辉瑞/BioNTech和Moderna在COVID-19 mRNA疫苗的成功直接促进了对于mRNA疗法的研究。mRNA疗法不是利用mRNA制造抗原，而是在患者靶组织的细胞中产生预期蛋白，含量和时间需要维持一定水平以实现治疗获益。mRNA疗法的应用多样：罕见病的酶替代疗法、生成激素、用于肿瘤的单克隆抗体或免疫刺激性蛋白、用于自身免疫的细胞因子或转录因子等。线性mRNA是mRNA疗法的首选方案，但线性mRNA也存在不足之处：（1）需要对结构修饰，抵御核酸酶的降解、避免先天性免疫刺激；（2）线性mRNA制造困难，需要以脂质纳米颗粒（LNP）递送，成本较高；（3）修饰后的线性mRNA半衰期较短，限制了单个分子产生治疗性蛋白的数量。
环状RNA（circRNA）是一种新型的RNA分子，Orna Therapeutics在推动该技术发展过程中做出重要贡献。RNA的环状结构可以通过前体mRNA转录外显子的5’端和3’端的剪接位点序列反向剪接形成。此前，circRNA曾不认为可以作为药物平台：这种RNA在10年前很少被观察到，学界认为这是某些RNA病毒的特殊形式或者真核生物中错误剪接的结果，circRNA很难翻译成蛋白质。
对于circRNA的研究最早可以追溯到上世纪80年代。科学家研究circRNA体内特性的过程中发现，由于这种RNA缺少3’和5’末端，核酸酶无法从此启动RNA降解，circRNA半衰期更长，稳定性较mRNA更好。然而，当时的技术只能人工合成短RNA，Orna 的联合创始人兼分子生物学主任 Alex Wesselhoeft表示：“这项技术在90年代被淘汰了。”
Wesselhoeft是麻省理工学院生物材料研究员Daniel Anderson实验室的博士生，他主动接受了这项挑战。由于在体外化学合成整个mRNA序列，再通过连接酶环化效率很低，Wesselhoeft另辟蹊径采用一种酶促反应方法构建circRNA。通过将蓝藻核酸酶序列一分为二，在mRNA的3’端连接蓝藻核酸酶上游序列，5’端连接下游序列，mRNA在体外转录过程中可以自动剪接为circRNA，避免了常用的细胞的剪接机制。这种方法大大提高了可环化RNA的分子量，长度高达5 kb，而Orna进一步将这一数字提高到10 kb。
Wesselhoeft研究发现，这些circRNA在细胞中的持续时间比以辉瑞/BioNTech 和Moderna疫苗为代表的经修饰mRNA的半衰期更大，蛋白产率更大，部分原因是circRNA不同于mRNA的蛋白翻译机制，即内部核糖体进入位点序列（IRES）。mRNA的帽依赖性翻译途径需要利用mRNA的5’帽结构来招募翻译起始复合体进而启动蛋白质合成。尽管IRES的蛋白翻译效率曾被认为比mRNA的5’帽结构低，但由于circRNA缺乏帽结构，Wesselhoeft将IRES序列插入circRNA结构中，蛋白翻译效率反而优于mRNA。Wesselhoeft表示：“我们实际看到的是如果选择了正确的IRES序列，你可以获得大量蛋白质。这真的让我们想到，也许这是一项新技术，可以带领整个mRNA领域进入下一步。”
基于上述发现，2019年Wesselhoeft、Anderson和经济学家Raffaella Squilloni（曾为哈佛的常驻企业家）共同创立了由MPM Capital孵化的Orna。2021年2月24日，Orna完成了8000万美元的A轮融资；截至2022年4月，Orna共筹资1.2亿美元资金，目前在马萨诸塞州剑桥的工厂中拥有超过70名员工。
耶鲁大学RNA生物学家Carson Thoreen表示：“理论上，circRNA想法非常有趣。到目前为止，现有证据毫无疑问证明了这些分子的稳定性更强，并且我认为它们的免疫原性也比mRNA低得多，circRNA面临的挑战在于将翻译蛋白的产量最大化。”
Orna的领先项目是针对肿瘤的原位嵌合抗原受体（CAR）-T（isCAR）疗法。目前，已有5种自体工程化CAR-T细胞疗法获得FDA批准用于治疗血液癌，这些产品均需要提取患者自身免疫细胞通过离体细胞工程实现慢病毒转染，回输前还需要对患者化疗诱导清淋。Orna 首席执行官Thomas Barnes说：“（除了巨额费用外，）控制CAR-T细胞在体内发生多少扩增也很困难。”CAR-T细胞的失控扩张将导致直接危及生命的细胞因子释放综合征。
Orna获得一种亲免疫（免疫细胞特异性）的LNP系统的使用权，可将编码CAR的circRNA体内递送至免疫细胞。Barnes表示：“（基于这个系统，CAR-T细胞的）制造过程可以在患者体内进行。”这使得免疫细胞扩增预测性更强。不同于现有的CAR-T疗法，Barnes说：“它将表现得像小分子药物，有半衰期、有峰浓度、表达逐渐减少，而且无需清淋”。理论上，这种疗法价格更低、安全性更强。
Orna已经证明其circRNA在人类疾病的动物模型中可将蛋白表达水平提高至治疗水平。在5月份召开的美国基因和细胞治疗年会（ASGCT）上，Barnes报告5剂抗CD19 isCAR完全消除了急性淋巴细胞白血病小鼠异种移植模型中的肿瘤。
Barnes认为亲免疫性LNP同样可以递送circRNA用于自身免疫疾病。Barnes说：“我们已经获得授权的第二个递送解决方案主要靶向肝脏，但一定程度上也可以靶向肌肉。”在ASGCT会议上，Barnes报道，这种LNP在杜氏肌营养不良小鼠模型中可以在一定程度上诱导表达抗肌肉萎缩蛋白。
除了以上应用优势，目前，circRNA也存在两大理论上的问题。
首先，Orna的环化方法不可避免地在连接处留下蓝藻核酶mRNA片段，Thoreen认为“至少在某些情况下其中一些残留物可能具有免疫原性，从治疗角度而言这将限制circRNA产生蛋白。”但Wesselhoeft并不认同这种观点：“残留序列很短且非编码，不会通过翻译合成新的肽。”
另一个理论上让人担忧的问题是circRNA本身的免疫反应，这同样将限制翻译效率。Wesselhoeft 和 Anderson 报告说，通过监测释放到培养基中的细胞因子和趋化因子的含量、circRNA蛋白表达稳定性和体内翻译数量发现，未修饰的circRNA在细胞中的免疫原性低于未修饰的含帽子结构的线性mRNA。但是，在生产circRNA过程中产生的非环状副产物（如线性mRNA、双链RNA）将触发免疫反应。但是Orna则认为，经过严格纯化的circRNA不会导致免疫反应。Barnes说“circRNA可以纯化到不含任何副产物，因而不存在免疫刺激性。”然而，纯化能否足够充分是有争议的。Thoreen说：“有些人提出异议，而我认为这种不确定部分来源于对于引发这种反应的物质是什么了解不够深入。因此无论是环状的还是线性的RNA中的部分序列仍然可能具有免疫原性。”
总的来说，如果circRNA能够按照Orna预期的那样发展，它将成为mRNA疗法的有力竞争者。Barnes说道：“circRNA还有很长的路要走，但是它在各个方面都具有潜在优势：它们更便宜、更快，合成分子量上限更大，表达更快、处方更好。”