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mRNA疫苗质量控制工具
mRNA是由DNA作为模板转录而来，携带有遗传信息并指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸，mRNA疫苗的作用机理是将带有抗原基因的mRNA片段注入宿主细胞，受注射细胞的转录系统自行合成并表达抗原蛋白，该蛋白质或者被细胞蛋白酶体分解成较小的片段(多肽)，或者通过高尔基体转运到细胞外部。在细胞内酶解的抗原多肽片段与主要组织相容性复合物(MHC) I类蛋白形成复合体，表达抗原递呈细胞表面上，被CD8+ T细胞识别从而诱导细胞免疫。细胞外的刺突蛋白可被不同的免疫细胞吞噬、胞饮并被分解成较小的多肽片段，与MHC II类蛋白形成复合物，表达抗原递呈细胞表面上，被CD4+T细胞识别，并促进B细胞产生抗原特异性抗体。
理论上，mRNA拥有合成任意一种蛋白的潜能，但由于mRNA易降解，需选择合适的给药方式，使其以更小的剂量、更少的副作用，激发起更大的免疫效果。并且递送需要用脂质纳米颗粒（LNP）提供保护，将其安全递送至人体细胞。这些对于科学家来说都是极大的挑战。在解决mRNA的稳定性和递送问题后，mRNA将有可能作为蛋白质补充或替代疗法治疗其他多种疾病，同时，对于传统疫苗无力应对的多种新型病毒、癌症、代谢性疾病等，mRNA疫苗均有巨大的应用潜力。
mRNA疫苗的缺陷与合成质控的把关
当然，mRNA 疫苗也有一定缺陷，一是 mRNA不稳定，注射之后也容易被细胞分解；二是 mRNA 合成过程中容易产生双链 RNA，这种杂质会引发强烈的免疫反应，使疫苗还没来得及发挥作用就被细胞清除。近年来随着 mRNA 合成、化学修饰和递送技术的发展，mRNA 的稳定性和翻译效率大幅提高，但是mRNA疫苗效率的第一步保障仍然是对mRNA合成质量的严格把控。对此，传统核酸电泳法相对粗糙，且容易使mRNA降解，而使用Qsep系列全自动核酸片段分析仪（图1）对其进行核酸片段分布分析，可以快速高效地完成mRNA样本检测（图2），峰型图谱可以帮助我们一目了然地了解当下样本的质量情况，如图2（a）是主带完整，几乎无降解的mRNA，图2（b&c）是降解严重或者合成有问题的mRNA样本，该设备软件还具备多个样本峰图叠加比对作用（图2（d）），可以清楚分析不同合成方式下mRNA形态差异。
图1 Qsep系列全自动核酸片段分析仪
图2 单峰质粒模板 图3 弥散质粒模板
对提取出来的质粒Qsep可以检测其构型，以及线性化实验后线性质粒的比例。
图4 线性质粒 图5 超螺旋质粒
其次，在转录后的mRNA完整性检测方面，Qsep也可以提供主峰占比数据，用于评价mRNA的降解程度，此外，这也适用于LNP包埋释放后的mRNA的完整性检测。
图6 完整度不同mRNA检测结果对比（左图82%，右图40%）
图7 mRNA梯度稀释检测结果
对于纯度比较好的mRNA做梯度稀释的结果一致性如下图所示，可以完成对mRNA样品定量分析。
图8 环状与线性mRNA(红色为环状，绿色为线性）
环状mRNA，因其共价闭合环结构可以保护自身免受外切酶介导的降解，而高度稳定。Qsep可以提供两种构型mRNA区分检测方法，由此对环化效率进行质控。
此外，因为Qsep系列全自动毛细管电泳仪的高分辨率的优势，仪器也可用于加帽以及poly A尾长度检测。
图9 加帽率检测图（红色为unCap，蓝色为Cap 0，绿色为Cap 1）
如上图所示，Qsep系列可以有效区分开Uncap和Cap的条带，并且检测出峰时间仅为2分钟，用于加帽率批量标准化检测，可以节省大量的检测时间。
图10 Cap 0加帽效率检测
并且软件可以根据加帽前后条带的占比来计算加帽率，上图检测的加帽率计算值为91%。
图11 长度为128nt的poly A尾 实测图
脂质体纳米颗粒（LNP）是现阶段mRNA疫苗采用的主要递送体系。LNP保护mRNA免被降解，包埋后样本质量的变化监测也可以使用Qsep系列全自动毛细管电泳系统完成。
图12 mRNA 37℃存放质量变化监测（绿色存放5天，蓝色为10天，红色为30天）
由上图可见，存放于37℃ mRNA的主峰随时间的延长而降低，降解的小片段比例在逐渐增加，整体存放过程的质量变化清晰可见。
此外Qsep系列全自动毛细管电泳仪也可以对蛋白、抗体的纯度进行检测，由于其高灵敏的优点，可以检测到0.1%的杂带含量。
图13 蛋白样本检测图
另外，在宿主DNA残留检测方向，Qsep系列全自动毛细管电泳可以对pg级样品检测，可以对宿主DNA残留的片段大小进行质控，根据标准品，来确定其200bp以下的片段比例是否达标。
图14 宿主DNA残留片段检测
图中可以清晰地展示残留片段的分布区间，通过软件分析片段分布，获得200bp内片段占比。
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