State of Innovation 2021. Tehnologiile care au făcut diferența în pandemia Covid-19: noua generație de vaccinuri și funcționalitatea plug-and-play




Centrul pentru Inovație în Medicină publică anual raportul „State of Innovation” – un rezumat al celor mai importante inovații ale anului la nivel internațional, inovații care au făcut diferența în materie de sănătate sau care se află în faza de concept / dezvoltare și au potențialul de a schimba practica medicală și înțelegerea organismului uman. Anual, în ultima săptămână a lunii septembrie, europenii celebrează avansurile biotehnologice – European Biotech Week. În 2021, Raportuldegardă.ro și Centrul pentru Inovație în Medicină marchează Săptămâna Europeană a Biotehnologiei printr-o serie de materiale desprinse din State of Innovation 2021, care va fi lansat oficial la finalul săptămânii în curs. În acest articol, continuăm seria inovațiilor care au făcut diferența în lupta cu pandemia Covid-19 și discutăm despre vaccinurile SARS-CoV-2.

Toate strategiile folosite vreodată în vaccinologie au fost explorate în ultimul an. Pentru adresarea nevoilor pandemiei s-a validat un nou tip de tehnologie care are la bază acizi nucleici, nu proteine virale. Pandemia COVID-19 a demonstrat că procesul de dezvoltare a unui produs medical inovator poate fi accelerat fără a se compromite siguranța. Folosirea secvențierii de nouă generație, a sistemelor de tip reverse genetics și a tehnologiei digitale elimină mulți pași clasici din dezvoltarea vaccinurilor. Design-ul ARNm poate fi obținut în 48 de ore, un vaccin candidat în câteva săptămâni și milioane de doze livrate la nivel global în maximum un an. Conceptul primelor vaccinuri autorizate a fost obținut in silico, folosind o copie digitală a virusului. Virusurile nu mai necesită să fie crescute în bioreactoare și nu mai este necesară o probă fizică pentru a iniția producerea unui vaccin. Companiile de biotehnologie pot dezvolta un vaccin pornind de la un set instrucțiuni genetice – ARN sintetic – pe care organismul uman le va utiliza pentru a produce antigenul de interes. Vaccinurile ARNm funcționează după principiul plug-and-play, în cazul în care o nouă tulpină virală apare, un vaccin poate fi obținut în mai puțin de 6 săptămâni, ca un software nou folosit pe același sistem de operare.

abonare

Tehnologia ARNm este caracterizată de o mare flexibilitate în materie de producție și aplicații. ARNm sunt molecule mai simple decât proteinele și pot fi obținute printr-un procedeu chimic nu prin sinteză biologică. Este mai simplu să fie obținute, standardizate și produse în masă. Noua generație de vaccinuri pornește de la procesul prin care celulele obțin proteine plecând de la informația codificată într-o moleculă de acid nucleic de tip ARNm.

Odată ce genomul viral a fost secvențiat se poate obține în laborator un fragment de material genetic ce codifică un antigen de interes, în cazul SARS-CoV-2, proteina spike. Prin administrarea vaccinului, celulele umane primesc instrucțiunile pentru producerea unei proteine virale în absența patogenului.

Moderna a realizat design-ul final al vaccinului candidat în 48 de la analizarea genomului virusului, pe 11 ianuarie 2020 (conform Stephane Bancel, CEO Moderna). Studiul de fază I a început după 60 de zile (prin comparație, au fost necesare 20 de luni pentru ca vaccinul pentru SARS să intre în faza 1). În 11 luni a fost autorizat pentru utilizare în regim de urgență. Un proces la fel de rapid s-a produs și în cazul vaccinului Comirnaty (produs de Pfizer), iar acesta a devenit primul autorizat în regim de urgență, pe 2 decembrie 2020.

Cercetările care stau la baza vaccinurilor de tip ARN și ADN au peste două decenii, multe dintre ele vizând domeniul oncologiei. ARNm este o moleculă instabilă, iar introducerea ei nemodificată în organism se traducea printr-o reacție inflamatorie severă. Cercetătoarea de origine maghiară, Katalin Kariko, și Drew Weissman (imunolog american) au identificat o formă optimizată a moleculei prin introducerea de nucleozide modificate în ARNm. În 2005 au publicat rezultatele cercetării, care avea să devină baza platformelor de ARN sintetic care puteau fi utilizate pentru vaccinuri sau terapii.

La finalul anului 2020, 10 vaccinuri candidate de tip ARN erau testate pe oameni, iar unul (pentru CMV) a avansat într-un studiu clinic amplu. Atunci când SARS-CoV-2 a devenit o amenințare, vaccinurile ARNm erau pregătite pentru a adresa o urgență globală și a-și demonstra valoarea în lumea reală.

Cum funcționează ARNm
Sursa: State of Innovation 2021

Eficacitatea de peste 90% a vaccinurilor Pfizer/BioNtech și Moderna a depășit cele mai mari așteptări. Vaccinurile antigripale rareori au o eficacitate mai mare de 60%.

Vaccinurile de tip ARNm au un avantaj major în contextul pandemiei: viteza dezvoltării. În cazul gripei, de exemplu, durează jumătate de an de la identificarea unei tulpini prevalente într-o anumită zonă până la producerea unui vaccin. Sunt necesare etape laborioase, creșterea virusului, obținerea unei cantități mari, purificarea materialului. Toate aceste etape dispar dacă se folosește tehnologia ARNm, iar timpul este redus de la luni/ani la zile.

  • Cunoscând genomul se poate obține un fragment de acid nucleic ce codifică un antigen în timp record;
  • Vaccinul se poate ajusta rapid (funcționalitate plug-and-play). O secvență a vaccinului ARNm poate fi schimbată în decurs de săptămâni. Ca și cum s-ar realiza un „copy – paste” al noilor mutații.

Vaccinurile genetice reprezintă exemplul care arată ce poate face știința foarte rapid. Biotehnologiile care au permis obținerea vaccinurilor ARNm vor rămâne pentru mult timp și se vor perfecționa. Vaccinurile bazate pe ARN sintetic sunt o dovadă că biotehnologia a intrat într-o „eră industrială”. Spre deosebire de abordările clasice, în care un vaccin nou sau un medicament nou trebuie să fie conceput și produs de la 0 pentru fiecare aplicație, platformele ARNm aduc o schimbare majoră. Dacă o anumită proteină trebuie să fie codificată, doar secvența genetică se schimbă, caracteristicile moleculei rămân neschimbate.

Dezvoltarea rapidă de vaccinuri necesită o nouă abordare, descrisă drept „pandemic paradigm”, în care mulți pași pot fi realizați în paralel (ex. testarea de fază 1 realizată în paralel cu testele pe animale). Schimbarea design-ului unui vaccin fiind atât de facilă, se pot testa mai multe vaccinuri candidate, ceea ce va conduce la testarea de ipoteze și strategii prin care se obțin vaccinuri mai bune. Interesul și investițiile de care au beneficiat noile platforme de tip ARNm sugerează potențialul unui număr enorm de aplicații. De exemplu, un singur vaccin bazat pe ARN poate codifica multiple antigene virale. Deja există cercetări care evaluează un vaccin gripal universal care ar funcționa contra tuturor tulpinilor existente sau un vaccin care poate ținti toate coronavirusurile cunoscute. Există, de asemenea, perspective importante pentru inovarea arsenalului terapeutic pentru alte patologii umane, inclusiv cancerul.

State of Innovation 2021: vaccinuri ARNm

Perspective: Instruirea propriului organism să producă molecule terapeutice

Orice proteină care poate fi codificată și exprimată de ARNm poate fi folosită în dezvoltarea de vaccinuri cu scop preventiv sau de tratament, cu aplicații în boli infecțioase, dar și cronice (cancerul, bolile cardiovasculare) sau care să funcționeze ca terapii de substituție. O diversitate de proteine pot fi obținute cu același proces de producție, economisind resurse.

Prin extinderea aplicațiilor platformelor de tip ARN se pot dezvolta noi abordări în farmacologia umană, de tipul programmable medicines, prin care organismul uman își va putea face propriile molecule pe baza instrucțiunilor codificate într-un fragment de acid nucleic. Terapiile și vaccinurile ARN au potențialul de a trata și preveni boli care astăzi nu beneficiază de soluții.

Citește și: