Abstract

Vaccine development is among the critical issues for ceasing the COVID-19 pandemic. This review discusses the current usage of biomaterials in vaccine development and provides brief descriptions of the vaccine types and their working mechanisms. New types of vaccine platforms (next-generation vaccines and DNA- or mRNA-based vaccines) are discussed in detail. The mRNA vaccine encoding the spike protein viral antigen can be produced in a cell-free system, suggesting that mRNA vaccines are safer than “classic vaccines” using live or inactivated virus. The mRNA vaccine efficacy is typically high at approximately 95%. However, most mRNA vaccines need to be maintained at −20 or −70 degrees for storage for long periods (half a year) and their transportation because of mRNA vaccine instability in general, although mRNA vaccines with unmodified and self-amplifying RNA (ARCT-154, Arcturus), which have a lyophilized form, have recently been reported to be kept at room temperature. mRNA vaccines are typically entrapped in lipid nanoparticles composed of ionizable lipids, polyethylene glycol (PEG)-lipids, phospholipids, and cholesterol. These components and their composition affect mRNA vaccine stability and efficacy and the size of the mRNA vaccine. The development of an improved mRNA vaccine entrapped in sophisticated biomaterials, such as novel lipid nanoparticles, using new types of biopolymers or lipids is necessary for high efficacy, safe transportation and long-term storage of the next generation of mRNA vaccines under mild conditions.

摘要

疫苗开发是阻止 COVID-19 大流行的关键问题之一。本综述讨论了生物材料在疫苗开发中的当前使用情况，并简要介绍了疫苗类型及其工作机制。详细讨论了新型疫苗平台（下一代疫苗和基于 DNA 或 mRNA 的疫苗）。编码刺突蛋白病毒抗原的 mRNA 疫苗可以在无细胞系统中生产，这表明 mRNA 疫苗比使用活病毒或灭活病毒的“经典疫苗”更安全。mRNA 疫苗的效力通常很高，约为 95%。但是，由于mRNA疫苗普遍不稳定，大多数mRNA疫苗需要保持在-20或-70度进行长期（半年）储存和运输，尽管具有未修饰和自扩增 RNA 的 mRNA 疫苗（ARCT-154，Arcturus）具有冻干形式，但最近据报道可在室温下保存。mRNA 疫苗通常包裹在由可电离脂质、聚乙二醇 (PEG)-脂质、磷脂和胆固醇组成的脂质纳米颗粒中。这些成分及其组成会影响 mRNA 疫苗的稳定性和功效以及 mRNA 疫苗的大小。使用新型生物聚合物或脂质开发一种改进的 mRNA 疫苗，包裹在复杂的生物材料中，例如新型脂质纳米颗粒，对于下一代 mRNA 疫苗在温和条件下的高效、安全运输和长期储存是必要的。最近有报道说要在室温下保存。mRNA 疫苗通常包裹在由可电离脂质、聚乙二醇 (PEG)-脂质、磷脂和胆固醇组成的脂质纳米颗粒中。这些成分及其组成会影响 mRNA 疫苗的稳定性和功效以及 mRNA 疫苗的大小。使用新型生物聚合物或脂质开发一种改进的 mRNA 疫苗，包裹在复杂的生物材料中，例如新型脂质纳米颗粒，对于下一代 mRNA 疫苗在温和条件下的高效、安全运输和长期储存是必要的。最近有报道说要在室温下保存。mRNA 疫苗通常包裹在由可电离脂质、聚乙二醇 (PEG)-脂质、磷脂和胆固醇组成的脂质纳米颗粒中。这些成分及其组成会影响 mRNA 疫苗的稳定性和功效以及 mRNA 疫苗的大小。使用新型生物聚合物或脂质开发包裹在复杂生物材料（例如新型脂质纳米颗粒）中的改进 mRNA 疫苗对于在温和条件下高效、安全运输和长期储存下一代 mRNA 疫苗是必要的。这些成分及其组成会影响 mRNA 疫苗的稳定性和功效以及 mRNA 疫苗的大小。使用新型生物聚合物或脂质开发包裹在复杂生物材料（例如新型脂质纳米颗粒）中的改进 mRNA 疫苗对于在温和条件下高效、安全运输和长期储存下一代 mRNA 疫苗是必要的。这些成分及其组成会影响 mRNA 疫苗的稳定性和功效以及 mRNA 疫苗的大小。使用新型生物聚合物或脂质开发包裹在复杂生物材料（例如新型脂质纳米颗粒）中的改进 mRNA 疫苗对于在温和条件下高效、安全运输和长期储存下一代 mRNA 疫苗是必要的。