aktualności

Praca nad stworzeniem szczepionki jest często określana jako niewdzięczna. Jak mawiał Bill Foege, jeden z najwybitniejszych lekarzy zdrowia publicznego na świecie: „Nikt ci nie podziękuje za uratowanie go przed chorobą, o której istnieniu nie wiedział”.

Lekarze zdrowia publicznego argumentują jednak, że zwrot z inwestycji jest niezwykle wysoki, ponieważ szczepionki zapobiegają zgonom i niepełnosprawności, zwłaszcza u dzieci. Dlaczego więc nie opracowujemy szczepionek przeciwko chorobom, którym można zapobiegać za pomocą szczepień? Powodem jest to, że szczepionki muszą być skuteczne i bezpieczne, aby można je było stosować u zdrowych osób, co utrudnia i wydłuża proces opracowywania szczepionek.

Przed rokiem 2020 średni czas od wstępnej koncepcji do dopuszczenia szczepionek do obrotu wynosił od 10 do 15 lat, przy czym najkrótszy okres wynosił cztery lata (szczepionka przeciwko śwince). Opracowanie szczepionki przeciwko COVID-19 w ciągu 11 miesięcy jest zatem niezwykłym osiągnięciem, możliwym dzięki wieloletnim badaniom fundamentalnym nad nowymi platformami szczepionkowymi, przede wszystkim mRNA. Wśród nich szczególnie istotny jest wkład Drewa Weissmana i dr Katalin Kariko, laureatów Nagrody im. Laskera za Badania Kliniczne i Medyczne w 2021 roku.

Zasada działania szczepionek opartych na kwasach nukleinowych wywodzi się z centralnego prawa Watsona i Cricka, zgodnie z którym DNA jest transkrybowane na mRNA, a mRNA translowane na białka. Prawie 30 lat temu wykazano, że wprowadzenie DNA lub mRNA do komórki lub dowolnego żywego organizmu będzie skutkowało ekspresją białek określonych przez sekwencje kwasów nukleinowych. Wkrótce potem koncepcja szczepionek opartych na kwasach nukleinowych została potwierdzona, gdy wykazano, że białka ekspresjonowane przez egzogenne DNA indukują ochronną odpowiedź immunologiczną. Jednak praktyczne zastosowania szczepionek DNA były ograniczone, początkowo ze względu na obawy dotyczące bezpieczeństwa związane z integracją DNA z ludzkim genomem, a później z powodu trudności w zwiększeniu skali skutecznego dostarczania DNA do jądra komórkowego.

Natomiast mRNA, choć podatne na hydrolizę, wydaje się łatwiejsze w manipulacji, ponieważ mRNA funkcjonuje w cytoplazmie i dlatego nie musi dostarczać kwasów nukleinowych do jądra. Dziesięciolecia badań podstawowych prowadzonych przez Weissman i Kariko, początkowo we własnym laboratorium, a później po uzyskaniu licencji dla dwóch firm biotechnologicznych (Moderna i BioNTech), doprowadziły do ​​powstania szczepionki mRNA. Co było kluczem do ich sukcesu?

Pokonali kilka przeszkód. mRNA jest rozpoznawane przez receptory rozpoznawania wzorców wrodzonego układu odpornościowego (rys. 1), w tym receptory z rodziny receptorów typu Toll (TLR3 i TLR7/8, które wykrywają odpowiednio dwuniciowy i jednoniciowy RNA), a kwas retinowy indukuje szlak białka genu I (RIG-1), który z kolei indukuje stan zapalny i śmierć komórek (RIG-1 to cytoplazmatyczny receptor rozpoznawania wzorców, który rozpoznaje krótkie dwuniciowe RNA i aktywuje interferon typu I, aktywując w ten sposób adaptacyjny układ odpornościowy). Zatem wstrzyknięcie mRNA zwierzętom może wywołać wstrząs, co sugeruje, że ilość mRNA, którą można zastosować u ludzi, może być ograniczona w celu uniknięcia niepożądanych skutków ubocznych.

Aby zbadać sposoby redukcji stanu zapalnego, Weissman i Kariko postanowili zrozumieć, w jaki sposób receptory rozpoznające wzorce odróżniają RNA pochodzące od patogenów od własnego RNA. Zaobserwowali, że wiele wewnątrzkomórkowych RNA, takich jak bogate w rybosomalne RNA, uległo znacznym modyfikacjom i wysunęli hipotezę, że te modyfikacje pozwalają ich własnym RNA uniknąć rozpoznania przez układ odpornościowy.

Kluczowy przełom nastąpił, gdy Weissman i Kariko wykazali, że modyfikacja mRNA pseudourydyną zamiast urydyną zmniejsza aktywację układu odpornościowego, zachowując jednocześnie zdolność do kodowania białek. Ta modyfikacja zwiększa produkcję białek nawet 1000-krotnie w porównaniu z niemodyfikowanym mRNA, ponieważ zmodyfikowane mRNA unika rozpoznania przez kinazę białkową R (czujnik, który rozpoznaje RNA, a następnie fosforyluje i aktywuje czynnik inicjacji translacji eIF-2α, tym samym blokując translację białka). Modyfikowane pseudourydyną mRNA stanowi podstawę licencjonowanych szczepionek mRNA opracowanych przez Modernę i Pfizer-Biontech.

Ostatecznym przełomem było określenie najlepszego sposobu pakowania mRNA bez hydrolizy oraz najlepszego sposobu jego dostarczania do cytoplazmy. Wiele formulacji mRNA zostało przetestowanych w różnych szczepionkach przeciwko innym wirusom. W 2017 roku dowody kliniczne z tych badań wykazały, że otoczka i dostarczanie szczepionek mRNA za pomocą nanocząsteczek lipidowych zwiększa immunogenność, zachowując jednocześnie akceptowalny profil bezpieczeństwa.

Badania uzupełniające na zwierzętach wykazały, że nanocząsteczki lipidowe oddziałują na komórki prezentujące antygen w drenujących węzłach chłonnych i wspomagają odpowiedź poprzez indukowanie aktywacji specyficznych typów limfocytów T pomocniczych CD4+ w pęcherzykach płucnych. Limfocyty T mogą zwiększać produkcję przeciwciał, liczbę długowiecznych komórek plazmatycznych oraz stopień dojrzałej odpowiedzi limfocytów B. Dwie obecnie licencjonowane szczepionki mRNA przeciwko COVID-19 wykorzystują formulacje nanocząsteczek lipidowych.

Na szczęście postęp w badaniach podstawowych dokonał się jeszcze przed pandemią, co pozwoliło firmom farmaceutycznym wykorzystać ten sukces. Szczepionki mRNA są bezpieczne, skuteczne i produkowane masowo. Podano już ponad miliard dawek szczepionki mRNA, a zwiększenie produkcji do 2-4 miliardów dawek w latach 2021 i 2022 będzie miało kluczowe znaczenie dla globalnej walki z COVID-19. Niestety, istnieją znaczne nierówności w dostępie do tych ratujących życie narzędzi, ponieważ szczepionki mRNA są obecnie podawane głównie w krajach o wysokich dochodach. I dopóki produkcja szczepionek nie osiągnie maksimum, nierówności będą się utrzymywać.

Mówiąc szerzej, mRNA obiecuje nowy początek w dziedzinie wakcynologii, dając nam możliwość zapobiegania innym chorobom zakaźnym, takim jak udoskonalanie szczepionek przeciw grypie, oraz opracowywanie szczepionek na choroby takie jak malaria, HIV i gruźlica, które zabijają dużą liczbę pacjentów i są stosunkowo nieskuteczne w przypadku metod konwencjonalnych. Choroby takie jak rak, które wcześniej uważano za trudne do leczenia ze względu na niskie prawdopodobieństwo opracowania szczepionki i potrzebę spersonalizowanych szczepionek, mogą być teraz brane pod uwagę przy opracowywaniu szczepionek. mRNA to nie tylko szczepionki. Miliardy dawek mRNA, które do tej pory wstrzyknęliśmy pacjentom, dowiodły swojego bezpieczeństwa, torując drogę innym terapiom RNA, takim jak zastępowanie białek, interferencja RNA i edycja genów CRISPR-Cas (regularne klastry przeplatanych krótkich powtórzeń palindromowych i powiązanych z nimi endonukleaz Cas). Rewolucja RNA dopiero się rozpoczęła.

Osiągnięcia naukowe Weissman i Kariko uratowały miliony istnień ludzkich, a kariera Kariko jest dynamiczna, nie dlatego, że jest wyjątkowa, ale dlatego, że ma uniwersalny charakter. Pochodząca z kraju wschodnioeuropejskiego, wyemigrowała do Stanów Zjednoczonych, aby realizować swoje naukowe marzenia, lecz zmagała się z amerykańskim systemem stałych posad, latami niepewnego finansowania badań i degradacją. Zgodziła się nawet na obniżkę pensji, aby utrzymać laboratorium i kontynuować badania. Naukowa droga Kariko była trudna, znana wielu kobietom, imigrantkom i przedstawicielom mniejszości pracujących w środowisku akademickim. Jeśli mieliście kiedyś szczęście spotkać dr Kariko, uosabia ona istotę pokory; być może to właśnie trudy jej przeszłości pozwalają jej twardo stąpać po ziemi.

Ciężka praca i ogromne osiągnięcia Weissman i Kariko odzwierciedlają każdy aspekt procesu naukowego. Bez kroków, bez mil. Ich praca jest długa i ciężka, wymagająca wytrwałości, mądrości i wizji. Choć nie możemy zapominać, że wiele osób na całym świecie nadal nie ma dostępu do szczepionek, ci z nas, którzy mieli szczęście zaszczepić się przeciwko COVID-19, są wdzięczni za ochronne korzyści płynące ze szczepionek. Gratulacje dla dwójki naukowców, których wybitna praca sprawiła, że ​​szczepionki mRNA stały się rzeczywistością. Dołączam do wielu innych osób wyrażających im moją nieskończoną wdzięczność.