摘要：2020 年新冠疫情加速了 mRNA 疫苗技術(shù)的全球應(yīng)用，這種無細(xì)胞工藝疫苗憑借研發(fā)快、免疫原性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)成為防疫利器。但傳統(tǒng)集中式批量生產(chǎn)模式存在可擴(kuò)展性不足、冷鏈依賴高、可及性差等問題，尤其制約中低收入國家獲取。下一代模塊化、去中心化、連續(xù)流制造系統(tǒng)（如 BioNTainer、Ntensify）應(yīng)運(yùn)而生，通過流程優(yōu)化實(shí)現(xiàn)成本降低與產(chǎn)能提升。然而，原料供應(yīng)、監(jiān)管協(xié)調(diào)、環(huán)保等挑戰(zhàn)仍待解決，AI 賦能、熱穩(wěn)定制劑等技術(shù)將成為未來方向，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球疫苗公平分配與快速響應(yīng)防疫需求。

一、引言

在 2020 年新冠疫情爆發(fā)后，mRNA 疫苗憑借快速研發(fā)、強(qiáng)大免疫原性的優(yōu)勢(shì)迅速走進(jìn)大眾視野。與依賴細(xì)胞培養(yǎng)或重組蛋白的傳統(tǒng)疫苗不同，mRNA 疫苗采用完全無細(xì)胞工藝，能靈活適配新興病原體，成為應(yīng)對(duì)突發(fā)疫情的關(guān)鍵工具。但光鮮背后，傳統(tǒng)制造模式的短板逐漸凸顯：集中式工廠需要龐大基礎(chǔ)設(shè)施、專業(yè)人員和嚴(yán)格冷鏈物流，導(dǎo)致疫苗在全球尤其是中低收入國家的可及性嚴(yán)重不足。為破解這些難題，模塊化、去中心化的下一代制造系統(tǒng)開始崛起，為疫苗生產(chǎn)帶來新可能。

二、傳統(tǒng) mRNA 疫苗制造的核心挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)批量生產(chǎn)模式是 mRNA 疫苗普及的主要障礙，其核心問題集中在兩方面。首先是集中式基礎(chǔ)設(shè)施與流程低效：生產(chǎn)需經(jīng)過體外轉(zhuǎn)錄、DNA 模板消化、多步過濾和層析純化等獨(dú)立步驟，每個(gè)環(huán)節(jié)都要單獨(dú)準(zhǔn)備試劑、驗(yàn)證質(zhì)量，不僅操作復(fù)雜，還導(dǎo)致產(chǎn)能受限。且批量生產(chǎn)中，酶活性和 mRNA 產(chǎn)量僅在窄時(shí)間窗內(nèi)最優(yōu)，試劑利用效率低，批次間差異難控制（見表 1）。

表1 批量與連續(xù) mRNA 疫苗制造系統(tǒng)對(duì)比

其次是監(jiān)管與供應(yīng)鏈限制：GMP 合規(guī)原料（如質(zhì)粒 DNA、脂質(zhì)納米顆粒組件）供應(yīng)高度集中，少數(shù)廠商壟斷導(dǎo)致需求高峰時(shí)易斷供；超過 80 項(xiàng)專利覆蓋制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)，阻礙技術(shù)轉(zhuǎn)移，尤其不利于中低收入國家；針對(duì)連續(xù)轉(zhuǎn)錄等創(chuàng)新工藝的監(jiān)管框架尚未完善，延緩了新型生產(chǎn)系統(tǒng)的審批落地。

三、下一代 mRNA 制造系統(tǒng)的創(chuàng)新實(shí)踐

為突破傳統(tǒng)模式局限，模塊化制造、去中心化部署和連續(xù)流生產(chǎn)成為核心創(chuàng)新方向，多個(gè)平臺(tái)已在全球落地實(shí)踐。

（一）模塊化與去中心化平臺(tái)

這類系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化模塊整合生產(chǎn)流程，可快速部署到需求地區(qū)，減少物流依賴。圖1清晰展示了傳統(tǒng)批量生產(chǎn)與微流控連續(xù)生產(chǎn)的差異：前者批次間存在效率波動(dòng)，后者能維持長期最優(yōu)生產(chǎn)狀態(tài)。

圖1 傳統(tǒng)批量與微流控連續(xù) mRNA 疫苗生產(chǎn)流程對(duì)比注：（A）批量生產(chǎn)各批次最優(yōu)效率窗口有限；（B）連續(xù)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)單一長期最優(yōu)窗口；（C）批量生產(chǎn)中試劑濃度、酶活性持續(xù)下降；（D）連續(xù)生產(chǎn)維持各參數(shù)穩(wěn)定

BioNTech 的 BioNTainer 是典型代表，其將 GMP 潔凈室集成到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，2023 年在盧旺達(dá)落地后，僅 8 個(gè)月就投入運(yùn)營（傳統(tǒng)工廠需 3-5 年），生產(chǎn)疫苗成本較進(jìn)口降低 40%，還為當(dāng)?shù)嘏囵B(yǎng)了 45 名專業(yè)人才。但該項(xiàng)目也面臨挑戰(zhàn)：監(jiān)管審批耗時(shí) 18 個(gè)月，原料仍依賴進(jìn)口，技術(shù)人員年流失率達(dá) 25%。

Quantoom 的 Ntensify 平臺(tái)則聚焦連續(xù)流技術(shù)，在南非 Afrigen 生物公司應(yīng)用后，單反應(yīng)器可產(chǎn) 150g mRNA（約 300 萬劑），批次差異降低 85%，生產(chǎn)成本直降 60%（見表 2）。其模塊化反應(yīng)器支持并行擴(kuò)展，6 個(gè)月內(nèi)完成 3 種疫苗候選物生產(chǎn)，但一次性組件產(chǎn)生的塑料廢物比傳統(tǒng)系統(tǒng)多 40%，且微流控設(shè)備維護(hù)依賴專業(yè)技術(shù)支持。

表2 BioNTainer 與 Ntensify 平臺(tái)核心特征對(duì)比

（二）性能與成本優(yōu)勢(shì)凸顯

Ntensify 平臺(tái)的生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)批量生產(chǎn)大幅提升：mRNA 產(chǎn)量達(dá) 5.6mg/mL（傳統(tǒng) 2.0-3.5mg/mL），日產(chǎn)量 33g（傳統(tǒng) 8-12g），生產(chǎn)時(shí)間縮短一半（見表 3）。成本方面，模塊化連續(xù)生產(chǎn)的原料、人工、設(shè)備等各項(xiàng)支出均顯著降低，總成本較傳統(tǒng)模式減少 40%-60%（見表 4）。

表3 Ntensify 平臺(tái)生產(chǎn)效率提升數(shù)據(jù)

表4 兩種生產(chǎn)模式成本對(duì)比（單位：美元/劑）

（三）流程優(yōu)化的連續(xù)制造

除了模塊化平臺(tái)，AI 集成系統(tǒng)也成為重要?jiǎng)?chuàng)新。CEPI 與 BiologIC Technologies 合作的AI 驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)調(diào)控體外轉(zhuǎn)錄和 LNP 制備參數(shù)，減少人為誤差，生產(chǎn)效率提升 50%，且支持快速部署到疫情爆發(fā)區(qū)。DNA Script 的 SYNTAX 平臺(tái)則通過酶促 DNA 合成，將模板生產(chǎn)時(shí)間從數(shù)周縮短至數(shù)天，擺脫了對(duì)細(xì)菌發(fā)酵的依賴，緩解了上游供應(yīng)鏈瓶頸。

四、新一代系統(tǒng)仍存的局限

盡管下一代制造系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)顯著，但仍面臨多重挑戰(zhàn)。原料供應(yīng)方面，T7 RNA 聚合酶、修飾核苷酸、專用脂質(zhì)等 GMP 級(jí)原料依賴少數(shù)全球供應(yīng)商，易受地緣政治、需求波動(dòng)影響，2021 年可電離脂質(zhì)短缺就曾延緩疫苗推廣。

操作與人才層面，模塊化和自動(dòng)化系統(tǒng)雖減少了部分人工，但體外轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)調(diào)控、AI 系統(tǒng)調(diào)試等仍需高技能人才，中低收入國家普遍缺乏相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備和監(jiān)管能力，技術(shù)轉(zhuǎn)移難度大。

監(jiān)管與冷鏈問題同樣突出：不同地區(qū)監(jiān)管框架不統(tǒng)一，新型工藝的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)缺失，導(dǎo)致審批周期延長；下游灌裝、密封環(huán)節(jié)仍依賴昂貴設(shè)備，且多數(shù) mRNA 疫苗需 - 20℃至 - 80℃冷鏈運(yùn)輸，限制了在偏遠(yuǎn)地區(qū)的部署。

此外，可持續(xù)性問題不容忽視：一次性組件產(chǎn)生大量塑料廢物，脂質(zhì)溶解所用易燃溶劑的處理的也對(duì)移動(dòng)或偏遠(yuǎn)生產(chǎn)單元提出了更高要求。

五、未來發(fā)展方向

為破解現(xiàn)有局限，mRNA 疫苗制造需在技術(shù)創(chuàng)新、全球協(xié)作等多方面持續(xù)發(fā)力。AI 與預(yù)測(cè)自動(dòng)化將成為核心驅(qū)動(dòng)力，通過實(shí)時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)、預(yù)測(cè)設(shè)備故障、自動(dòng)化質(zhì)量控制，進(jìn)一步提升效率 —— 輝瑞已用 AI 工具將臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)間縮短至 22 小時(shí)，大幅提升研發(fā)速度。

熱穩(wěn)定制劑是突破冷鏈依賴的關(guān)鍵，目前正在研發(fā)的室溫穩(wěn)定 LNP 和凍干技術(shù)，若能實(shí)現(xiàn) 2-8℃儲(chǔ)存，將顯著降低中低收入國家的疫苗運(yùn)輸成本。自擴(kuò)增 mRNA（saRNA）平臺(tái)則有望將單劑疫苗所需 mRNA 量減少 10-100 倍，大幅降低原料需求和生產(chǎn)成本，但需解決其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、純化困難及潛在安全風(fēng)險(xiǎn)等問題。

全球公平與技術(shù)轉(zhuǎn)移是實(shí)現(xiàn)疫苗普惠的核心。未來需建立長期培訓(xùn)計(jì)劃，為中低收入國家培養(yǎng)專業(yè)人才；推動(dòng)開放獲取平臺(tái)和專利池建設(shè)，加速技術(shù)共享；通過多邊融資機(jī)制，支持這些國家構(gòu)建自主生產(chǎn)能力。同時(shí)，還需研發(fā)可降解生物反應(yīng)器材料、溶劑回收技術(shù)，提升生產(chǎn)過程的環(huán)境可持續(xù)性。

六、結(jié)論

下一代 mRNA 疫苗制造系統(tǒng)通過模塊化、去中心化、連續(xù)流生產(chǎn)等創(chuàng)新，打破了傳統(tǒng)集中式批量生產(chǎn)的局限，在成本、產(chǎn)能、部署靈活性上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，為全球疫苗公平分配帶來希望。但原料供應(yīng)、監(jiān)管協(xié)調(diào)、人才儲(chǔ)備等挑戰(zhàn)仍需攻克，AI 賦能、熱穩(wěn)定制劑等技術(shù)的落地至關(guān)重要。

唯有持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新、加強(qiáng)全球協(xié)作、完善監(jiān)管框架，才能讓 mRNA 疫苗真正成為應(yīng)對(duì)疫情和常規(guī)免疫的全球公共衛(wèi)生工具，惠及每一個(gè)需要的人。這場(chǎng)制造革命不僅關(guān)乎疫苗生產(chǎn)，更承載著構(gòu)建公平、有彈性的的全球防疫體系的使命。

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