Ваксина срещу иРНК COVID-19: крайъгълен камък в науката и промяна на играта в медицината

Вирусните протеини се прилагат като антиген под формата на ваксина и имунната система на тялото образува антитела срещу дадения антиген, като по този начин осигурява защита срещу всяка бъдеща инфекция. Интересното е, че това е първият път в човешката история, че съответната иРНК сама по себе си се дава под формата на ваксина, която използва клетъчния механизъм за експресия/транслация на антигена/протеина. Това ефективно превръща клетките на тялото във фабрика за производство на антиген, който от своя страна осигурява активен имунитет чрез генериране на антитела. Установено е, че тези иРНК ваксини са безопасни и ефективни при клинични изпитвания върху хора. И сега, COVID-19 иРНК на хората се прилага ваксина BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) по протокол. Като първата надлежно одобрена иРНК ваксина, това е крайъгълен камък в науката, който постави началото на нова ера в медицина и доставка на лекарства. Това скоро може да види приложението на иРНК технология за лечение на рак, набор от ваксини за други заболявания и по този начин евентуално промяна на медицинската практика и оформяне на фармацевтичната индустрия като цяло в бъдеще.  

Ако в клетката е необходим протеин за лечение на болестно състояние или за да действа като антиген за развитие на активен имунитет, този протеин трябва да бъде доставен в клетката безопасно в непокътната форма. Това все още е трудна задача. Може ли протеинът да бъде експресиран директно в клетката чрез инжектиране на съответната нуклеинова киселина (ДНК или РНК), която след това използва клетъчния механизъм за експресия? 

Група изследователи замислиха идеята за кодирано лекарство с нуклеинова киселина и демонстрираха за първи път през 1990 г., че директното инжектиране на иРНК в мускула на мишката доведе до експресия на кодиран протеин в мускулните клетки^S. Това отвори възможността за генно-базирани терапии, както и за генно-базирани ваксини. Това развитие се счита за разрушителна технология, спрямо която ще се измерват бъдещите технологии за ваксини ^S.

Мисловният процес бързо се измести от „генен“ към „иРНК-базиран" трансфер на информация, тъй като иРНК предлага няколко предимства в сравнение с ДНК тъй като иРНК нито се интегрира в генома (следователно няма вредна геномна интеграция), нито се възпроизвежда. Той има само елементи, директно необходими за експресията на протеин. Рекомбинация между едноверижна РНК е рядка. Освен това той се разпада в рамките на няколко дни в клетките. Тези характеристики правят тРНК по-подходяща като безопасна и преходна молекула, носеща информация, която да действа като вектор за разработване на генно-базирана ваксина ^S. С напредъка в технологиите, особено свързани със синтеза на проектирани иРНК с правилни кодове, които могат да бъдат доставени в клетките за експресия на протеини, обхватът се разшири допълнително от ваксини към терапевтични лекарства. Използването на иРНК започва да привлича внимание като клас лекарства с потенциално приложение в областите на имунотерапията на рак, ваксините срещу инфекциозни заболявания, базираната на иРНК индукция на плурипотентни стволови клетки, подпомагана от иРНК доставка на дизайнерски нуклеази за геномно инженерство и др. ^S.  

Появата на ваксини на базата на иРНК и терапевтиците получиха допълнително попълване от резултатите от предклинични проучвания. Установено е, че тези ваксини предизвикват мощен имунен отговор срещу мишени на инфекциозни заболявания в животински модели на грипен вирус, вирус Зика, вирус на бяс и други. Обещаващи резултати са наблюдавани и при използване на тРНК в клинични проучвания за рак ^S. Осъзнавайки търговския потенциал на технологията, индустриите направиха огромни инвестиции в научноизследователска и развойна дейност във ваксини и лекарства, базирани на иРНК. Например, до 2018 г. Moderna Inc. може вече да е инвестирала повече от милиард долара, докато все още години е далеч от всеки предлаган на пазара продукт ^S. Въпреки съгласуваните усилия за използване на иРНК като терапевтична модалност във ваксини за инфекциозни заболявания, имунотерапии на рак, лечение на генетични заболявания и протеино-заместващи терапии, приложението на тРНК технологията е ограничено поради нейната нестабилност и склонност към разграждане от нуклеази. Химическата модификация на иРНК помогна малко, но вътреклетъчното доставяне все още остава пречка, въпреки че наночастиците на основата на липиди се използват за доставяне на иРНК ^S. 

Истинският тласък към напредъка на тРНК технологията за терапевтици дойде, благодарение на злощастната ситуация, представена от света Covid-19 пандемия. Разработването на безопасна и ефективна ваксина срещу SARS-CoV-2 стана най-важният приоритет за всички. Беше проведено широкомащабно многоцентрово клинично изпитване, за да се установи безопасността и ефективността на тРНК ваксината COVID-19 BNT162b2 (Pfizer/BioNTech). Изпитването започна на 10 януари 2020 г. След около единадесет месеца упорита работа, данните от клиничното проучване доказаха, че COVID-19 може да се предотврати чрез ваксинация с BNT162b2. Това предостави доказателство за концепцията, че ваксината, базирана на иРНК, може да осигури защита срещу инфекции. Безпрецедентното предизвикателство, поставено от пандемията, помогна да се докаже, че ваксина, базирана на иРНК, може да бъде разработена с бързи темпове, ако бъдат предоставени достатъчно ресурси ^S. ИРНК ваксината на Moderna също получи разрешение за спешна употреба от FDA миналия месец.

И двете COVID-19 тРНК ваксини т.е. BNT162b2 на Pfizer/BioNTech и Moderna на mRNA-1273 сега се използват за ваксиниране на хора съгласно националните протоколи за прилагане на ваксина ^S.

Успехът на двама Covid-19 иРНК (BNT162b2 на Pfizer/BioNTech и mRNA-1273 на Moderna) ваксини в клинични изпитвания и тяхното последващо одобрение за употреба е крайъгълен камък в науката и медицината. Това доказа недоказана досега медицинска технология с висок потенциал, която научната общност и фармацевтичната индустрия преследват в продължение на почти три десетилетия ^S.   

Новият ентусиазъм след този успех непременно ще събере енергия, след като пандемията и терапията с иРНК ще се окаже допълнително разрушителна технология, която въвежда нова ера в медицината и науката за доставка на лекарства.   

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2012291  

*** 

Източници  

1. Wolff, JA et al., 1990. Директен трансфер на ген в мускулите на мишката in vivo. Наука 247, 1465–1468 (1990). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1690918  

2. Каслоу DC. Потенциална разрушителна технология в разработването на ваксини: генно-базирани ваксини и тяхното приложение при инфекциозни заболявания. Trans R Soc Trop Med Hyg 2004; 98:593 – 601; http://dx.doi.org/10.1016/j.trstmh.2004.03.007  

3. Schlake, T., Thess A., et al., 2012. Разработване на технологии за иРНК-ваксина. РНК биология. 2012 ноември 1 г.; 9(11): 1319 1330. DOI: https://doi.org/10.4161/rna.22269  

4. Sahin, U., Karikó, K. & Türeci, Ö. Терапевтични средства, базирани на иРНК - разработване на нов клас лекарства. Nature Review Drug Discovery 13, 759–780 (2014). DOI: https://doi.org/10.1038/nrd4278 

5. Pardi, N., Hogan, M., Porter, F. et al., 2018. mRNA ваксини — нова ера във ваксинологията. Nature Review Drug Discovery 17, 261–279 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243 

6. Cross R., 2018. Може ли иРНК да наруши лекарствената индустрия? Публикувано на 3 септември 2018 г. Chemical & Engineering News, том 96, брой 35 Предлага се онлайн на https://cen.acs.org/business/start-ups/mRNA-disrupt-drug-industry/96/i35 Посетен на 27 декември 2020 г.  

7. Wadhwa A., Aljabbari A., et al., 2020. Възможности и предизвикателства при доставката на ваксини, базирани на иРНК. Публикувано: 28 януари 2020 г. Фармацевтика 2020, 12(2), 102; DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12020102     

8. Polack F., Thomas S., et al., 2020. Безопасност и ефикасност на BNT162b2 mRNA Covid-19 ваксина. The New England Journal of Medicine. Публикувано на 10 декември 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577  

9. Обществено здравеопазване в Англия, 2020 г. Ръководство – Национален протокол за COVID-19 mRNA ваксина BNT162b2 (Pfizer/BioNTech). Публикувано на 18 декември 2020 г. Последна актуализация на 22 декември 2020 г. Предлага се онлайн на https://www.gov.uk/government/publications/national-protocol-for-covid-19-mrna-vaccine-bnt162b2-pfizerbiontech Посетен на 28 декември 2020 г.   

10. Сервик К., 2020. Следващото предизвикателство на иРНК: Ще работи ли като лекарство? наука. Публикувано на 18 декември 2020 г.: том. 370, брой 6523, стр. 1388-1389. DOI: https://doi.org/10.1126/science.370.6523.1388 Достъпно онлайн на https://science.sciencemag.org/content/370/6523/1388/tab-article-info  

***