新配方帮助RNA疫苗抵御高温

MIT News — Artificial Intelligence 2026/09/28 09:00 论文

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摘要

MIT研究人员使用AI算法优化RNA疫苗配方，使其在室温下稳定长达一年，这可能会改善全球疫苗分发。

RNA疫苗在对抗Covid-19方面已被证明有效，目前正在开发用于许多其他疾病，包括癌症。这些疫苗的缺点之一是需要超低温储存，但MIT的研究人员找到了一种有前途的方法来克服这一限制。借助AI算法，研究人员调整了通常用于递送mRNA疫苗的脂质纳米颗粒的配方，使疫苗更具耐热性。使用这种方法，他们配制出的疫苗即使在室温下储存长达一年，或在接近100华氏度（约38摄氏度）下储存两个月，也能保持稳定。当这些颗粒携带的Covid-19疫苗注射到小鼠体内时，它们产生了与Moderna开发的类似RNA Covid-19疫苗同样强大的免疫反应。通过使用AI算法预测颗粒的最佳配方，研究人员减少了所需实验的数量，从而大大加快了开发进程。“这个算法的真正美妙之处在于我们可以用它来处理小数据集，”MIT科赫综合癌症研究所的首席研究员Ana Jaklenec说。“运行数千个实验非常困难，所以这个算法让我们更容易实现具有我们想要的特性的配方——在这里就是稳定性。”Jaklenec和David H. Koch研究所教授Robert Langer是这篇论文的资深作者，该论文<a href="https://www.nature.com/articles/s41587-026-03331-w" target="_blank">今日发表于Nature Biotechnology</a>。研究生Jinbi Tian和博士后Khanh Tran是论文的主要作者。稳定的疫苗RNA是一种非常脆弱的分子，因此研究人员用脂质纳米颗粒（LNPs）来稳定它，保护RNA免于降解并帮助其进入细胞。然而，这些RNA-LNP疫苗仍需冷藏（-20至-80摄氏度），这使得将它们运送到没有冷藏设施的地区变得困难。使这些疫苗更耐热不仅能让它们更广泛地分发，还能帮助研究人员开发可通过新方法（如微针贴片）给药的新疫苗。这些贴片含有数百个充满疫苗的微针，当贴片贴在皮肤上时会溶解，释放疫苗。为了制造更稳定的RNA疫苗，研究人员尝试在LNPs中添加各种辅料——糖、盐或聚合物。Jaklenec和Langer最近开发了可承受更高温度的聚合物稳定LNPs，但这些LNPs与FDA批准的Moderna和Pfizer Covid-19疫苗使用的配方略有不同。在他们的新论文中，研究人员希望看看是否能找到一种方法，使这些FDA批准的配方在高温下更稳定。他们首先重新使用了一些在早期工作中有效的辅料，但“真的卡住了”，Jaklenec说。“我们试图使用和筛选以前成功用于稳定LNPs的辅料，但就是不行。这对团队来说真的很令人沮丧。”为了加快进度，研究人员决定尝试机器学习方法。他们与MIT计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员合作，开发了一种能够基于非常小的数据集进行预测的算法。“我们以前在各种自动化实验设计应用中使用过我们的算法，但从未在像疫苗稳定性这样的生物学问题上使用过，”MIT计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的电气工程与计算机科学助理教授Mina Konaković Luković说，他也是这篇论文的作者。“看到算法如此迅速地收敛到一个稳定的配方——仅通过少数迭代，而不是通常需要的穷举搜索——令人惊讶。”研究人员使用该算法分析了近50种FDA批准的辅料。对于每种辅料，研究人员首先测量将其纳入LNP时稳定RNA的效果。他们使用这些颗粒将编码一种名为萤火虫荧光素酶（产生生物发光）的蛋白质的mRNA递送到细胞中。通过测量细胞发出的光量，研究人员可以确定每种辅料保护mRNA的有效性。研究人员选择了五种最有前景的辅料，并使用AI算法预测这些辅料的最佳比例，以最佳稳定类似于Moderna使用的LNPs。基于这些预测，研究人员每次在细胞中测试两种配方，将这些结果反馈给算法，并生成更多预测。经过几轮之后，他们选择了一种看起来足够有前景的配方，以在动物研究中进行测试。这个过程只用了几周时间，比没有AI算法指导的情况下快得多。“在我们实施AI算法之前，我们花了几个月测试不同的组合，并对所有能找到的辅料进行预筛选，但没有任何东西能让我们达到100%的稳定性，”Tran说。强健的免疫反应为了测试新LNP配方的耐热性，研究人员使用这些颗粒包装Covid-19 mRNA抗原，然后使用称为真空干燥的过程对其进行脱水。这些颗粒随后在37摄氏度（98华氏度）下储存两个月，或在室温下储存一年。用这些颗粒接种的小鼠，即使经过长期储存，也显示出与接种类似于原始Moderna配方的LNP携带的疫苗的小鼠相当的免疫反应。研究人员还使用他们的新耐热配方制造了可以递送SARS-CoV-2抗原的固体微针贴片。这些贴片产生了与可注射RNA疫苗相似的免疫反应。“我们的方法不仅扩大了mRNA疫苗的应用，还扩展到了治疗或先进药物递送平台，如控释颗粒或微针贴片，这些都需要配方要么处于固态，要么在更高温度下稳定，”Tian说。研究人员还表明，他们可以使用算法来稳定其他LNP配方，包括一种类似于Pfizer用于递送其Covid-19疫苗的配方。该配方使用与MIT团队为Moderna LNP开发的相同辅料，但比例不同。研究人员表示，对于每种LNP，一旦开发出耐热配方，就可以适应于递送任何类型的mRNA负载。该研究部分由盖茨基金会资助。

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# 新配方使RNA疫苗能够耐受高温来源：https://news.mit.edu/2026/new-formulation-helps-rna-vaccines-withstand-high-temperatures-0928 已被证明对新冠病毒有效的RNA疫苗，目前正被研发用于治疗包括癌症在内的多种其他疾病。这类疫苗的一个缺点是需要超低温储存，但麻省理工学院的研究人员找到了一种有望克服这一限制的方法。借助人工智能算法，研究人员调整了通常用于递送mRNA疫苗的脂质纳米颗粒的配方，使疫苗更耐热。利用这种方法，他们开发出的疫苗即使在室温下保存长达一年，或在接近100华氏度（约37.8摄氏度）的环境下保存两个月，仍能保持稳定。当携带这些颗粒的新冠疫苗注射到小鼠体内时，它们产生的免疫应答强度与类似Moderna研发的RNA新冠疫苗相当。通过使用人工智能算法预测颗粒的最佳配方，研究人员得以减少所需进行的实验次数，从而大大加快了开发进程。 “这个算法真正的妙处在于我们可以在小数据集上使用它，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所的首席研究员Ana Jaklenec说。“进行数千次实验非常困难，因此这个算法使我们更容易实现具有我们所需特性的配方——在这种情况下是稳定性。” Jaklenec和David H.科赫研究所教授Robert Langer是该论文的资深作者，该论文今日发表于《自然·生物技术》(https://www.nature.com/articles/s41587-026-03331-w)。研究生田晋碧和博士后Khanh Tran是该论文的主要作者。 **稳定的疫苗** RNA是一种非常脆弱的分子，因此研究人员使用脂质纳米颗粒（LNPs）来稳定它，以保护RNA免于降解并帮助其进入细胞。然而，这些RNA-LNP疫苗仍然需要冷藏（-20至-80摄氏度），这使得将其运输到没有冷藏设施的地区变得困难。使这些疫苗更耐热不仅能使它们的分发范围更广，还能帮助研究人员开发可通过微针贴片等新方法接种的新型疫苗。这些贴片包含数百个充满疫苗的微针，当贴片贴在皮肤上时，微针会溶解，释放出疫苗。为了制造更稳定的RNA疫苗，研究人员尝试在LNPs中添加各种辅料——糖、盐或聚合物。Jaklenec和Langer最近开发了能够承受更高温度的聚合物稳定LNPs，但这些LNPs与FDA批准用于Moderna和Pfizer新冠疫苗的配方略有不同。在他们的新论文中，研究人员希望找到一种方法，使这些FDA批准的配方在高温下更稳定。他们首先重新使用了在早期工作中有效的辅料，但“真的卡住了”，Jaklenec说。“我们试图使用和筛选以前成功用于稳定LNPs的辅料，但这根本没有效果。这让团队非常沮丧。” 为了加快进展，研究人员决定尝试机器学习方法。他们与麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员合作，开发了一种能够基于非常小的数据集进行预测的算法。 “我们以前曾将算法用于各种自动化实验设计应用，但从未用于像疫苗稳定性这样的生物学问题，”麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的电气工程与计算机科学助理教授、该论文作者之一Mina Konaković Luković说。“令人惊讶的是，算法能如此迅速地收敛到一个稳定的配方——仅通过几次迭代就实现了，而不是通常需要的穷举搜索。” 研究人员使用该算法分析了近50种FDA批准的辅料。对于每种辅料，研究人员首先测量了当将其掺入LNP时，它在稳定RNA方面的效果。他们使用这些颗粒将编码一种称为萤火虫荧光素酶（可产生生物发光）的蛋白质的mRNA递送到细胞中。通过测量细胞发出的光量，研究人员可以确定每种辅料保护mRNA的效率。研究人员选择了五种最有前景的辅料，并使用他们的AI算法预测这些辅料的最佳比例，以最好地稳定类似于Moderna使用的LNPs。基于这些预测，研究人员每次在细胞中测试两种配方，将这些结果反馈给算法，并生成更多预测。经过几轮测试后，他们选择了一个看起来足够有前景的配方进行动物研究测试。这个过程仅用了几周时间，远少于没有AI算法指导所需的时间。 “在实施AI算法之前，我们花了几个月的时间测试不同的组合，并对所有能找到的辅料进行了预筛选，但没有什么能让我们达到100%的稳定性，”Tran说。 **强健的免疫应答** 为了测试新型LNP配方的耐热性，研究人员使用这些颗粒包装新冠病毒mRNA抗原，然后使用一种称为真空干燥的过程对其进行脱水。这些颗粒随后在37摄氏度（98华氏度）下储存两个月，或在室温下储存一年。接种了这些颗粒（即使长期储存后）的小鼠，表现出与接种由类似于原始Moderna配方的LNP携带的疫苗的小鼠相当的免疫应答。研究人员还使用他们新的耐热配方制备了固体微针贴片，该贴片可以递送SARS-CoV-2抗原。这些贴片产生的免疫应答与可注射RNA疫苗相似。 “我们的方法不仅拓宽了mRNA疫苗的应用范围，还拓宽了治疗药物或先进药物递送平台（如控释颗粒或微针贴片）的应用范围，这些应用要求配方要么处于固态，要么在更高温度下保持稳定，”田晋碧说。研究人员还表明，他们可以使用该算法来稳定其他LNP配方，包括类似于辉瑞用于递送其新冠疫苗的配方。该配方与麻省理工学院团队为Moderna LNP开发的配方使用相同的辅料，但比例不同。研究人员表示，对于每种LNP，一旦开发出耐热配方，就可以将其调整为递送任何类型的mRNA有效载荷。该研究部分由盖茨基金会资助。

新配方帮助RNA疫苗抵御高温

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