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新冠疫苗到底还要多久才能问世
发布时间: 2020-6-11 10:21:47

       全球新冠疫情愈演愈烈的背景下,疫苗被寄予彻底终结疫情的厚望。3月,中国和美国几乎同时有疫苗研究宣布进入临床阶段,现在全球正在进行的新冠疫苗研究超过100项。

       虽然世界卫生组织不止一次强调,疫苗的开发很难在18个月内完成,但许多团队仍跃跃欲试,渴望创造历史。这篇文章将带大家看看这些团队都有哪些办法可用,这些办法各自存在什么困难,以及,有没有办法让疫苗的到来再快一些。



不同的疫苗研发路线,各有优缺点


       针对本次新冠病毒疫苗的开发,多个国家的不同研究团队有不同策略,其中有的传统,有的新锐。


减毒活疫苗,将野马驯化为坐骑


       这种疫苗我们并不陌生,预防脊髓灰质炎的糖丸就是一种减毒活疫苗。顾名思义,活疫苗指的是疫苗用了活性的病毒,不过经过了改造,毒性减弱,通常没有致病性就好像野马经过驯化,成为了听话的坐骑,但奔跑的功能还在。

       除了脊灰减毒活疫苗,麻腮风、水痘,以及我国第一个出口海外的拥有自主知识产权的乙型脑炎疫苗,都是减毒活疫苗。减毒活疫苗最大的优点在于,活病毒感染人体的效果接近自然感染,一般来说免疫效果好,免疫应答速度快。疫苗生产成本也不高,容易量产但减毒活疫苗的缺点也非常明显,就是需要做出毒力恰到好处的毒株,研发时间长,还有极低概率的致病风险

       目前疫情的紧急状态而言,减毒活疫苗耗时耗力的常规开发路线目前来看是缓不济急,目前尚未确定有潜力的候选疫苗株。


灭活疫苗,将野兽制成标本


       和糖丸相对应,脊髓灰质炎疫苗也有完全灭除了活性的选项,就是灭活病毒疫苗。这种技术同样可以用于生产新冠疫苗。具体做法是加热或者用化学试剂,把病毒杀死,使其失去致病力,但因为病毒表面的蛋白仍然存在,注射到人体,同样可以触发免疫反应

       这里病毒就好像一头野兽,已经被制作成标本,但形态上还是完整的。狂犬疫苗、流感疫苗以及手足口病疫苗都是这一类疫苗。灭活疫苗研发相对成熟,只要筛选出适用的毒株,能规模化生产即可,通常来说安全性也比减毒活疫苗更好,另外,只要不破坏病毒表面能引发免疫反应的蛋白关键部位,疫苗有效性也不是问题。

       产量的迅速放大可能是灭活疫苗的短板;同时灭活疫苗往往需要多次接种才能产生有足够保护力的抗体,在作为应急疫苗使用时也有所不足。灭活疫苗和减毒活疫苗有一个共同的难点,就是研发及生产涉及病毒培养,对生物安全要求相对较高,有生物安全风险。

       国内目前有三家单位已经制备了灭活疫苗样品报送国家食品药品检定研究院进行申报注册检验,分别为中国生物武汉生物制品研究所/武汉病毒所、北京科兴公司、中国医学科学院医学生物学研究所(昆明所)。其中前两家已经获得了国家食品药品监督管理局临床试验批准通知,第一家的灭活疫苗已经于4月12日在河南省武陟县开展I/II期的临床研究的第一针接种。

       由于灭活疫苗的生产对生物安全等级要求高,中国生物武汉所和北京科兴公司都已经开始修建P3(生物安全三级)灭活疫苗生产车间,一旦完成临床研究,取得正向结果,第一时间可以有灭活疫苗生产上市。


重组蛋白疫苗,直接使用野兽的皮毛


       如果说前两者是经典的疫苗研发方式,重组蛋白疫苗就是近来疫苗研发的热门方向,因为它安全性好、成本也低。

       这种疫苗研发方法,根本不需要分离获得病毒株,只需要根据病毒的序列,表达出大量的病毒抗原蛋白,制成疫苗即可也就是说这种疫苗会直接注射能引发免疫反应的蛋白质,就好像直接把野兽的皮毛拿来使用。乙肝、宫颈癌和戊肝疫苗都是这种方法的作品。新冠病毒表面的S蛋白,就可以作为合成的目标蛋白。

重组蛋白疫苗技术路线最大的优点是安全性高,因为不用直接操作病毒,规模放大也容易但是,这种技术也不是表达出一段和病毒一样的蛋白序列就可以了。其难点在于,还需要这个蛋白能折叠成和病毒上相同的结构。针对这个问题,科学家也是有套路的,比如可以让重组蛋白自组装成一个类病毒颗粒,或者利用疫苗佐剂辅助疫苗的效果。

       药企巨头葛兰素史克公司(GSK)已宣布分别与成都三叶草公司、厦门万泰公司和另一家疫苗巨头赛诺菲公司联合通过这条路线研发疫苗。合作模式都是由GSK提供佐剂系统,合作方提供重组蛋白抗原。此外,安徽智飞龙科马/中科院微生物研究所合作团队、浙江普康生物/杭州医学院病毒学研究所合作团队,美国知名疫苗公司Novavax也在开展此类疫苗研究。

       如果新型冠状病毒真的不能很快消失,或许重组蛋白技术路线的安全性和可及性,真正能够让重组蛋白新冠疫苗成为一个常规疫苗而非应急用疫苗


病毒载体疫苗,“披着狼皮的羊”


       这种技术的精髓就是“披着狼皮的羊”。把新冠病毒表面的蛋白,想办法安在其他并没有威力的病毒表面。这里的“载体”,指的就是这种没了威力的病毒,也就是“羊”,用作羊的病毒包括在最近新闻中反复出现的腺病毒。

       目前已经上市的载体病毒疫苗不多,都没有大规模得以应用,比如用黄热病毒减毒株作为载体的登革热疫苗,还有以重组水疱性口炎病毒(VSV)为载体的埃博拉疫苗;国内也开发了重组埃博拉病毒疫苗,是利用腺病毒为载体的。

       病毒载体疫苗的优点是,载体往往就能诱导产生强烈免疫应答,因此通常不需要使用额外的佐剂。此外接种方式多样,除了肌肉接种,还可以鼻腔、皮内或者口服接种。短板是,某些载体病毒还是可能整合到人的基因组,需要在研发中仔细评估。而且如果载体是能感染人的病毒,比如麻疹、流感、腺病毒,都可能因为接种者本来就有抗体,影响疫苗的保护效果。

       腺病毒载体是最常用的病毒载体之一。本次新型冠状病毒疫情发生以后,国内外以腺病毒为载体开发针对性疫苗的研究团队很多,如强生旗下杨森制药,国内的中国人民解放军军事科学院/康希诺团队、广东省科技厅、浙江省科技厅、清华大学团队、天津大学团队等。其中,军科院/康希诺团队的腺病毒载体疫苗于3月16日进入临床I期阶段,目前已经完成了接种受试者的初步安全性观察;并于4月13日进入临床II期阶段,是目前全球第一个进入临床II期研究的新型冠状病毒疫苗

       武汉博沃将与美国生物技术公司合作,利用一种复制缺陷型痘苗病毒安卡拉株(MVA)进行新冠疫苗的开发。香港大学袁国勇团队利用流感减毒株作为载体,正在开发可以用于鼻喷的新冠疫苗。法国巴斯德研究所利用改良后的麻疹疫苗株作为载体表达新冠病毒抗原基因的相关研发也在进展之中。


核酸疫苗(DNA疫苗 /mRNA疫苗),人体自己合成野兽皮毛

       这种方式区别于重组蛋白的方法,是直接给人体注射病毒抗原蛋白的编码核酸,再由人体的细胞自己合成病毒的抗原蛋白,产生免疫应答。同样不涉及到任何病毒的操作,相当于直接发挥“皮毛”的功效,只不过这一次连皮毛都是利用人体自己合成的。

       核酸疫苗又分成DNA和mRNA两种。其中,注射DNA的疫苗已经被用于艾滋病毒、流感病毒、疟疾、乙型肝炎病毒等多种疫苗的开发,并已进入到临床试验阶段。有一些DNA 疫苗已经被批准用于兽用,但是目前还没有人用DNA 疫苗获批上市。大部分mRNA疫苗也只处于临床阶段,在癌症疫苗,流感、HIV 等变异性高的病毒疫苗领域,都具有相当的优势。

       核酸疫苗方法的优点是,制作工艺比较容易标准化,疫苗的原料靠化学合成就可以,利用已有的通用设备规模化生产相对容易。这些优点都能在新冠疫情这种突发事件中发挥优势。DNA疫苗的缺点在于,这段序列可能长期存在于体内,有可能会整合到宿主染色体里,保护效果也可能比较有限。而mRNA疫苗就不进入细胞核,没有整合宿主基因组的风险,不过mRNA分子也有缺点,它们不如DNA稳定,人体内环境复杂,mRNA递送系统是否有效也是个挑战。

       流行病防范创新联盟(CEPI)正在资助美国Inovio公司开发针对新型冠状病毒的DNA疫苗INO-4800。临床试验数据库网(clinicaltrials.gov)显示,4月6日Inovio公司已经入组了40名健康受试者,开展INO-4800的I期临床试验。Moderna公司研发出的首批候选mRNA疫苗mRNA-1273,已于3月16日开启临床阶段研究。复星医药3月13日宣布,支付8500万美金获得德国BioNTech公司mRNA疫苗在区域内的独家开发授权。此外,德国的CureVac AG公司,辉瑞公司,国内的同济大学东方医院、上海斯微生物、上海公共卫生临床中心、复旦大学、上海蓝鹊生物等多个团队也在使用mRNA平台研发针对新型冠状病毒的疫苗。


疫苗研发过程漫长而复杂,每一步都充满不确定


       虽然技术的更新换代正在缩短疫苗研发时间,但寻找抗原、评估安全性并选择最佳候选疫苗、临床开发、注册审批、生产等不可或缺的步骤做下来,疫苗开发周期仍旧十分漫长。任何一步进行得不顺利,都会拖慢甚至终结整个研发过程。


寻找抗原


       抗原的寻找是一个发展变化的过程。

       最初巴斯德通过加热干燥因狂犬病死亡动物的脊髓,发明了第一代灭活疫苗,灭活的狂犬病毒就是有效的抗原。后来,利用不同方法让病毒毒力变小的减毒活疫苗出现。对健康人来说,不致病却能提供免疫保护的减毒活病毒,就是有效的抗原。

       对于不易于体外培养的病毒,如乙肝病毒,重组蛋白/基因工程技术的发展,让乙肝病毒的S蛋白在酿酒酵母中被表达出来,并能够形成病毒样颗粒结构,成为安全而有效的抗原。针对本次新冠病毒,总体来说,寻找抗原的主要路线还是根据病毒自身的性质,为候选疫苗量身打造一个安全且能有效激发免疫系统的抗原,作为候选疫苗的主要有效成分。同时,抗原的选择,也是不同研究团队本身所擅长技术路线的设计和验证过程。

评估安全性并非最佳候选疫苗


       疫苗是给健康人群使用的特殊药品,其安全性评价是一个贯穿非临床试验、临床试验和上市后评价的漫长过程。

       如果只看临床前研究阶段,主要就是利用不同动物验证疫苗的长期毒性、急性毒性、局部刺激性、过敏性、生殖毒性(如果育龄女性有接种的考虑)。疫苗的安全性评价通常要求在专门的实验室进行,往往需要数月或者更长时间。所以,利用mRNA、DNA、病毒载体等平台技术开发的疫苗,不仅可以缩短研发的时间,同时也可以利用相似的前期安全性评价数据,缩短一部分安全性评价时间。

       选择候选疫苗的工作,其实也就是对疫苗有效性和保护力的临床前研究的验证,往往是在安全性评价之前,或者是部分与安全性评价试验同步进行的。

       具体到新冠疫苗研发:做重组蛋白疫苗的,所表达的蛋白抗原首先要能够检测到与康复新冠患者病毒血清有结合;做mRNA和DNA疫苗的,首先必须检测到目的蛋白在动物体内的有效表达;做重组病毒载体疫苗的,必须做到病毒的有效包装能够被康复新冠患者病毒血清有效识别;最后跟做新冠的灭活苗一样,上述不同路线开发的疫苗,免疫动物后的血清,要能够中和不同的新冠病毒临床分离株才是初步有效的。

       最后,如果这些疫苗能够保护现有新冠模式生物在新冠病毒攻击后不发病,更没有出现抗体依赖的疾病增强作用(antibody - dependent enhancement, ADE),才能作为一个真正有效的候选疫苗。国内目前获批临床的新冠疫苗,都经过了上述一系列模型动物试验(ACE2转基因小鼠和恒河猴)的验证。Moderna公司的mRNA疫苗未进行动物攻击毒试验,直接进入临床I期研究,让诸多疫苗研发业内人士难免对其临床试验有效性的结果多出一丝忧虑。


临床开发(各期临床试验)


       疫苗的临床试验一般来说分为四期。

       Ⅰ期试验重点观察安全性和临床耐受性,观察对象一般为健康成人,通常是小范围的,国内一般设计20~30人。

       Ⅱ期试验目的是,观察或者评价疫苗在目标人群中是否能获得预期效果和一般安全性信息。国内要求最低样本量为300例。很多在动物实验中验证有效的疫苗,往往是因为Ⅱ期试验无法验证其有效性而宣布失败。

       Ⅲ期试验目的为,全面评价疫苗的保护效果和安全性,该期是获得注册批准上市的基础。根据疫苗的不同性质、其预防的不同疾病,不同疫苗Ⅲ期试验设计差别非常大。对于狂犬病疫苗这种已经有上市产品的疫苗,Ⅲ期试验一般设计几百或者千人左右。HPV疫苗则需要设计上万受试者的Ⅲ期临床,同时需要进行长达50~80个月的定期随访。有些疫苗研发即使采取了非正常顺序,时长也需要5~10年,往往就是III期临床试验所需时间比较长。

       对于新冠病毒肺炎这种新发、突发传染病,可能需要在其流行区域进行Ⅲ期临床试验,观察对照组和试验组之间的病毒感染差异。鉴于目前国内新冠肺炎疫情的发展和控制情况,新冠疫苗在国内进行III期临床试验的可能性很小,届时可能只有在国外新冠病毒流行区域选择受试者人群进行III期临床研究。如果国外疫情也得到很好的控制,没有合适的III期临床研究人群,现在完成II期临床的新冠疫苗也可以作为国家储备疫苗,将来应急情况下使用。

       Ⅳ期临床试验是疫苗注册上市后,对疫苗实际应用人群的安全性和有效性进行综合评价。

       我国的疫苗临床试验基本都由疫苗研发或生产企业作为申办方,由各省疾控中心作为研究者落实具体实施。与普通药物往往在医院进行临床研究是不同的。

注册审批与生产首批疫苗


       完成临床前研究和临床前安全性评价工作后,疫苗企业递交相关材料申请临床试验;获得批准后进行各期临床研究,达到符合预期的临床结果和报告提交后,才有可能获批上市。

       之后,疫苗企业一般需要在药监管理机构的监查下,连续生产三批合格的疫苗,才能获得疫苗生产许可证,以保证企业的生产工艺是稳定的。

最终生产的每批上市疫苗,以及之前制造的临床用疫苗,都必须通过企业自检和中国食品药品检定研究院的检定双合格方可放行。上市药品的放行国家检验称为批签发。


生产(质量控制)


       疫苗的质量控制大致来说可以分为三个阶段,第一是对疫苗生产原料的质量控制,第二是对生产过程的质量控制,第三是对疫苗生产的中间产物及最终产品实行检验检测。这三部分是保证疫苗质量及安全性的重要条件,缺一不可。

       疫苗生产使用的所有原材料一定要具有可靠的来源。除了最重要的菌毒种、细胞基质等抗原成分来源以外,培养基、缓冲溶液、器具等其他物料都应该有严格的管理。尤其是对于动物源性原料,如国内明确规定牛源性原料应排除控制疯牛病疫区来源。

       疫苗制品的质量,是由从原材料投入到产品出厂的整个过程中的一系列因素所决定的,所以疫苗的质量是生产出来的,不是检定出来的,检定只是客观地反映所监督疫苗的质量水平。

       疫苗生产过程要求执行GMP(药品生产质量管理规范)及《中国药典》相关规定。疫苗的GMP是一个宏大而复杂的内容,这里不过多赘述。总体原则就是在生产车间厂房人员匹配疫苗生产要求的同时,整个生产过程符合批准的生产工艺过程,严格按照标准操作规程操作,对生产全过程的每一个环节做最大可能的控制,才可能使产品符合所有质量要求。

       最后要强调的是,疫苗是给健康人群使用的特殊药品,每批产品都要求批签发检验,这一要求是高于普通药品的。

新冠疫苗离我们还有多远

       遵照传统的流程,疫苗从研发到上市可能需要5~10年,这个速度显然是现在的人们无法接受的。

       在目前的紧急态势下,在政策上为疫苗研发寻找“捷径”并非不可能。饱和式的科研投入,全方位的资源倾斜,多条线工作的同时开展,科研人员夜以继日的努力付出,评审机构无间歇滚动式的审评审批,都是新冠疫苗快速研发提前问世的基础。

       核酸疫苗和病毒载体疫苗目前来说确实是相对进展较快的技术路线。不过即使以最快的速度走完整个流程,也需要一年以上的时间。鉴于目前新冠病毒肆虐全球的严峻形势,目前有的公司试图通过相对复杂和受试者更多的I期临床试验(或者是I、II期临床试验合并后无缝式设计),在明确候选疫苗安全性数据的同时,尽快明确给药剂量、给药方案以及其有效性。这样或许可以申请免除II期临床,快速进入III期临床。

       个人认为,鉴于现在疫情的紧急程度,如果有疫苗通过I、II期临床被验证确实有效(保证安全性的前提下),或许可以考虑紧急状态下开展相对大规模的单臂式(无对照组,全部接种试验疫苗)III期临床设计。先给予医护人员、防疫人员以及其他易感人群最大可能的保护,然后通过未接种区域人群的感染数据进行对比分析,最终确定III期临床的实际结果。

       作为应急使用,核酸疫苗和病毒载体疫苗先期研发的速度优势使得他们能够先一个身位进入跑道。然而作为研发速度相对较慢的传统技术路线,灭活、减毒、重组蛋白疫苗也可以在后续视疫情发展,不断进行研发路线的调整。或许在未来一段时间,全球对疫苗的需求是天文数字;同时也需要更加安全、有效,易于生产、运输和接种的疫苗,对疫苗的生产成本和量产能力也会有较高的要求。不同技术路线的疫苗,在疫情不同阶段的将来都有可能脱颖而出

       2003年SARS疫情期间,也曾有多个研究团队进行过多种技术路线SARS疫苗的研发,但由于疫情很快控制住,等到相关疫苗的研究阶段推进到临床试验时,根本没有受试者存在的情况使得相关研发都成为了“屠龙之术”,最后只能不了了之。

       如果新冠疫情真能顺利在疫苗研发出来后被控制住,我们也应该重视这次疫情带来的经验和教训。在注意公共卫生防御系统、应急响应系统完善建立的同时,做好通用冠状病毒应急疫苗研发平台、通用呼吸道病毒应急疫苗研发平台甚至是通用传染病病原体应急疫苗研发平台,包括其相关应急临床方案以及应急使用方案,真正避免再次出现面对疫情时疫苗缓不济急的情况。




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