Tak działają szczepionki na COVID-19 firm Pfizer i Moderna. Będzie przełom w medycynie?

Badania firm farmaceutycznych Moderna i Pfizer/BioNTech wzbudziły optymizm, że nowatorski rodzaj szczepionki wykonany z informacyjnego RNA, znanego jako mRNA, może zapewnić wysoki poziom ochrony, co pozwoli zapobiegać zachorowaniom na COVID-19. Wstępne i jeszcze niepublikowane raporty przekroczyły oczekiwania wielu ekspertów ds. szczepionek.

Szczepionka na COVID-19: obiecujące wyniki wstępnych badań

Moderna poinformowała, że podczas badania fazy 3 jej kandydata na szczepionkę, które objęło 30000 dorosłych uczestników w USA, tylko w 5 z 95 przypadków COVID-19 wystąpiło wśród zaszczepionych, podczas gdy w grupie placebo zidentyfikowano 90 infekcji. Odpowiada to skuteczności 94,5 procent. U żadnego z zakażonych pacjentów, którzy otrzymali szczepionkę, nie wystąpił ciężki przebieg COVID-19, ale wystąpił u 11 osób (12 procent), które otrzymały placebo.

Podobnie kandydat na szczepionkę Pfizer-BioNTech okazał się w 90 proc. skuteczny w zapobieganiu infekcjom podczas badania klinicznego 3 fazy, w którym wzięło udział 43 538 uczestników, z czego 30% w USA i 42% za granicą.

Jak działa szczepionka mRNA?

Szczepionki uczą układ odpornościowy rozpoznawania części wirusa powodującej chorobę. Szczepionki tradycyjnie zawierają osłabione wirusy lub oczyszczone białka sygnaturowe wirusa.

Ale szczepionka mRNA jest inna, ponieważ zamiast wstrzyknięcia białka wirusowego, osoba otrzymuje materiał genetyczny –mRNA – który koduje białko wirusa. Kiedy te instrukcje genetyczne są wstrzykiwane w ramię, komórki mięśniowe przekształcają je, aby bezpośrednio w organizmie wytwarzały białko wirusa.

Takie podejście naśladuje to, co SARS-CoV-2 robi w naturze, ale szczepionka mRNA koduje tylko krytyczny fragment białka wirusa. Daje to układowi odpornościowemu pogląd na to, jak wygląda prawdziwy wirus, bez powodowania choroby. To z kolei daje układowi odpornościowemu czas na zaprojektowanie silnych przeciwciał, które mogą zneutralizować prawdziwego wirusa, jeśli osobnik kiedykolwiek zostanie zainfekowany.

Chociaż to syntetyczne mRNA jest materiałem genetycznym, nie może być przekazane następnemu pokoleniu. Po wstrzyknięciu mRNA cząsteczka ta kieruje produkcją białka w komórkach mięśniowych, które osiąga maksymalny poziom przez 24 do 48 godzin i może trwać jeszcze przez kilka dni.

Dlaczego tworzenie szczepionki mRNA to tak szybki proces?

Rozwój tradycyjnych szczepionek, choć dobrze zbadany, jest bardzo czasochłonny i nie może pozwolić natychmiast zareagować na nowe pandemie, takie jak COVID-19.

Na przykład w przypadku grypy sezonowej wyprodukowanie szczepionki zajmuje około sześciu miesięcy od identyfikacji krążącego szczepu wirusa grypy. Kandydat na wirusa grypy jest hodowany przez około trzy tygodnie, aby wyprodukować wirusa hybrydowego, który jest mniej niebezpieczny i lepiej rozwija się w jajach kurzych.

Wirus hybrydowy jest następnie wstrzykiwany do wielu zapłodnionych jaj i inkubowany przez kilka dni, aby powstało więcej kopii. Następnie z jaj zbiera się płyn zawierający wirusa, wirusy szczepionkowe są zabijane, a białka wirusowe są oczyszczane przez kilka dni.

Szczepionki mRNA mogą przeskoczyć przeszkody w opracowywaniu tradycyjnych szczepionek, takich jak wytwarzanie niezakaźnych wirusów lub wytwarzanie białek wirusowych na wymagającym medycznie poziomie czystości.

Szczepionki MRNA eliminują znaczną część procesu produkcyjnego, ponieważ zamiast wstrzykiwać białka wirusowe, organizm ludzki wykorzystuje instrukcje do samodzielnego wytwarzania białek wirusowych.

Ponadto cząsteczki mRNA są znacznie prostsze niż białka. W przypadku szczepionek mRNA jest wytwarzane raczej na drodze syntezy chemicznej niż biologicznej, więc przeprojektowanie, skalowanie i masowa produkcja jest znacznie szybsze niż konwencjonalne szczepionki.

W ciągu kilku dni od udostępnienia kodu genetycznego wirusa SARS-CoV-2, kod mRNA potencjalnej szczepionki był gotowy. Najbardziej atrakcyjne jest to, że gdy narzędzia szczepionki mRNA staną się żywotne, mRNA można szybko dostosować do innych przyszłych pandemii.

Jakie są problemy z mRNA?

Technologia MRNA nie jest nowa. Syntetyczne mRNA wstrzyknięto zwierzęciu. Komórki wytworzyły pożądane białko. Ale postęp był powolny. Działo się tak, ponieważ mRNA jest nie tylko notorycznie niestabilne i łatwe do degradacji na mniejsze składniki, ale jest również łatwo niszczone przez mechanizmy obronne organizmu ludzkiego, co sprawia, że dostarczanie go do celu jest bardzo nieefektywne.

Jednak od 2005 roku naukowcy zorientowali się, jak ustabilizować mRNA i rozłożyć go na małe cząstki, aby dostarczyć go jako szczepionkę. Oczekuje się, że szczepionki mRNA COVID-19 będą pierwszymi wykorzystującymi tę technologię.

Po dziesięciu latach pracy szczepionki mRNA są teraz gotowe do oceny. Lekarze będą obserwować niezamierzone reakcje immunologiczne, które mogą być zarówno pomocne, jak i szkodliwe.

Po co przechowywać mRNA w bardzo niskiej temperaturze?

Najważniejszym wyzwaniem przy opracowywaniu szczepionki mRNA pozostaje niestabilność, ponieważ jest bardziej prawdopodobne, że rozpadnie się powyżej temperatur ujemnych.

Modyfikacja bloków budulcowych mRNA i rozwój cząstek, które mogą go w stosunkowo bezpieczny sposób otoczyć, pomogły kandydatom na szczepionkę mRNA. Ale ta nowa klasa szczepionek nadal wymaga bezprecedensowych warunków zamrażania do dystrybucji i podawania.

Jakie są wymagania dotyczące chłodzenia?

Szczepionka Pfizer-BioNTech mRNA będzie musiała być optymalnie przechowywana w temperaturze minus 70 stopni Celsjusza i ulegnie degradacji w ciągu około pięciu dni w normalnych temperaturach chłodniczych nieco powyżej zera.

Natomiast Moderna twierdzi, że jej szczepionka może być przechowywana w większości domowych lub medycznych zamrażarek przez okres do sześciu miesięcy w celu wysyłki i dłuższego przechowywania.

Moderna twierdzi również, że jej szczepionka może pozostać stabilna w standardowych warunkach chłodniczych, w temperaturze od 2 do 8 stopni Celsjusza, do 30 dni po rozmrożeniu, w ciągu sześciu miesięcy okresu przechowywania. Nic dziwnego, że firma Pfizer opracowuje również kontenery transportowe wykorzystujące suchy lód, aby sprostać ograniczeniom związanym z wysyłką.