novice

Naloga izdelave cepiva se pogosto opisuje kot nehvaležna. Po besedah ​​Billa Foegeja, enega največjih zdravnikov javnega zdravja na svetu: »Nihče se vam ne bo zahvalil, ker ste ga rešili pred boleznijo, za katero sploh ni vedel, da jo ima.«

Vendar zdravniki javnega zdravja trdijo, da je donosnost naložbe izjemno visoka, ker cepiva preprečujejo smrt in invalidnost, zlasti pri otrocih. Zakaj torej ne izdelujemo cepiv za več bolezni, ki jih je mogoče preprečiti s cepljenjem? Razlog je v tem, da morajo biti cepiva učinkovita in varna, da jih je mogoče uporabljati pri zdravih ljudeh, zaradi česar je postopek razvoja cepiva dolg in težaven.

Pred letom 2020 je bil povprečni čas od začetne zasnove do odobritve cepiv od 10 do 15 let, najkrajši čas pa štiri leta (cepivo proti mumpsu). Razvoj cepiva proti COVID-19 v 11 mesecih je zato izjemen dosežek, ki ga je omogočilo večletno temeljno raziskovanje novih platform cepiv, predvsem mRNA. Med njimi sta še posebej pomembna prispevka Drewa Weissmana in dr. Katalin Kariko, prejemnika nagrade Lasker Clinical Medical Research Award za leto 2021.

Načelo cepiv z nukleinskimi kislinami temelji na Watsonovem in Crickovem osrednjem zakonu, da se DNK prepisuje v mRNA, mRNA pa se prevaja v beljakovine. Pred skoraj 30 leti je bilo dokazano, da vnos DNK ali mRNA v celico ali kateri koli živi organizem izraža beljakovine, določene z zaporedji nukleinskih kislin. Kmalu zatem je bil koncept cepiva z nukleinskimi kislinami potrjen, potem ko se je pokazalo, da beljakovine, ki jih izraža eksogena DNK, povzročajo zaščitni imunski odziv. Vendar pa je bila uporaba cepiv z DNK v resničnem svetu omejena, sprva zaradi varnostnih pomislekov, povezanih z integracijo DNK v človeški genom, kasneje pa zaradi težav pri povečanju učinkovite dostave DNK v jedro.

Nasprotno pa se zdi, da je mRNA, čeprav dovzetna za hidrolizo, lažje manipulirati, ker mRNA deluje znotraj citoplazme in zato ne potrebuje dostavljanja nukleinskih kislin v jedro. Desetletja temeljnih raziskav Weissmana in Kariko, sprva v njunem lastnem laboratoriju in kasneje po licenciranju dveh biotehnoloških podjetij (Moderna in BioNTech), so privedla do tega, da je cepivo z mRNA postalo resničnost. Kaj je bil ključ do njunega uspeha?

Premagali so več ovir. mRNA prepoznajo receptorji za prepoznavanje vzorcev prirojenega imunskega sistema (slika 1), vključno s člani družine Toll-podobnih receptorjev (TLR3 in TLR7/8, ki zaznavata dvoverižno oziroma enoverižno RNA), retinojska kislina pa inducira pot proteina gena I (RIG-1), kar nato povzroči vnetje in celično smrt (RIG-1 je citoplazemski receptor za prepoznavanje vzorcev, prepozna kratko dvoverižno RNA in aktivira interferon tipa I, s čimer aktivira adaptivni imunski sistem). Tako lahko injiciranje mRNA v živali povzroči šok, kar kaže na to, da je količina mRNA, ki jo je mogoče uporabiti pri ljudeh, morda omejena, da bi se izognili nesprejemljivim stranskim učinkom.

Da bi raziskala načine za zmanjšanje vnetja, sta se Weissman in Kariko lotila razumevanja načina, kako receptorji za prepoznavanje vzorcev razlikujejo med RNA, ki izvira iz patogenov, in svojo lastno RNA. Opazila sta, da so številne znotrajcelične RNA, kot so bogate ribosomske RNA, močno spremenjene, in domnevala, da so te modifikacije omogočile, da se njihove lastne RNA izognejo prepoznavanju imunskega sistema.

Ključni preboj se je zgodil, ko sta Weissman in Kariko dokazala, da modifikacija mRNA s psevdouridinom namesto s ouridinom zmanjša imunsko aktivacijo, hkrati pa ohrani sposobnost kodiranja beljakovin. Ta modifikacija poveča proizvodnjo beljakovin, do 1000-krat več kot pri nemodificirani mRNA, ker spremenjena mRNA uide prepoznavanju proteinske kinaze R (senzorja, ki prepozna RNA in nato fosforilira in aktivira faktor iniciacije prevajanja eIF-2α, s čimer zaustavi prevajanje beljakovin). S psevdouridinom modificirana mRNA je osnova licenciranih cepiv mRNA, ki sta jih razvila Moderna in Pfizer-Biontech.

Končni preboj je bil določiti najboljši način za pakiranje mRNA brez hidrolize in najboljši način za njeno dostavo v citoplazmo. V različnih cepivih proti drugim virusom so testirali več formulacij mRNA. Leta 2017 so klinični dokazi iz takšnih preskušanj pokazali, da enkapsulacija in dajanje cepiv mRNA z lipidnimi nanodelci izboljša imunogenost, hkrati pa ohranja obvladljiv varnostni profil.

Podporne študije na živalih so pokazale, da lipidni nanodelci ciljajo na celice, ki predstavljajo antigen, v drenažnih bezgavkah in pomagajo pri odzivu z indukcijo aktivacije specifičnih vrst folikularnih celic CD4 pomagalk T. Te celice T lahko povečajo proizvodnjo protiteles, število dolgoživih plazemskih celic in stopnjo odziva zrelih celic B. Obe trenutno odobreni cepivi mRNA proti COVID-19 uporabljata formulacije lipidnih nanodelcev.

Na srečo je bil ta napredek v temeljnih raziskavah dosežen pred pandemijo, kar je farmacevtskim podjetjem omogočilo, da gradijo na svojem uspehu. Cepiva mRNA so varna, učinkovita in se množično proizvajajo. Uporabljenih je bilo več kot milijarda odmerkov cepiva mRNA, povečanje proizvodnje na 2–4 ​​milijarde odmerkov v letih 2021 in 2022 pa bo ključnega pomena za svetovni boj proti COVID-19. Žal obstajajo znatne neenakosti pri dostopu do teh orodij, ki rešujejo življenja, saj se cepiva mRNA trenutno uporabljajo predvsem v državah z visokim dohodkom; in dokler proizvodnja cepiv ne doseže svojega vrhunca, bo neenakost vztrajala.

Na splošno mRNA obljublja nov preboj na področju vakcinologije, saj nam daje priložnost za preprečevanje drugih nalezljivih bolezni, kot je izboljšanje cepiv proti gripi in razvoj cepiv za bolezni, kot so malarija, HIV in tuberkuloza, ki ubijejo veliko število bolnikov in so relativno neučinkovite s konvencionalnimi metodami. Bolezni, kot je rak, ki so bile prej zaradi majhne verjetnosti razvoja cepiva in potrebe po personaliziranih cepivih obravnavane kot težko obvladljive, se zdaj lahko upoštevajo pri razvoju cepiv. mRNA ni samo cepivo. Milijarde odmerkov mRNA, ki smo jih do danes vbrizgali bolnikom, so dokazale svojo varnost in utrle pot drugim terapijam RNA, kot so nadomeščanje beljakovin, interferenca RNA in urejanje genov CRISPR-Cas (regularni skupki prepletenih kratkih palindromskih ponovitev in povezanih endonukrenaz Cas). Revolucija RNA se je šele začela.

Znanstveni dosežki Weissmana in Kariko so rešili milijone življenj, Karikiina karierna pot pa je prelomna, ne zato, ker bi bila edinstvena, temveč zato, ker je univerzalna. Preprosta državljanka iz vzhodnoevropske države se je priselila v Združene države Amerike, da bi uresničila svoje znanstvene sanje, a se je spopadala z ameriškim sistemom stalnih zaposlitev, leti negotovega financiranja raziskav in degradacijo. Strinjala se je celo z znižanjem plače, da bi laboratorij lahko deloval in nadaljevala svoje raziskave. Karikiina znanstvena pot je bila težka, pot, ki jo poznajo številne ženske, priseljenci in pripadniki manjšin, ki delajo v akademskih krogih. Če ste kdaj imeli srečo spoznati dr. Kariko, ona pooseblja pomen ponižnosti; morda so prav stiske iz preteklosti tiste, ki jo ohranjajo prizemljeno.

Trdo delo in veliki dosežki Weissmana in Kariko predstavljajo vsak vidik znanstvenega procesa. Brez korakov, brez kilometrov. Njuno delo je dolgo in težko ter zahteva vztrajnost, modrost in vizijo. Čeprav ne smemo pozabiti, da mnogi ljudje po svetu še vedno nimajo dostopa do cepiv, smo tisti, ki imamo srečo, da smo se cepili proti COVID-19, hvaležni za zaščitne koristi cepiv. Čestitke dvema temeljnima znanstvenikoma, njuno izjemno delo je omogočilo, da so cepiva mRNA postala resničnost. Pridružujem se mnogim drugim in izražam svojo neskončno hvaležnost.