Technologia mRNA zostanie z nami na długo. Na szczęście.
Prace nad wykorzystaniem technologii mRNA w szczepionkach czy lekach rozwijały się od trzech dekad, jednak pandemia dodała im przyspieszenia. Zaprocentuje to rozwojem nie tylko preparatów do walki z innymi chorobami zakaźnymi, ale i nowatorskimi terapiami przeciwnowotworowymi. Dr hab. Piotr Rzymski, biolog medyczny z Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu nie ma wątpliwości, że to przyszłość medycyny.
Autorka: Monika Grzegorowska
Ekspert: Dr hab. Piotr Rzymski, biolog,
Czym szczepionki mRNA różnią się od tradycyjnych?
Przede wszystkim tym, że nie zawierają patogenów lub całych ich fragmentów. Najbardziej klasyczne rozwiązania szczepionkowe wykorzystują drobnoustroje żywe, ale osłabione na tyle, by nie były w stanie wywołać ciężkiego przebiegu choroby, bądź inaktywowane czyli zabite, które nie są w stanie namnażać się w organizmie. Takie rozwiązania stosuje się od dawna – podaje się do organizmu gotowy wzorzec, który umożliwia zbudowanie odporności układu immunologicznego wobec patogenu. Szczepionki mRNA działają zupełnie inaczej, bo dostarczają naszym komórkom instrukcję, w jaki sposób wyprodukować fragment patogenu. Przepis na ten fragment zawarty jest właśnie w cząsteczce informacyjnego RNA. Szczepionki przeciw COVID-19 opracowane w takiej technologii pozwalają naszym komórkom na produkcję białka S, zwanego popularnie „kolcem” – to najważniejszy element koronawirusa, który umożliwia mu zakażanie naszych komórek. Mechanizm preparatów mRNA jest zupełnie inny, ale ostatecznie we wszystkich szczepionkach chodzi o to samo – by wyszkolić nasz układ odporności do rozpoznawania i niszczenia patogenu.
W zasadzie nie jest to nowa technologia, wymyślona w czasie obecnej pandemii do walki z COVID-19...
To prawda, tego typu technologii nie da się przecież opracować w kilka miesięcy, czy nawet kilka lat. Stoi ona na fundamencie wielkich odkryć biologii komórki i biologii molekularnej. Pierwsze próby ze szczepionkami sięgają lat 90-tych, gdy w Instytucie Pasteura podano myszom eksperymentalną szczepionkę tego typu przeciw grypie. Okazało się, że była immunogenna, ale nośnik, w którym umieszczano cząsteczki mRNA, okazał się zbyt toksyczny, aby zastosować go u ludzi. Zaczęto więc szukać lepszych wehikułów dla mRNA, a jednocześnie próbowano podawać je bez nośnika, w nagiej formie. Niestety, podane w tej formie, bardzo szybko się degradowały. Cząsteczki mRNA są niestabilne, a na domiar złego podane do organizmu potrafią być rozpoznawane przez układ immunologiczny i niszczone. Postęp naukowo-technologiczny, który się dokonał na przestrzeni ostatnich dekad pozwolił pokonać bariery związane ze stabilnością mRNA oraz z dostarczaniem go do komórek.
Nie daj się nabrać! Szczepienia działają!
Jedna choroba zakaźna została całkowicie wyeliminowana na świecie dzięki szczepieniom, inne przestały już masowo zabijać. Wciąż jednak nie można zaniechać szczepień - nie są idealnym, ale też jedynym dobrym narzędziem do zwalczania chorób zakaźnych i ich groźnych powikłań.
Przełom dokonał się w roku 2012, gdy jako nośnik dla mRNA zaczęto wykorzystywać otoczki nanolipidowe. Udało się też zrozumieć, że obecność urydyny (jeden z budulców RNA – przyp. red.) w mRNA umożliwia atakowanie tych cząsteczek przez układ immunologiczny. Zastąpiono ją więc bardzo podobną cząsteczką 1-metylo-pseudourydyny, która również występuje naturalnie w komórkach. Nie wpływa to na instrukcje, które niesie taki mRNA, a pozwala mu dotrzeć do naszych komórek i spełnić swoją funkcję. To właśnie z powodu zastosowania tego zmyślnego zabiegu w opisie szczepionek mRNA przeciw COVID-19 znajdziemy informacje, że zawierają modyfikowane nukleotydy.
Wróćmy do szczepionek...
Szczepionki mRNA przeciw COVID-19 są pierwszymi preparatami tego typu, które zostały autoryzowane do użytku, aczkolwiek, tak jak wspominałem, już wcześniej intensywnie pracowano nad tą technologią i testowano ją, również w badaniach klinicznych. Kiedyś musi być ten pierwszy raz, energią wyzwalającą okazała się pandemia, na którą musieliśmy odpowiedzieć. I tu duża zasługa mniejszych firm, np. Moderny czy BioNTechu, o których przed 2020 r., pewnie mało kto słyszał. Kiedy ta pierwsza otrzymała w lutym 2020 r. pierwszą partię swojego kandydata na szczepionkę, to jeszcze nie było jasne, czy w ogóle będzie ona potrzebna, niektórzy liczyli, że problem COVID-19 rozwiąże się bez konieczności jej stosowania. Szybko stało się jasne, że jest zupełnie inaczej, że dławi nas kryzys zdrowotny, gospodarczy, wszelaki. Bardzo szybkie rozpoczęcie prac, planowanie kolejnych faz badań w trakcie trwania poprzednich i bezprecedensowe tempo prac ekspertów instytucji regulatorowych zaowocowały: dziś mamy dwie autoryzowane szczepionki mRNA przeciw COVID-19, a kolejne są na zaawansowanym etapie badań. W przyszłości będziemy mieć natomiast szczepionki mRNA przeciw innym chorobom.
Jakich jeszcze chorób mogą dotyczyć?
Obecnie toczy się ponad 40 badań klinicznych szczepionek mRNA. Połowa dotyczy chorób zakaźnych i w tej puli około 60 proc. stanowią oczywiście szczepionki przeciwko COVID-19. Reszta na tak powszechne infekcje jak: choroba wywoływana przez wirusa cytomegalii, wirusa Epsteina-Barra (EBV), wirusa Zika, wirusa RSV, przeciwko grypie pandemicznej. Na początku 2021 roku Moderna ogłosiła rozpoczęcie badań klinicznych pierwszej fazy szczepionki mRNA przeciw HIV. Ma dwóch kandydatów na tę szczepionkę, których będzie testować i czas pokaże, czy to rozwiązanie nie okaże się przełomem w walce z tym skomplikowanym wirusem.
Trwają też prace nad szczepionką przeciwko wirusowi Nipah, który od 20 lat odpowiada za wybuchy epidemiczne w Bangladeszu, Malezji i Singapurze i figuruje na liście Światowej Organizacji Zdrowia jako zagrożenie epidemiczne, do pilnych działań badawczo-rozwojowych. Dlaczego? Wirus Nipah jest wirusem odzwierzęcym, zakażenie nim może prowadzić między innymi do układowego zapalenia naczyń, płuc i mózgu. Leczenie ciężkich powikłań oddechowych i neurologicznych, jakie wywołuje, wymaga intensywnej terapii, a śmiertelność określa się w granicach 40 - 75 proc. Jest to wirus wysoce niebezpieczny, na domiar złego ma długi czas wylęgania, niekiedy nawet do 45 dni. Koniecznie więc należy mieć na niego plan B, już teraz, kiedy to jeszcze nie stanowi globalnego problemu.
Spore nadzieje wiąże się też ze szczepionkami mRNA w kierunku nowotworów.
To prawda. Od lat prowadzi się badania przeciwnowotworowych preparatów mRNA. Mają one stymulować układ odporności pacjenta – tak, by rozpoznawał białka zmienione w nowotworowych komórkach. Układ immunologiczny ma przecież za zadanie nie tylko zwalczać patogeny, które próbują wtargnąć do naszego organizmu, ale również eliminować nieprawidłowo zmienione komórki. Niestety, to nie zawsze się udaje w przypadku nowotworów. Jednak coraz więcej rozumiemy w zakresie ich biologii molekularnej, specyficznych mutacji, które w nich występują. Przeciwnowotworowe preparaty mRNA mają więc na celu wprowadzenie instrukcji, służącej do wyprodukowania zmienionego przez mutacje białka i jego zaprezentowania układowi odporności. Dzięki temu zostaje on przeszkolony i może rozpocząć walkę ze zmienionymi nieprawidłowo komórkami. Proszę zwrócić uwagę, że tego typu rozwiązanie umożliwia tworzenie preparatów spersonalizowanych dla potrzeb danego pacjenta. Wymaga to wpierw zidentyfikowania z jakim typem nowotworu mamy do czynienia, z jakim profilem mutacji. Następnym krokiem jest uzyskanie odpowiednio skonstruowanej cząsteczki mRNA.
Niektórzy obawiają się wprowadzania obcego mRNA do naszych komórek. Co pan odpowie na te obawy?
W skrócie można powiedzieć, że wszystkie preparaty mRNA zamieniają malutką populację komórek, głównie mięśniowych, w fabrykę określonego białka. Tymczasowo oczywiście, bo mRNA nie jest cząsteczką trwałą - po wykonaniu swojego zadania jest degradowane w komórce przez specyficzne enzymy. A komórki, do których dotarło mRNA, również zostają ostatecznie usunięte z naszego organizmu. A to dlatego, że po produkcji białka, komórka prezentuje je na swojej powierzchni, co umożliwia reakcje układu odporności, związane z produkcją przeciwciał i odpowiedzią komórkową. W ramach tej drugiej, przeszkolone cytotoksyczne limfocyty namierzają komórki, które prezentują obcy element wirusa i niszczą je. To właśnie dlatego między innymi po podaniu szczepionki odczuwamy po pewnym czasie ból ramienia w miejscu wkłucia. Podsumowując - po cząsteczce mRNA, która zostaje wprowadzona do naszego organizmu nie pozostanie ślad. Dla porównania - skutki zakażania koronawirusem mogą być bardzo poważne, niekiedy tragiczne, a konsekwencje przechorowania ciągnąć się miesiącami.
Tych zalet szczepionek mRNA jest więcej...
Kolejną jest to, że można bardzo szybko uzyskać kandydata na szczepionkę. Otrzymanie odpowiednich cząsteczek przy sprawnie działającej platformie mRNA to tak naprawdę kwestia jednego dnia, troszkę więcej czasu zabiera umieszczanie cząsteczek w odpowiednim nośniku, np. we wspomnianych wcześniej otoczkach nanolipidowych. Ale to też kwestia jedynie kilku dni.
Co ważne – w przypadku szczepionek opartych na mRNA nie ma konieczności pracy z czynnikiem zakaźnym...
To ogromna zaleta, dlatego że w przypadku produkcji wspomnianych wcześniej szczepionek żywych lub inaktywowanych, jest ciągła potrzeba, by utrzymywać, często niebezpieczny patogen, w hodowli. Trzeba więc bardzo uważać, by przypadkiem nie wydostał się poza teren produkcji preparatu. W przypadku szczepionek mRNA potrzebujemy jedynie informacji o materiale genetycznym danego patogenu i rozumieć jego biologię.
W przypadku SARS-CoV-2 sekwencję całego jego genomu opublikowano po raz pierwszy już 10 stycznia 2020 r., posiadaliśmy też doświadczenie z innymi koronawirusami, które są patogenami człowieka. Wiadomo było, że najlepszym antygenem szczepionkowym będzie białko S, które jest dla koronawirusów – w tym dla SARS-CoV-2 - kluczem do drzwi naszych komórek. Wystarczyło więc rozpocząć produkcję cząsteczek mRNA, które to białko kodują. Dysponując taką platformą możemy w krótkim czasie, bez konieczności posiadania patogenu i utrzymywania go w hodowli, stworzyć kandydata na szczepionkę przeciw wirusowi Zika, Nipah, czy SARS-CoV-2. To znacząco skraca prace rozwojowe.
A to chyba ten najbardziej czasochłonny moment w tworzeniu szczepionki?
Dalsze etapy, badania przedkliniczne i zwłaszcza kliniczne, to też ogromne przedsięwzięcie. Ale o nich możemy myśleć dopiero wtedy, gdy mamy gotowy preparat. W przypadku rozwiązań klasycznych proces wytwarzania wydaje się z jednej strony dość prosty, ale z drugiej strony jest żmudny, bo trzeba pasażować patogeny w hodowli komórkowej, obrabiać je, osłabiać bądź inaktywować. To wszystko trwa. Tym wszystkim nie musimy zajmować się, gdy pracujemy nad szczepionką mRNA. Właśnie dlatego szczepionka mRNA była jedną z pierwszych dostępnych szczepionek przeciw COVID-19.
Dodatkowo przy produkowaniu tych szczepionek nie trzeba stosować immunogennych dodatków chemicznych. Substancje te, dodawane do innych szczepionek mają zwiększać immunogenność preparatu. Powszechnie stosuje się je w szczepionkach inaktywowanych, które są przede wszystkim adsorbowane na wodorotlenku glinu. Potrzebne są też w szczepionkach białkowych, dlatego Novavax w swojej szczepionce przeciw COVID-19, która zawiera wyizolowane białko S, stosuje adjuwant pochodzenia roślinnego. Dodatkową zaletą jest fakt, że nie ma problemu z istniejącą wcześniej odpornością na nośnik, z czym trzeba się borykać w przypadku technologii wektorowej, która bazuje głównie na zmodyfikowanych adenowirusach. Część z ludzi ma kontakt z naturalnie występującymi wersjami tych wirusów i wytworzyła na nie odporność, a to może potem przekładać się na skuteczność szczepionek, które wykorzystują ich zmienione formy. Np. przeciwko ludzkiemu adenowirusowi typu 5, który często jest wykorzystywany jako wektor szczepionkowy, przeciwciała posiada około 40 proc. populacji Stanów Zjednoczonych i niemal 80 proc. w niektórych rejonach subsaharyjskich. Podobnie kłopotliwy jest ludzki adenowirus typu 26, wobec którego obserwuje się występowanie przeciwciał neutralizujących u części populacji np. w Ghanie czy Tajlandii. Oczywiście problem ten można ominąć wykorzystując adenowirusy niezwiązane z człowiekiem, np. szympansie. Ale i wtedy po podaniu szczepionki u osób zaszczepionych mogą powstawać przeciwciała przeciwko wektorowi. Jak długo mogą się utrzymywać? Czy mogą mieć wpływ na skuteczność drugiej dawki albo szczepionek przeciw innym chorobom, ale opracowanym w oparciu o ten sam wektor? To są wciąż pytania otwarte. W przypadku szczepionek mRNA nie trzeba ich sobie stawiać.
Sporo kontrowersji wywołuje natomiast glikol polietylenowy (PEG) stosowany w szczepionkach mRNA. O co chodzi?
Lipidy, które są używane do tworzenia otoczek są faktycznie „pegowane”. Niektórzy ludzie charakteryzują się wysokim poziomem przeciwciał przeciwko PEG, co potencjalnie może nieść u takich osób podwyższone ryzyko reakcji anafilaktycznej. Warto jednak podkreślić, że związek pomiędzy tą substancją a wstrząsem anafilaktycznym po podaniu szczepionek mRNA póki co nie jest potwierdzony. Częstość jego występowania nie odbiega od tej obserwowanej wobec stosowanych od dawna szczepionek. PEG jest swoją drogą powszechnie stosowany także w lekach i w kosmetykach, np. paście do zębów czy szamponie. Nie do końca jasny jest mechanizm, poprzez który PEG miałby powodować tego typu reakcje, bo nie uczestniczą w nim przeciwciała IgE.
Ograniczeniem dla szczepionek mRNA jest to, że wymagają one niskich temperatur do przechowywania.
Tak, w przypadku szczepionki Pfizera nawet ekstremalnie niskiej, bo minus 70, Moderny nieco lepiej, ale też poza strefą komfortu (minus 20). To prowadzi do istotnych ograniczeń logistycznych. Ale ten problem zostanie rozwiązany, a w zasadzie niektórym już to się udało. Szczepionka mRNA niemieckiej firmy CureVac, która puka do drzwi autoryzacji w Unii Europejskiej, może być przechowywana przez dwa miesiące w zwykłej lodówce. W przyszłości, szczepionki mRNA nie będą wymagać skrajnie niskich temperatur.
Wygląda na to, że COVID-19 niezwykle przyspieszył postęp, który zaowocuje także w przypadku innych chorób.
Dokładnie tak. mRNA to technologia, którą rozwijano od lat 90-tych. Po drodze trzeba było pokonać dużo przeszkód i ograniczeń. Odpowiedź na pandemię pozwoliła skumulować wszystkie wcześniejsze doświadczenia. Co więcej, teraz gdy są one masowo stosowane na świecie, prowadzony jest taki ogrom rozmaitych porejestracyjnych badań, że zaryzykuję twierdzenie, że ostatecznie będą to najlepiej przebadane szczepionki w historii wakcynologii. Technologia mRNA to przyszłość. I szansa na skuteczne terapie przeciwnowotworowe.
Monika Wysocka, zdrowie.pap.pl
Wywiad został zrealizowany w ramach projektu edukacyjnego „Science will win”, którego mecenasem jest firma Pfizer.
