Sobota, 20 sierpnia 2022

Rozwój i działanie szczepionek z mRNA

4 sierpnia 2022

Nowa generacja szczepionek mRNA jest ostatnio gorącym tematem w wiadomościach. Przy tak wielu dyskusjach na temat ich szybkiego rozwoju i dystrybucji, pomyśleliśmy, że interesujące będzie przeanalizowanie ich najnowszej historii oraz tego, dlaczego mogą one stanowić przyszłość dla wszystkich szczepionek.

Wynalazek szczepionek z mRNA

Pierwsze udane zastosowanie mRNA u zwierząt miało miejsce w 1990 roku, przez Wolfa i wsp. na Uniwersytecie Wisconsin1. Zostało to później potwierdzone w kolejnym badaniu w 1992 roku przez grupę z Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii1. Jednak te pierwsze próby wykazujące potencjał mRNA jako narzędzia terapeutycznego nie doprowadziłyby do natychmiastowych inwestycji, ale stworzyłyby podstawy dla późniejszych badań.

Główną przyczyną opóźnień w przyjęciu mRNA były poważne obawy dotyczące stabilności mRNA oraz nieefektywne metody dostarczania in vivo dostępne w tamtym czasie. Kolejny wielki przełom nastąpił dopiero ponad dekadę później, kiedy w 2005 roku badacze ostatecznie rozwiązali problem dostarczania. Zespół Kariko i Weissmana był w stanie z powodzeniem dostarczyć hybrydową cząsteczkę mRNA do komórek, wykorzystując zmodyfikowane nukleozydy, aby wprowadzić mRNA do wnętrza ludzkich komórek bez naruszania wrodzonego systemu obronnego organizmu.

Na podstawie ich pracy powstały dwie firmy, które dostrzegły potencjał wykorzystania mRNA do opracowania nowych metod leczenia i terapii. Tymi dwoma firmami były Moderna i BioNTech. W ciągu ostatnich kilku lat opublikowano dziesiątki raportów przedklinicznych i klinicznych pokazujących skuteczność tej nowej technologii. Wczesne prace skupiały się na wykorzystaniu szczepionek mRNA w leczeniu nowotworów. Jednak w nowszych badaniach zaczęto badać ich zastosowanie przeciwko różnym patogenom zakaźnym, takim jak grypa czy Ebola. Jednak do tej pory żadna szczepionka mRNA nie została jeszcze zatwierdzona do stosowania u ludzi. Oczekuje się, że szczepionki COVID-19 opracowywane obecnie przez te dwie firmy będą pierwszymi takimi szczepionkami zatwierdzonymi do użytku przez FDA. Lekarze i cała społeczność naukowa będą uważnie obserwować, jak te szczepionki radzą sobie w praktyce, zwłaszcza jeśli wywołują jakieś niezamierzone reakcje immunologiczne.

Jak działają szczepionki z mRNA?

Szczepionki tradycyjnie zawierają albo osłabiony lub atenuowany wirus, albo oczyszczone białka wirusa, które służą do treningu układu odpornościowego w rozpoznawaniu wirusa wywołującego chorobę. Szczepionki mRNA działają inaczej, ponieważ nie zawierają żadnego materiału wirusowego. Zamiast tego zawierają materiał genetyczny, który koduje określone białko wirusowe. Organizm wykorzystuje tę informację genetyczną do przekształcenia mRNA w białko wirusowe bezpośrednio w komórkach ludzkich. Naśladuje to podejście stosowane przez różne wirusy, dając układowi odpornościowemu przedsmak tego, jak będzie wyglądał prawdziwy wirus i pozwala mu rozpocząć budowanie odpowiedzi immunologicznej. Ponieważ antygen jest wytwarzany w komórce, może stymulować odporność komórkową (z udziałem cytokin i limfocytów T), jak również humoralną (z udziałem przeciwciał i białek dopełniacza).

Obecnie w opracowaniu są trzy rodzaje szczepionek z mRNA. Należą do nich szczepionki mRNA niereplikujące, samoreplikujące oraz szczepionki mRNA z komórek dendrytycznych. Niereplikujący jest najprostszym typem; składa się z pojedynczej nici mRNA pakowanej i dostarczanej do organizmu, wytwarzającej antygen. Samoreplikujące się mRNA jest pakowane z dodatkowymi nićmi RNA, co pozwala na wytworzenie większych ilości antygenu, zapewniając silniejszą odpowiedź immunologiczną. Dodatkową korzyścią jest możliwość zastosowania mniejszej ilości szczepionki bez utraty jej skuteczności. Szczepionki z mRNA komórek dendrytycznych mogą również prezentować antygeny na innych typach komórek, aby jeszcze bardziej stymulować odpowiedź immunologiczną. Mogą one być dostosowane do konkretnego pacjenta, co wymaga pobrania próbki krwi pacjenta, która jest transfekowana szczepionką i ponownie wstrzykiwana pacjentowi. To jednak sprawia, że szeroka dystrybucja staje się trudniejsza.

Produkcja i wytwarzanie szczepionek

Główną zaletą szczepionek opartych na mRNA jest ich krótki czas opracowywania i produkcji. Ponieważ nie wymagają one produkcji niezakaźnego wirusa ani obróbki białek wirusowych, produkcja szczepionek z mRNA pozwala uniknąć problemów związanych z bezpieczeństwem, które dotyczą produkcji szczepionek w kulturach komórkowych. W rzeczywistości wszystkie składniki reakcji wymagane do produkcji mogą być uzyskane od dostawców komercyjnych, co pozwala na ich szybkie zaprojektowanie i standaryzację w odpowiedzi na pojawiające się choroby zakaźne. Dzięki temu wszelkie modyfikacje i przeprojektowania szczepionki są znacznie szybsze do wdrożenia, zwiększenia skali i masowej produkcji. Proces produkcji jest również ogólnie krótszy, ponieważ białka wirusowe o czystości medycznej nie muszą być już produkowane do wstrzyknięcia, lecz są wytwarzane przez pacjenta po wstrzyknięciu. Tak było również w przypadku SARS-CoV-2. W ciągu kilku dni od poznania kodu genetycznego, kod mRNA był dostępny dla wszystkich, aby rozpocząć testowanie możliwych kandydatów na szczepionki.

Podstawową wadą szczepionek z mRNA jest konieczność przechowywania ich w zamrażarce (-70°C). W związku z tym trwają prace nad opracowaniem preparatów, które są stabilne w wyższych temperaturach, co czyni je bardziej odpowiednimi do dystrybucji szczepionek. Ostatnio opublikowane raporty wskazują, że zmniejszenie wymagań temperaturowych dla szczepionek mRNA jest możliwe, a niektóre preparaty wykazują przedłużoną stabilność w temperaturach chłodniczych. W szczególności liofilizacja lub liofilizowanie szczepionki, proces polegający na usunięciu wody przed zamrożeniem, wykazały pewne pozytywne wyniki. Ponadto, argumentem za zwiększoną odpornością na temperaturę mogą być dane opublikowane przez firmę Moderna, które wskazują, że jej szczepionka z mRNA jest stabilna w standardowych warunkach chłodniczych. Do tej pory nie jest jasne, w jaki sposób udało im się zmniejszyć wymagania dotyczące niskiej temperatury dla ich szczepionki, choć twierdzą, że jest to wynik ich ciągłej pracy nad tym problemem w ciągu ostatnich lat. Ponadto, zastosowanie inhibitorów RNazy może dodatkowo poprawić stabilność szczepionki i wydłużyć jej okres przydatności do użycia, natomiast włączenie adiuwantu może prowadzić do zwiększenia siły działania.

Obawy dotyczące podawania i bezpieczeństwa

Nadal istnieją pewne obawy dotyczące długoterminowego bezpieczeństwa szczepionek mRNA. Ponieważ jednak proces wytwarzania tych szczepionek nie wymaga stosowania toksycznych substancji chemicznych ani hodowli komórek wirusowych, pozwala uniknąć wielu zagrożeń związanych z tradycyjnymi szczepionkami. Kolejną zaletą jest krótki czas produkcji, ograniczający szansę na ewentualne zanieczyszczenie. Nie oznacza to jednak, że szczepionki z mRNA są pozbawione ryzyka. Wykazano, że wywołują one silną odpowiedź zapalną i odnotowano przypadki reaktogenności, choć w większości przypadków są one krótkotrwałe.

Ponadto, mRNA jest szybko degradowane w organizmie przez normalne procesy komórkowe. Ma to zarówno zalety, jak i wady. Pod względem bezpieczeństwa sprawia to, że szczepionki z mRNA są bezpieczniejsze, ponieważ mają krótszy okres półtrwania, choć wymaga to również podania wielu dawek w celu uzyskania optymalnej odporności. Na szczęście nowo opracowane metody dostarczania pozwalają na uniknięcie problemów związanych z odpornością anty-wektorową i sprawiają, że szczepionki mogą być podawane wielokrotnie. Tak jest również w przypadku szczepionek Moderna i Pfizer/BioNTech, które wymagają podania dwóch dawek oddzielonych od siebie kilkoma tygodniami.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych etykiet specjalistycznych ai dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych oraz w placówkach służby zdrowia.

Referencje:

  • Norbert Pardi, Michael J. Hogan, Frederick W. Porter, and Drew Weissman. mRNA vaccines - a new era in vaccinology. Nat Rev Drug Discov. 2018 Apr;17(4):261-279.