mRNA Manufacturing Platform 新突破：Pfizer USTAT 能取代 Plasmid DNA 嗎？

Executive Summary

• Pfizer 發表全新的 USTAT（Unified Sequential Template Amplification and Transcription）平台

• 利用 Rolling Circle Amplification（RCA）建立不依賴傳統 plasmid DNA 的 mRNA 製造流程

• 從 DNA template 到 mRNA 生產可縮短至約兩天

• RNA 品質已接近傳統 plasmid DNA 製程，但仍面臨 dsRNA 等挑戰

• 未來可能影響個人化癌症疫苗、罕見疾病治療與下一代 RNA therapeutics 的製造模式

前言：未來的 mRNA 藥物，真的還需要細菌嗎？

自從 COVID-19 疫苗成功上市之後，mRNA 技術迅速從傳染病領域擴展到癌症免疫治療、蛋白質替代療法、基因編輯以及再生醫學。

過去幾年，大家討論最多的是：

• 更好的 mRNA 設計

• 更好的 Lipid Nanoparticles（LNP）

• Circular RNA

• Self-amplifying RNA

• 組織特異性遞送技術

但如果你實際參與過 mRNA 藥物開發，很快就會發現另一件事：

很多時候，真正拖慢整個開發流程的，並不是 RNA 本身。

而是 RNA 上游的 DNA template。

目前絕大多數 mRNA 生產流程都建立在 plasmid DNA（pDNA）之上。

換句話說，在製造 mRNA 之前，我們必須先製造 DNA。

這個流程通常包含：

DNA 設計

↓

建立 plasmid

↓

細菌發酵

↓

plasmid 純化

↓

線性化

↓

In Vitro Transcription（IVT）

↓

mRNA

這套流程已經非常成熟。

COVID-19 疫苗時期，Moderna 與 Pfizer/BioNTech 等公司也都是建立在類似的製造架構之上。

但這裡有一個有趣的問題：

如果今天要開發一條新的 mRNA，真正花時間的往往不是 RNA 本身，而是前面的 DNA template。

尤其當產業開始朝向：

• Personalized Cancer Vaccines

• Rare Disease Therapeutics

• On-demand Manufacturing

發展時，

DNA template 製造速度很可能成為新的瓶頸。

也因此，Pfizer 最近發表的一篇研究引起了我的注意。

這篇論文並沒有設計新的 RNA，也沒有開發新的 LNP。

作者想解決的是一個更根本的問題：

我們真的還需要 plasmid DNA 嗎？

Pfizer 想重新發明的，其實不是 RNA

2026 年，Pfizer Bioprocess R&D 團隊在 npj Vaccines 發表了一篇相當有意思的研究：

USTAT: Unified Sequential Template Amplification and Transcription—a fully synthetic mRNA manufacturing platform

與大部分 RNA therapeutics 論文不同，

這篇研究關注的不是新的 RNA sequence。

也不是新的 delivery technology。

而是：

mRNA 本身到底該怎麼製造。

作者提出了一個大膽的想法：

如果能夠完全繞過細菌發酵，直接利用合成 DNA 製造 RNA，會不會更快？

更簡單？

也更適合未來的個人化醫療？

這就是 USTAT 誕生的原因。

USTAT 到底是什麼？

簡單來說，

USTAT 是一套利用 Rolling Circle Amplification（RCA）建立 DNA template，再直接轉錄成 RNA 的系統。

流程如下：

Synthetic DNA

↓

Circular DNA

↓

Rolling Circle Amplification（RCA）

↓

Linearization

↓

In Vitro Transcription（IVT）

↓

mRNA

最大的不同在於：

它不需要傳統 plasmid fermentation。

也不需要建立完整的 bacterial production system。

作者希望把 DNA amplification、linearization 與 RNA transcription 串成一個連續流程。

如果成功，

未來從 DNA 設計到 mRNA 生產可能只需要幾天。

Figure 1. USTAT workflow compared with traditional plasmid DNA manufacturing process. Source: LuTra Studio

第一個亮點：只保留真正需要的 DNA

傳統 plasmid DNA 除了目標基因之外，通常還包含：

• Antibiotic resistance genes

• Origin of replication

• Bacterial backbone

這些序列對最終 mRNA 生產其實沒有直接貢獻。

USTAT 則採取完全不同的策略。

作者建立的 DNA template 只保留：

• T7 promoter

• 5’ UTR

• Coding sequence

• 3’ UTR

• PolyA tail

換句話說，

所有 DNA 都與 RNA 生產直接相關。

這看起來只是模板變小，

但背後代表的是一個重要思維轉變：

未來的 DNA template 不一定需要來自細菌。

哪個結果最讓我意外？

如果要選整篇論文最有趣的結果，

我會選：

Purification 反而讓 RNA 品質變差。

作者最初的流程包含：

RCA

↓

Purification

↓

Linearization

↓

Purification

↓

IVT

結果產生的 RNA 品質並不理想。

RNA integrity 約只有 60%。

接著他們做了一個非常簡單的實驗：

把中間 purification 步驟拿掉。

結果 RNA integrity 直接提升到接近 86%。

這其實顛覆很多人的直覺。

因為一般認為：

更多 purification = 更高品質。

但 RCA DNA 是一種高度分支（hyperbranched）的特殊結構。

作者推測 purification 過程可能反而破壞了這些結構。

從 Process Development 的角度來看，

這是一個非常值得思考的結果。

很多時候最大的改善，

並不是增加更多步驟，

而是移除不必要的步驟。

Figure 2. RCA DNA hyperbranched structure and the potential impact of purification steps. Source: LuTra Studio

USTAT 是怎麼一步一步被優化的？

接下來作者開始進入典型的製程開發模式。

他們系統性測試：

• RCA reaction time

• Random hexamer concentration

• Buffer composition

• Salt concentration

• Additives

其中最有趣的是，

作者發現將 linearization 溫度從 37°C 提高到 50°C 後，

RNA integrity 可以進一步提升。

原因可能是高溫有助於打開 RCA DNA 的複雜結構，

讓 restriction enzyme 更容易切割。

這類結果其實很像我們在製程開發中常看到的情況：

真正影響產品品質的，

未必是新的技術，

而是對系統更深入的理解。

USTAT 最後交出的成績單

經過一系列優化之後，

USTAT 的表現其實相當不錯。

RNA Integrity

USTAT：約 86%

Plasmid DNA：約 91%

差距已經相當接近。

RNA Fidelity

RNA sequencing 顯示：

幾乎沒有明顯 mutation 或 indel。

代表 RCA 並沒有犧牲序列正確性。

5’ Capping Efficiency

略低於 plasmid DNA。

但差距不大。

dsRNA

這是目前最大的挑戰。

USTAT 產生的 dsRNA 高於傳統 plasmid DNA。

對於 RNA therapeutics 而言，

dsRNA 可能活化先天免疫反應，

進而降低翻譯效率。

因此未來仍需要進一步優化。

Figure 3. Comparison of RNA quality metrics between USTAT and traditional plasmid DNA workflows. Source: LuTra Studio

我最意外的結果：USTAT 的表現時間更久

作者利用 HEK293T 細胞測試 Luciferase 表現。

結果顯示：

前期表現量較低。

但到了 48 小時，

USTAT RNA 的表現反而超越對照組。

有趣的是，

作者自己也無法完全解釋這個現象。

可能原因包括：

• RNA folding 差異

• RNA stability 差異

• Translation kinetics 差異

• dsRNA 分布差異

這部分其實很值得未來深入研究。

因為如果這個現象能夠被證實，

它可能不只是製造技術，

而是可能影響最終產品表現。

這篇 Paper 真正重要的其實不是 RCA

很多人看完這篇研究，

第一個想到的是 RCA。

但我認為真正重要的其實不是 RCA。

而是 Pfizer 正在挑戰一個過去十年很少人質疑的假設：

mRNA 一定需要 plasmid DNA 嗎？

這才是整篇研究最有價值的地方。

因為如果 DNA template 不再需要 fermentation，

那麼：

• 成本

• 製造速度

• 客製化能力

• 供應鏈彈性

都可能被重新定義。

其實mRNA manufacturing platform產業已經開始尋找 Plasmid DNA 的替代方案

Pfizer 並不是唯一思考這個問題的團隊。

近年產業界已經出現多種不同策略。

Touchlight

利用 Doggybone DNA（dbDNA）建立完全 cell-free DNA template。

目前已進入 GMP 與臨床應用階段。

Aldevron

除了傳統 plasmid DNA，

也提供 linear DNA 與核酸原料相關服務。

PlasmidFactory

專注於 minicircle DNA。

透過移除大部分 bacterial backbone，

降低不必要 DNA 序列。

Pfizer USTAT

則利用 RCA 建立新的 DNA amplification 平台。

雖然仍處於研究階段，

但提供了另一種可能性。

Personalized Medicine 為什麼可能受益？

如果未來每位病人都需要不同的 RNA，

那麼真正的瓶頸可能不再是 RNA design。

而是：

DNA template 能不能在幾天內做好。

例如：

Personalized Cancer Vaccines

每位病人的 neoantigen 都不同。

Rare Disease Therapies

患者數量少，

需要更彈性的製造模式。

On-demand Manufacturing

疫情、軍事醫療或偏遠地區醫療情境。

都可能需要更快速的 DNA-to-RNA 製造能力。

USTAT 是否適合這些應用，

目前還沒有答案。

但它確實提供了一個值得關注的新方向。

LuTra Studio Observation

如果把這篇研究放在更大的產業脈絡來看，

會發現未來 mRNA 的競爭可能不只是：

誰有更好的 RNA。

而是：

誰有更快的製造能力。

COVID-19 時代讓世界看見 RNA 的力量。

Personalized Medicine 時代，

可能會讓整個產業重新思考 DNA template 的價值。

未來的競爭不一定只來自更好的 RNA 設計，

也可能來自更快、更靈活的 RNA 製造能力。

LuTra Studio Technical & CMC Strategy Consulting

LuTra Studio 提供生技與生命科學領域的技術與策略諮詢服務，協助團隊評估：

• mRNA Platform Development

• DNA Template Strategy Assessment

• LNP Delivery Technologies

• Process Development & Scale-up

• CMC Strategy Planning

• CDMO Selection & Technical Due Diligence

• Emerging RNA Manufacturing Technologies

從技術創新到產品化，

真正困難的往往不是第一個實驗結果，

而是如何把技術轉化為可製造、可監管、可商業化的平台。

References

Ghosh S, Simms CL, Rohrer SD, Castaneda CH, Saelens JW, Niehaus K, Swyers MJ, Russo J., USTAT: Unified Sequential Template Amplification and Transcription—a fully synthetic mRNA manufacturing platform. Npj Vaccines. 2026;11:112. DOI: https://doi.org/10.1038/s41541-026-01434-8

LuTra Studio Note

本文主要根據 Pfizer 發表於 npj Vaccines 的 USTAT 研究以及公開產業資訊整理。部分關於 DNA template 平台、個人化醫療與 RNA 製造未來發展的討論屬於作者個人觀察與分析，不代表相關公司官方立場或未來商業化結果。