BERLIN – Do chwili obecnej szczepionki mRNA odegrały największą na świecie rolę w walce z pandemią Covid-19. Trwają intensywne badania nad wieloma innymi potencjalnymi zastosowaniami tej technologii szczepionek, co sugeruje obiecującą przyszłość. Lek. Martina Prelog, specjalistka medycyny dziecięcej i młodzieżowej w Szpitalu Uniwersyteckim w Würzburgu w Niemczech, przedstawiła zasady, stan badań i perspektywy dotyczące tych szczepionek podczas 25. Forum Podróży i Zdrowia Centrum Medycyny Podróży w Berlinie.

Aby zrozumieć przyszłość, immunolog najpierw zbadał przeszłość. „Indukowanie komórkowych i humoralnych odpowiedzi immunologicznych przez wstrzyknięte z zewnątrz mRNA odkryto w latach 90. XX wieku” – powiedziała.

Wyzwanie niestabilności

Do istotnych przeszkód w szczepieniach mRNA należała niestabilność mRNA i zdolność układu odpornościowego do identyfikowania obcego mRNA jako zagrożenia i niszczenia fragmentów mRNA. „Przełom w kierunku szczepień nastąpił dzięki dr Katalin Karikó, która wraz z dr Drew Weissmanem z Uniwersytetu Medycznego w Pensylwanii odkryła w 2005 roku, że modyfikacje mRNA (zastąpienie urydyny nukleozydowej pseudourydyną) umożliwiają lepszą stabilność mRNA, zmniejszona immunogenność i większa zdolność translacyjna na rybosomach” – powiedział Prelog.

Dzięki temu odkryciu obaj badacze utorowali drogę do opracowania szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 i innym chorobom. Za swoje odkrycie w zeszłym roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny.

Poprawiona skalowalność

„Od 2009 roku szczepionki mRNA bada się jako opcję leczenia raka” – powiedział Prelog. „Od 2012 roku bada się je pod kątem wirusa grypy i syncytialnego wirusa oddechowego [RSV]W związku z tym kilka szczepionek mRNA jest obecnie w fazie opracowywania lub zatwierdzania. „Technologia mRNA ma tę zaletę, że umożliwia szybkie i elastyczne reagowanie na nowe warianty patogenów oraz możliwość zwiększania skali produkcji, gdy istnieje duże zapotrzebowanie na konkretną szczepionkę. „

Stosuje się różne formy i oznaczenia szczepionek mRNA, w zależności od zastosowania i pożądanego efektu, powiedział Prelog.

W szczepionkach mRNA modyfikowanych nukleozydami modyfikacje sekwencji mRNA umożliwiają dłuższe pozostawanie mRNA w organizmie i skuteczniejsze indukowanie syntezy białek.

Szczepionki mRNA otoczone nanocząsteczkami lipidowymi (LNP) chronią kodujące sekwencje mRNA przed degradacją przez enzymy organizmu i ułatwiają wchłanianie mRNA do komórek, gdzie następnie uruchamia on produkcję pożądanego białka. Ponadto LNP biorą udział w stymulacji komórek i wspierają efekt samoadiuwantowy szczepionek mRNA, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania adiuwantów.

Samoamplifikujące się szczepionki mRNA zawierają specjalny mRNA, który replikuje się w komórce i oprócz sekwencji kodującej białko zawiera sekwencję replikazy RNA. Skład ten umożliwia zwiększoną produkcję docelowego białka bez konieczności podawania dużej ilości zewnętrznego mRNA. Takie szczepionki mogą wywołać dłuższą i silniejszą odpowiedź immunologiczną, ponieważ układ odpornościowy ma więcej czasu na interakcję z białkiem.

Immunoterapia nowotworów

W ramach projektu Prelog omówiono także spersonalizowane szczepionki do immunoterapii nowotworów. Spersonalizowane szczepionki mRNA są dostosowane do cech genetycznych i antygenów pacjenta. Można je zastosować w immunoterapii nowotworów w celu selektywnej aktywacji układu odpornościowego przeciwko komórkom nowotworowym.

Multiwalentne szczepionki mRNA zawierają mRNA, które koduje wiele antygenów, a nie tylko jedno białko, w celu wygenerowania odpowiedzi immunologicznej. Szczepionki te mogą być szczególnie przydatne w zwalczaniu patogenów o zmiennej lub zmieniającej się strukturze powierzchni lub w wywoływaniu ochrony przed wieloma patogenami jednocześnie.

Technologia przeciwciał kodowanych przez mRNA polega na wprowadzeniu do komórki mRNA, w wyniku czego powstają lekkie i ciężkie łańcuchy przeciwciał. Ten etap prowadzi do powstania przeciwciał skierowanych przeciwko toksynom (np. błonicy i tężcowi), jadom zwierzęcym, czynnikom zakaźnym lub komórkom nowotworowym.

Inżynieria genetyczna

W ramach projektu Prelog dokonano także przeglądu technik inżynierii genetycznej. W terapii regeneracyjnej lub terapii zastępczej białkiem fibroblasty skóry lub inne komórki transfekuje się mRNA, aby umożliwić konwersję w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste. Podejście to pozwala uniknąć ryzyka integracji DNA z genomem i związanego z tym ryzyka mutacji.

Innym podejściem jest wprowadzanie modyfikacji potranskrypcyjnych poprzez interferencję RNA. Na przykład struktury RNA można zastosować do hamowania translacji białek chorobotwórczych. Technika ta jest obecnie testowana pod kątem HIV i nowotworów, takich jak czerniak.

Ponadto technologie mRNA można łączyć z technologią CRISPR/Cas9 („nożyce genowe”), aby jeszcze precyzyjniej wpływać na tworzenie produktów genowych. Zaletą tej techniki jest to, że mRNA ulega jedynie przejściowej ekspresji, co zapobiega niepożądanym skutkom ubocznym. Co więcej, mRNA podlega translacji bezpośrednio w cytoplazmie, co prowadzi do szybszej inicjacji edycji genów.

Spośród licznych trwających badań klinicznych nad szczepionką mRNA około 70% koncentruje się na infekcjach, około 12% na nowotworach, a reszta na chorobach autoimmunologicznych i zaburzeniach neurodegeneracyjnych, powiedział Prelog.

Badania nad infekcjami

Najbardziej zaawansowane są badania w dziedzinie chorób zakaźnych i onkologii: szczepionki mRNA przeciwko grypie i wirusowi RSV znajdują się już w zaawansowanych badaniach klinicznych, powiedział Prelog Wiadomości medyczne Medscape.

„Konwencjonalne szczepionki przeciw grypie zawierają immunogenne cząsteczki powierzchniowe przeciwko hemaglutyninie i neuraminidazie w różnych kombinacjach szczepów grypy A i B i są produkowane w hodowlach jaj lub komórek” – powiedziała. „To czasochłonny proces produkcyjny, który zajmuje miesiące i szczególnie w przypadku procesu opartego na jajach wiąże się z ryzykiem zmiany szczepu szczepionki”.

„Ponadto wirusy grypy ulegają przesunięciu antygenowemu i dryfowi poprzez rekombinację, co wymaga corocznych dostosowań szczepionek. W związku z tym te szczepionki przeciw grypie często tracą skuteczność w ukierunkowaniu na krążące szczepy grypy sezonowej”.

Kilka testowanych szczepionek mRNA zawiera nie tylko sekwencje kodujące hemaglutyninę i neuraminidazę, ale także białka strukturalne wirusów grypy. „Są one bardziej konserwatywne i trudniej mutują, co oznacza, że ​​mogą służyć jako podstawa uniwersalnych szczepionek przeciwko grypie pandemicznej” – stwierdził Prelog.

Dodała, że ​​zaletą szczepionek mRNA jest silna komórkowa odpowiedź immunologiczna, jaką wywołują. Odpowiedź ta ma na celu zapewnienie dodatkowej ochrony obok specyficznych przeciwciał. Szczepionka mRNA z sekwencjami kodującymi białko przedfuzyjne wirusa RSV znajduje się w fazie badań 3 w celu zatwierdzenia do szczepienia pacjentów w wieku 60 lat i starszych. Wykazuje wysoką skuteczność nawet u pacjentów w podeszłym wieku i z chorobami współistniejącymi.

Opracuj proces oczyszczania

Do produkcji szczepionek mRNA wykorzystuje się plazmidowy DNA pochodzenia bakteryjnego. Szczepionki mRNA przeciwko Covid-19 wzbudziły obawy, że pozostałości DNA związane z produkcją mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa i powodować choroby autoimmunologiczne.

Szczepionki te „zwykle przechodzą bardzo skomplikowany proces oczyszczania” – stwierdził Prelog. „Polega to na trawieniu enzymatycznym DNazą w celu fragmentacji i wyczerpania plazmidowego DNA, a następnie oczyszczaniu przy użyciu kolumn chromatograficznych, tak aby po tym nie pozostały żadne fragmenty DNA istotne dla bezpieczeństwa”.

W związku z tym Instytut Paula Ehrlicha zwrócił również uwagę, że bardzo małe, pofragmentowane reszty plazmidowego DNA pochodzenia bakteryjnego w szczepionkach mRNA przeciwko Covid-19 nie stwarzają żadnego ryzyka, w przeciwieństwie do pozostałości DNA z hodowli komórek zwierzęcych, które mogą stwarzać w innych szczepionkach.

Profilaktyka i Terapia

Oprócz licznych zalet szczepionek mRNA (takich jak szybka zdolność adaptacji do nowych lub zmutowanych patogenów, skalowalność, szybka zdolność produkcyjna, działanie samoadiuwantowe, silna indukcja komórkowej odpowiedzi immunologicznej i bezpieczeństwo), istnieją również wyzwania związane z technologią RNA, takie jak Zdaniem Preloga jest to środek zapobiegawczy i terapeutyczny.

„Stabilność i możliwość przechowywania, a także koszty opracowania nowych szczepionek odgrywają rolę, podobnie jak długoterminowe skutki dotyczące trwałości przeciwciał i odpowiedzi komórkowych” – stwierdziła. Na przykład szczepionki mRNA przeciwko Covid-19 wykazały dobrze utrzymaną komórkową odpowiedź immunologiczną pomimo tendencji do szybkiego osłabienia humoralnej odpowiedzi odpornościowej.

„Doświadczenia ze szczepionkami mRNA przeciwko Covid-19 oraz nowe opracowania szczepionek opartych na technologii mRNA dają nadzieję na skuteczne i bezpieczne zastosowanie zapobiegawcze i terapeutyczne, szczególnie w dziedzinie chorób zakaźnych i onkologii” – podsumował Prelog.

Ta historia została przetłumaczona z Wydanie niemieckie Medscape w ramach tego procesu wykorzystuje się kilka narzędzi redakcyjnych, w tym sztuczną inteligencję. Redaktorzy sprawdzili tę treść przed publikacją.