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, в който съответната мРНК се прилага 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, което от своя страна осигурява активен имунитет чрез генериране на антитела. Тези мРНК ваксини са се оказали безопасни и ефективни в клинични изпитвания върху хора. И сега, COVID-19 мРНК ваксината BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) се прилага на хората съгласно протокола. Като първата надлежно одобрена мРНК ваксина, това е важен етап в науката, който въведе нова ера в медицината и доставянето на лекарства. Това скоро може да доведе до прилагане на мРНК технологията за лечение на рак, гама от ваксини за други заболявания и по този начин евентуално да промени медицинската практика и да оформи 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 замислят идеята за лекарство, кодирано с нуклеинова киселина, и демонстрират за първи път през 1990 г., че директното инжектиране на иРНК в мускул на мишка води до експресия на кодиран протеин в мускулните клетки ⁽¹⁾ . Това открива възможността за генно-базирани терапии, както и за генно-базирани ваксини. Това развитие се счита за революционна технология, спрямо която ще бъдат съпоставяни бъдещите ваксинни технологии ⁽²⁾.

Мисловният процес бързо се измести от „генно-базиран“ към „ мРНК -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 репликира. Тя има само елементи, директно необходими за експресията на протеин. Рекомбинацията между едноверижна РНК е рядка. Освен това, тя се разпада в рамките на няколко дни в клетките. Тези характеристики правят иРНК по-подходяща като безопасна и преходна молекула, носеща информация, която да действа като вектор за разработване на генно-базирани ваксини ⁽³⁾ . С напредъка в технологиите, особено по отношение на синтеза на инженерни иРНК с правилните кодове, които могат да бъдат доставени в клетките за протеинова експресия, обхватът се разшири допълнително от ваксини до терапевтични лекарства. Използването на иРНК започна да привлича вниманието като клас лекарства с потенциално приложение в областите на имунотерапиите на рак, ваксините срещу инфекциозни заболявания, индуцирането на плурипотентни стволови клетки на базата на иРНК, доставянето на дизайнерски нуклеази с помощта на иРНК за геномно инженерство и др. ⁽⁴⁾.

Появата на ваксини и терапевтични средства, базирани на мРНК , получи допълнителен тласък от резултатите от предклинични изпитвания. Установено е, че тези ваксини предизвикват мощен имунен отговор срещу инфекциозни заболявания в животински модели на грипен вирус, вирус Зика, вирус на бяс и други. Обещаващи резултати са наблюдавани и при използването на мРНК в клинични изпитвания за рак ⁽⁵⁾ . Осъзнавайки търговския потенциал на технологията, индустриите направиха огромни инвестиции в научноизследователска и развойна дейност във ваксини и лекарства, базирани на мРНК. Например, до 2018 г. Moderna Inc. може би вече е инвестирала повече от милиард долара, докато все още е на години разстояние от пускането на пазара на какъвто и да е продукт ⁽⁶⁾ . Въпреки съгласуваните усилия за използване на мРНК като терапевтична модалност във ваксини срещу инфекциозни заболявания, имунотерапии за рак, лечение на генетични заболявания и протеинови заместителни терапии, приложението на мРНК технологията е ограничено поради нейната нестабилност и склонност към разграждане от нуклеази. Химическата модификация на мРНК помогна донякъде, но вътреклетъчното доставяне все още остава пречка, въпреки че наночастици на базата на липиди се използват за доставяне на мРНК ⁽⁷⁾.

Истинският тласък към напредъка на mRNA технологията за терапия дойде, благодарение на злощастната ситуация, породена от световната пандемия от COVID-19 . Разработването на безопасна и ефективна ваксина срещу SARS-CoV-2 стана най-важният приоритет за всички. Проведено е мащабно многоцентрично клинично изпитване, за да се установи безопасността и ефективността на COVID-19 mRNA ваксината BNT162b2 (Pfizer/BioNTech). Изпитването започна на 10 януари 2020 г. След около единадесет месеца усилена работа, данните от клиничното проучване доказаха, че COVID-19 е предотвратим чрез ваксинация с помощта на BNT162b2. Това предостави доказателство за концепцията, че ваксината на базата на mRNA може да осигури защита срещу инфекции. Безпрецедентното предизвикателство, породено от пандемията, помогна да се докаже, че ваксина на базата на mRNA може да бъде разработена с бързи темпове, ако се осигурят достатъчно ресурси ⁽⁸⁾ . mRNA ваксината на Moderna също получи разрешение за спешна употреба от FDA миналия месец.

Както mRNA ваксините срещу COVID-19 , т.е. BNT162b2 на Pfizer/BioNTech, така и mRNA-1273 на Moderna, сега се използват за ваксиниране на хора съгласно националните протоколи за прилагане на ваксини ⁽⁹⁾.

Успехът на две mRNA ваксини срещу COVID-19 (BNT162b2 на Pfizer/BioNTech и mRNA-1273 на Moderna) в клинични изпитвания и последващото им одобрение за употреба е важен етап в науката и медицината. Това се оказа недоказана досега медицинска технология с висок потенциал, която научната общност и фармацевтичната индустрия търсят от почти три десетилетия ⁽¹⁰⁾.

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  

***