Trwają kliniczne testy kilkudziesięciu szczepionek - od malarii po wirusa Zika, opryszczkę i cytomegalowirus, aż po HIV. Informacyjne RNA może zrewolucjonizować medycynę lub jeszcze bardziej pogłębić nierówności w opiece zdrowotnej. Teraz, gdy wydaje się, że zaczęliśmy kontrolować koronawirusa, warto spojrzeć na inne możliwości, jakie daje nam nowa technologia.
Tradycyjne szczepionki szkolą układ odpornościowy, przedstawiając mu unieszkodliwione, całe wirusy - w ten sposób organizm uczy się rozpoznawać jego kluczowe cechy, takie jak choćby niesławną wypustkę, czy też kolec koronawirusa SARS-CoV-2. Nowe szczepionki typu mRNA znalazły bardziej elegancki sposób na osiągnięcie tego samego celu, wykorzystując informacyjne RNA, czyli mRNA - występującą w naturze cząsteczkę genetyczną, która służy do przesyłania informacji wewnątrz komórek i pomiędzy nimi - w celu dostarczenia naszemu organizmowi zestawu instrukcji, jak samemu zrobić takie białko, a następnie stworzyć przeciwciała.
Ta różnica umożliwiła zaprojektowanie, stworzenie i zatwierdzenie szczepionek mRNA w rekordowym czasie, zwłaszcza, że od wielu lat prowadzone były badania nad tą technologią i wykorzystywana ona była w innych miejscach. W ciągu ostatnich 18 miesięcy szczepionki mRNA zostały podane setkom milionów osób i pomogły spowolnić niszczycielski wpływ pandemii. Ale długofalowy wpływ rozwoju mRNA - przyspieszony przez Covid - może być jeszcze większy. „Wygląda na to, że możliwości są nieograniczone” - mówi Katalin Karikó, amerykańska biochemistka pochodzenia węgierskiego, której wieloletnie badania stały u podstaw powstania szczepionek Moderna i BioNTech.
Szczepionka na każdego wirusa?
Obecnie trwają dziesiątki badań klinicznych nad nowymi rodzajami szczepionki mRNA, ukierunkowanymi na wszystko, od malarii po Zika, opryszczkę i cytomegalowirus. W zeszłym miesiącu firma Moderna, która została założona w 2014 roku w celu zbadania potencjału mRNA, ogłosiła rozpoczęcie klinicznej fazy badań dwóch szczepionek przeciw HIV, opartych na mRNA.
„Z perspektywy czasu to, co można osiągnąć za pomocą platformy mRNA, jest o wiele lepsze” – mówi Carl Dieffenbach, dyrektor w Narodowym Instytucie Zdrowia USA, który nadzoruje te badania.
Jak wszystkie nagłe osiągnięcia, te również poprzedzone były latami pracy. Na przykład Moderna od dłuższego czasu pracowała nad otoczką lipidową, która otacza cząstkę mRNA w szczepionce - mówi Richard Hatchett z Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI).
W 2016 r. amerykański US Biomedical Advanced Research and Development Authority zainwestował w badania nad szczepionką na wirusa Zika, ale wraz ze spadkiem liczby zachorowań osłabła "pilność" tych prac badawczych. Podejmowano też wstępne próby opracowania platform mRNA dla innych koronawirusów, jak choćby MERS, które okazały się kluczowe w momencie wybuchu epidemii Covid. Dzięki opracowanej już technologii Moderna była w stanie swoją szczepionkę na MERS dostosować do nowej choroby, co oznacza, że weszła ona do badań klinicznych zaledwie 66 dni po opublikowaniu sekwencji genetycznej SARS-CoV-2.
Prawdą jest, że szczepionki mRNA prawdopodobnie w końcu trafiłyby na rynek, ale Covid przyspieszył ich pojawienie się o lata lub nawet dekady. „Ze względu na sukces w walce z Covid będziemy świadkami ogromnych inwestycji w tę technologię i zobaczymy, jak bardzo jest elastyczna i jak precyzyjnie możemy ją ukierunkować” — mówi Richard Hatchett.
Łatwiejsze w produkcji
Ponieważ produkcja szczepionki tego typu jest znacznie prostsza, mniej ryzykowna i mniej wymagająca niż tradycyjnej, kraje rozwijające się mogłyby dość szybko zaadoptować ten proces u siebie, co przy produkcji tradycyjnych surowic zajmuje długie lata, często dekady. Pierwsze fabryki mRNA są już budowane w krajach Azji i Afryki. Po pandemii Covid można je szybko przestawić na produkcję szczepionek mRNA na inne choroby.
"Szczepionka mRNA jest całkowicie wymienna" - tłumaczy Jackie Miller, wiceprezes w firmie Moderna. „To, co się zmienia, to szablon DNA, którego używamy do syntezy informacyjnego RNA, ale we wszystkich naszych szczepionkach używamy tych samych nanocząstek lipidowych”.
Baza szczepionek dla ludzkości
CEPI chce wykorzystać tę elastyczność do stworzenia swego rodzaju bazy danych, zbioru wzorów szczepionek mRNA przeciwko każdej z rodzin wirusów, o których wiadomo, że powodują choroby u ludzi. Kosztowałoby to od 20 do 30 miliardów dolarów, szacują naukowcy, ale umożliwiłoby szybką reakcję na wszelkie nowe epidemie.
„Lekcja z 2020 roku jest taka, że 326 dni (czas od zsekwencjonowania genomu SARS-CoV-2 do podania pierwszych dawek szczepionki Covid poza badaniami) jest niesamowity, zdumiewający i… niewystarczająco szybki” – mówi Richard Hatchett z CEPI. Organizacja ta chce być w stanie przygotować szczepionkę na pojawiające się zagrożenia w ciągu 100 dni, a mRNA jest niezbędnym elementem w realizacji tego planu.
Nie dla każdego
Innym celem jest poprawa dostępności szczepionek mRNA, które nadal muszą być przechowywane i transportowane w ekstremalnie niskich temperaturach (-80°C dla Pfizer/BioNtech, -20°C dla Moderny), co sprawia, że dotarcie do odległych i mniej rozwiniętych obszarów jest trudne. To powód, dla którego większość szczepionek mRNA została zakupiona i podawana przez kraje o wyższych dochodach. Na przykład w Indiach 88 procent ludzi otrzymało szczepionkę AstraZeneca, która jest oparta na innej technologii, nie ma takich wymagań i jest znacznie tańsza, podczas gdy w USA przytłaczająca większość mieszkańców otrzymała szczepionki mRNA.
Ten problem nigdy nie zniknie całkowicie – mRNA jest z natury niestabilne, mówi Katalin Karikó. Do tego stopnia, że dostawy szczepionek mogą zostać zrujnowane przez wyboistą drogę – dodaje - ale istnieje kompromis między temperaturą a okresem trwałości; można przechowywać je w mniej ekstremalnych temperaturach, ale będą one szybciej ulegać degradacji. To wszystko sprawia, że w niektórych częściach świata jest niemal niemożliwe zastosowanie technologii mRNA. Przynajmniej w tym momencie.
Tak więc zapewnienie równego dostępu może wymagać kolejnych przełomów technicznych. Sugeruje się, że jednym z potencjalnych rozwiązań jest liofilizacja cząstek szczepionek dla łatwiejszego transportu i przechowywania — w końcu mRNA może być wstrzykiwane do nosa, wdychane w postaci proszku lub nakładane za pomocą plastra. Samowzmacniające się RNA, który powiela się w organizmie, może umożliwić podawanie niższej dawki, co może zmniejszyć ryzyko wystąpienia działań niepożądanych.
Jeden zastrzyk na każdą mutację
Mówi się o ochronie przed wieloma szczepami wirusa w jednej dawce. Podejmowane są wysiłki, aby stworzyć uniwersalne szczepionki na koronawirusy lub grypę, które byłyby ukierunkowane na stabilne cechy, omijając ich zdolność do zmiany i mutacji.
„Nawet w przypadku tych koronawirusów, których jeszcze nie znamy i jeszcze na nas nie przeskoczyły, będziemy chronieni” – mówi Karikó.
Istnieje również podejście masowe, polegające na umieszczeniu wielu szczepów mRNA w jednym zastrzyku – cały podręcznik instrukcji, których organizm może użyć, aby rozpoznać różne wirusy. Wtedy człowiek mógłby otrzymać jedną szczepionkę w sezonie na wszystkie potencjalne zagrożenia.
Przyszłe szczepienie mRNA na grypę - najbardziej prawdopodobny następny krok po Covid - może zawierać szczegółowe instrukcje dla najbardziej rozpowszechnionego szczepu w danym sezonie, ale także informacje o innych odmianach, aby ludzki układ odpornościowy był w razie czego na nie gotowy.
Inne zastosowania
Istnieje wiele innych zastosowań mRNA poza szczepionkami. Daje ono naukowcom i lekarzom możliwość wytwarzania praktycznie dowolnego białka bezpośrednio w organizmie. Zamiast je kodować, aby zachęcić organizm do wytwarzania przeciwciał, można je wykorzystać do nauczenia organizmu, jak bezpośrednio wytwarzać te przeciwciała. Na przykład ktoś, kto sam zwalczył jakąś nową chorobę, może mieć sklonowane przeciwciała, a instrukcją, jak je robić, mógłby dzielić się z innymi właśnie przy użyciu informacyjnego RNA.
Katalin Karikó wiele lat temu sporządziła listę wszystkich chorób, które uważała za rozsądne leczyć z wykorzystaniem mRNA. Na liście było ich ponad 30 - od nowotworów po chroniczne bóle. Jest to możliwe, bo konstrukcję powłoki lipidowej otaczającej mRNA można zmodyfikować tak, aby cząsteczka dotarła do różnych miejsc w ciele: płuc, śledziony, szpiku kostnego, w zależności od dokładnego stanu lub choroby, która wymaga leczenia.
Białko, które wspomaga gojenie, nałożone bezpośrednio na ranę, zniknie w ciągu kilku godzin wraz z przepływem krwi. Ale mRNA można wykorzystać do nauczenia komórek w zranionym obszarze, jak same mogą je wytwarzać i wydzielać.
Organizm dziecka z defektem genetycznym, który sprawia, że nie jest w stanie wytworzyć niezbędnej dla życia proteiny, można nauczyć je wytwarzać, wysyłając instrukcje mRNA dokładnie tam, gdzie są potrzebne.
To dopiero wierzchołek góry lodowej. Jeśli uda się pokonać logistyczne i techniczne przeszkody, a technologia może być rozprowadzona równomiernie, mRNA ma potencjał do przekształcenia każdej dziedziny medycyny.
"W ciągu najbliższych 10 lat zobaczymy niewiarygodny postęp” — mówi Karikó.
To dlatego prezes firmy Moderna, Stéphane Bancel, podczas niedawnego spotkania w Boston College zaapelował do ludzi, by postarali się nie umrzeć w najbliższych 10 latach. Może się okazać, że za chwilę zwalczymy wiele śmiertelnych dziś chorób i znacznie wydłużymy nasze życie. Dzięki mRNA.
na podst. wired.com, biospace.com
opr. R. Jurak
