，在遞送效率和細胞毒性之間平衡。可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)作用是 LNP遞送系統的關(guān)鍵，提高mRNA的體內穩定性，并幫助mRNA逃避溶酶體的降解。

在生產(chǎn)原液時(shí)，將mRNA和陽(yáng)離子脂質(zhì)體在特定PH值下混合一起，則陰離子mRNA就 會(huì )和陽(yáng)離子脂質(zhì)體產(chǎn)生靜電吸引融合在一起，一旦LNP被細胞吸收，核內體的低pH環(huán)境 將會(huì )融合LNP，從而釋放mRNA進(jìn)入胞質(zhì)溶膠。

陽(yáng)離子脂質(zhì)作為載體有著(zhù)廣闊的應用前景，一些陽(yáng)離子脂質(zhì)會(huì )引起細胞毒性。陽(yáng) 離子脂質(zhì)的細胞毒性取決于其親水性頭基的結構，含有季銨頭基的兩親分子比含有叔 胺的兩親分子毒性更大。陽(yáng)離子有細胞毒性，解決對人體的副反應是關(guān)鍵，可電離陽(yáng) 離子脂質(zhì)是LNP技術(shù)的核心，也是專(zhuān)利保護的重點(diǎn)。

2、非陽(yáng)離子脂質(zhì)：膽固醇，介導LNP內吞，穩定LNP結構

膽固醇有利于確保LNP的雙層結構及脂質(zhì)的流動(dòng)性。中性脂質(zhì)（如各種磷脂）也是 用于構建LNP雙層結構的，因為陽(yáng)離子脂質(zhì)體的雙層結構并不穩定。

3、PEG-lipid：

PEG修飾的脂質(zhì)體形成親水保護層，維持LNP空間的穩定性，聚乙二醇在顆粒表面 可屏蔽血漿蛋白等成分結合顆粒，以避免LNP顆粒在體內被清除。

PEG-脂質(zhì)結合物也可能引起不期望的毒性，含有PEG的LNP?已知脂質(zhì)結合物與免疫 細胞相互作用，產(chǎn)生針對某些聚乙二醇化脂質(zhì)的不希望出現的抗體。

4、磷脂酰膽堿，輔助型脂質(zhì)，可以在內吞時(shí)加快mRNA的釋放。

5、其他賦形劑：有利于穩定pH、溫度等。

（二）LNP 遞送系統專(zhuān)利壁壘

LNP 遞送系統的核心壁壘其實(shí)是材料的專(zhuān)利。Arbutus 公司在 2009 年持有的 US8058069 號專(zhuān)利和 2015 年在中國申請的 CN1021192178 專(zhuān)利對于核酸和陽(yáng)離子脂質(zhì) 混合物進(jìn)行了非常全面的保護，對于幾乎所有陽(yáng)離子脂質(zhì)和核酸和混合物，都進(jìn)行了 覆蓋，預計到 2029 年到期，到期之前專(zhuān)利保護難以撼動(dòng)。

069 核心專(zhuān)利內容：

包含一種或多種活性劑或治療劑的新型穩定脂質(zhì)顆粒、制備脂質(zhì)顆粒的方法和遞送和/或施用脂質(zhì)顆粒的方法；更具體地，包含核酸(例如一種或多種干擾 RNA)的穩定 核酸-脂質(zhì)顆粒(SNALP)、制備 SNALP 的方法和遞送和/或施用 SNALP 的方法；一種核 酸-脂質(zhì)顆粒，包括：

(a) 核酸；

(b) 占顆粒中總脂質(zhì)的 50mol%至 65mol%的陽(yáng)離子脂質(zhì)；

(c) 包含磷脂和膽固醇或其衍生物的混合物的非陽(yáng)離子脂質(zhì)，其中磷脂占顆粒中存 在的總脂質(zhì)的 4mol%至 10mol%，膽固醇或其衍生物占顆粒中存在的總脂質(zhì)的 30mol% 至 40mol%；

(d) 抑制顆粒聚集的綴合脂質(zhì)，其占顆粒中總脂質(zhì)的 0.5mol%至 2mol%

（三）脂質(zhì)包封過(guò)程所需原料

1、LNP 遞送系統的關(guān)鍵原料:可離子化脂質(zhì)、PEG 脂質(zhì)、DSPC 脂質(zhì)、膽固醇。

LNP 直徑為 80-100 nm，每個(gè)脂質(zhì)納米粒含有約 100 個(gè) mRNA 分子。以 Moderna mRNA-1273 疫苗為例：脂質(zhì)壁由四種不同的化合物組成，

1）SM-102——專(zhuān)有陽(yáng)離子脂質(zhì)，是構成納米顆粒壁的基本結構

2）DSPC——磷脂酰膽堿，助力納米顆粒的壁結構

3）膽固醇——膽固醇存在于人體所有的細胞膜中，根據溫度的不同，膽固醇有助 于增加細胞膜的流動(dòng)性或硬度，加入膽固醇能提高納米顆粒的穩定性。

4）PEG-2000 DMG——一種融于聚乙二醇的脂質(zhì)，能幫助納米顆粒的形成。

專(zhuān)有陽(yáng)離子脂質(zhì) ALC-0315（輝瑞）和 SM-102（Moderna）這兩種脂質(zhì)都是叔胺， 在低 pH 值下質(zhì)子化（因此帶正電），在 mRNA 傳遞后實(shí)現安全清除。PEG 脂質(zhì)都是 PEG-2000 結合物。

LNP 和 mRNA 的顆粒是通過(guò)自組裝形成，通過(guò)兩種液體按照適當的的流速和配比形 成?；驹恚篢 型管一端是 RNA 的水溶液，一端是脂質(zhì)的乙醇溶液，通過(guò)兩相的快速 混合，從而讓 LNP 完成自主裝，需要控制水相和乙醇相的流速比，設計管道的形狀。

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脂質(zhì)體的結構在很大程度上取決于它們的制備方法。脂質(zhì)體可以是直徑 20-100nm 的單層（小的單層）囊泡（SUV），直徑為 100-1000nm 的大單層囊泡（LUV）-1000nm 或直徑>1000nm 的巨大單層囊泡（GUV）或直徑>500nm 的多層囊泡（MLV）。藥物輸送系 統主要使用 SUV 和小型 MLV，而 GUV 主要用作細胞模型。粒徑是決定脂質(zhì)體藥物包封率 和循環(huán)半衰期的一個(gè)關(guān)鍵參數，較小的脂質(zhì)體更有可能逃脫吞噬細胞的攝取。

脂質(zhì)納米顆粒生產(chǎn)過(guò)程：LNP 是在低 pH（pH 4.0）下制備的，此時(shí)可電離脂質(zhì)帶 正電荷，因此它很容易與每個(gè)脂質(zhì)納米粒約 100 個(gè) mRNA 分子形成復合物。微流控裝 置用于將水中含有 mRNA 的流與乙醇中含有脂質(zhì)混合物的流混合。當快速混合時(shí)，這 兩種流的成分形成納米粒，將帶負電的 mRNA 包埋。

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如何組裝 LNP 是 mRNA 疫苗生產(chǎn)最大的 Know-how，需要控制 LNP 的組分、粒度、流 量、流體形態(tài)等參數，來(lái)完成結構復雜的納米微粒組裝。目前從微流控到 T 型混合裝 置核心技術(shù)掌握在極少數企業(yè)手中。

BioNTech/Pfizer 新冠疫苗的納米脂質(zhì)體顆粒（LNPs）生產(chǎn)采用沖擊式射流混合法，， 采用高壓泵，讓 mRNA 溶液和脂質(zhì)體溶液形成兩股射流，在一個(gè)腔體中進(jìn)行對沖，從而 產(chǎn)生劇烈的湍流。這種湍流能讓 LNP 各個(gè)組分充分地混合，從而形成包裹 mRNA 的納米 脂質(zhì)體。

采用德國 Knauer 研發(fā)生產(chǎn)的 IJM（碰撞噴射混合器）。規?；a(chǎn)的沖擊式射流 混合器結構和參數是根據 Moerna、BioNTech 等企業(yè)需求量身定制。

國內企業(yè)上海邁安納目前可以提供納米載藥和微球載藥的整體解決方案，提供從 實(shí)驗室到商業(yè)化生產(chǎn)的整體解決方案。

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（四）mRNA 制劑過(guò)程 LNP 用量測算

根據相關(guān)文獻披露成份比例，輝瑞為 mRNA 疫苗中脂類(lèi)成分陽(yáng)離子：PEG 脂質(zhì)： 膽固醇：DSPC 的摩爾比為 46.3:1.6:42.7:9.4，Modern 為 50:1.5:38.5:10。

參考輝瑞和 Moderna 披露的疫苗成分，進(jìn)行測算：

1、PEG 修飾脂質(zhì)：

參考輝瑞和 Moderna 披露的 PEG 修飾脂質(zhì)成分含量，每支 mRNA 疫苗各成分對 應量較少，1 億劑預計為 1kg-3kg，結合 PEG-2000 銷(xiāo)售價(jià)格，我們預計 1 億劑 mRNA 疫苗對應的 PEG 需求預計在幾百萬(wàn)元左右。

2、陽(yáng)離子脂質(zhì)：有很高的專(zhuān)利壁壘，自行篩選或授權從其他公司購買(mǎi)的陽(yáng)離子類(lèi) 脂質(zhì)分子作為主要遞送材料，每家公司材料具體結構各不相同，Moderna 和 BioNTech 定制化，目前國內可定制化生產(chǎn)，具備小分子研發(fā)的 CRO 都可以承接。

1）需求量：參考輝瑞和 Moderna 披露的陽(yáng)離子脂質(zhì)成分含量，測算每支 mRNA 疫苗各成分對應量(mg)為 0.36-0.95mg，1 億劑預計為 40kg-100kg，考慮耗損預計實(shí)際 需求量更大。

2）價(jià)格：根據草根調研數據，實(shí)驗室小規模采購，國內陽(yáng)離子脂質(zhì)價(jià)格預計約 500 萬(wàn)元/kg。

以 1 億劑需求量 80kg（取中位數）來(lái)測算，對應的產(chǎn)值， 80kg*500 萬(wàn)/kg=4 億 元，10 億劑為 40 億元。工業(yè)化生產(chǎn)大規模采購，具有采購優(yōu)勢，陽(yáng)離子脂質(zhì)價(jià)格有望 下降。

備注：以上測算假設條件太多，與實(shí)際結果恐偏差大，結果僅供參考。

3、膽固醇：

1）需求量：參考輝瑞和 Moderna 披露的膽固醇成分含量，測算每支 mRNA 疫苗各成分對應量(mg)為 0.33-0.73mg，1 億劑預計為 33kg-73kg。

2）價(jià)格：根據草根調研數據，實(shí)驗室小規模采購，膽固醇（CAS 57-88-5）價(jià)格 預計約 1.5 萬(wàn)元/kg。

以 1 億劑需求量 50kg 來(lái)測算，對應的產(chǎn)值，50kg*1.5 萬(wàn)/kg=75 萬(wàn)元，10 億劑為 750 萬(wàn)元。工業(yè)化生產(chǎn)大規模采購，具有采購優(yōu)勢，價(jià)格有望下降。

備注：以上測算假設條件太多，與實(shí)際結果恐偏差大，結果僅供參考。

4、DSPC：

可提供該類(lèi)產(chǎn)品廠(chǎng)商很多。廠(chǎng)商如國內企業(yè)廈門(mén)賽諾邦格，日本精化（NFC）等 都可提供。

參考輝瑞和 Moderna 披露的 DSPC 成分含量，測算每支 mRNA 疫苗各成分對應量 (mg)為 0.07-0.0.19mg，1 億劑預計為 7.2kg-19kg，結合價(jià)格，預計 1 億劑對應 DSPC 產(chǎn) 值幾百萬(wàn)元左右。

總結：

1）根據我們測算（按照輝瑞和 Moderna 的需求量）預計單支 mRNA 疫苗遞送系 統（LNP）成本在 2-4 元。LNP 中脂類(lèi)主要成本來(lái)自于陽(yáng)離子脂質(zhì)。

2）我們預計單支 mRNA 疫苗原材料成本在 10 元+。綜合前面測算的 DNA 模板（質(zhì) 粒）、體外轉錄需要的酶和核苷酸底物以及 LNP 脂類(lèi)的成本，分別為 1.5 元、6-7 元以及 2-4 元，單支 mRNA 疫苗原材料總成本在 10 元+。

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（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）

精選報告來(lái)源：【未來(lái)智庫官網(wǎng)】。

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