Jak powstaje szczepionka na koronawirusa i czy może powstrzymać pandemię?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Niespodziewanie nie ma potrzeby przyspieszania prac nad szczepionką.

Dziesiątki firm biotechnologicznych i instytucji naukowych ścigają się z pandemią, aby stworzyć różne opcje szczepionki na nowy koronawirus SARS – CoV – 2. Zastanawiamy się, jakie technologie są wykorzystywane do ich opracowania, jak długo potrwa, zanim szczepionka COVID-19 będzie mogła zostać zaszczepiona i czy przyszła szczepionka będzie w stanie powstrzymać pandemię.

Za każdym razem, gdy ludzkość staje w obliczu nowej infekcji, jednocześnie rozpoczynają się trzy rasy: o lek, system testowy i szczepionkę. W zeszłym tygodniu Centrum Naukowe Rospotrebnadzor rozpoczęło testowanie szczepionki przeciwko nowemu koronawirusowi, testując szczepionkę przeciw koronawirusowi na zwierzętach, a w Stanach Zjednoczonych rozpoczyna się badanie kliniczne NIH badanej szczepionki na COVID-19. Czy to oznacza, że zwycięstwo nad epidemią jest bliskie?

Według WHO około 40 laboratoriów na całym świecie ogłosiło DRAFT krajobraz kandydujących szczepionek na COVID-19 – 20 marca 2020 r., że opracowują szczepionki przeciwko koronawirusowi. I pomimo tego, że są wśród nich zdecydowani liderzy – na przykład chińska firma CanSino Biologics, która otrzymała ZAPEWNIONA DO BADANIA KLINICZNEGO SZCZEPIONKA RECOMBINANT NOVEL CORONAVIRUS (VECTOR ADENOVIRUS TYPE 5) oraz amerykańska Moderna, która już uzyskała zaczęli je: - Teraz trudno przewidzieć, która z firm wygra ten wyścig, a co najważniejsze, czy rozwój szczepionek wyprzedzi rozprzestrzenianie się koronawirusa. Sukces w tym wyścigu zależy nie tylko od wyboru broni, czyli od zasady, na której zbudowana jest szczepionka.

Martwy wirus to zły wirus

W podręcznikach szkolnych zwykle piszą, że do szczepień wykorzystuje się zabity lub osłabiony patogen. Ale ta informacja jest nieco nieaktualna. „Inaktywowane („ zabite”. - Około N + 1.) I osłabione (osłabione. - Około N + 1.) Szczepionki zostały wynalezione i wprowadzone w połowie ubiegłego wieku i trudno je uznać za nowoczesne, - wyjaśnia w rozmowie z N+1 Olgą Karpową, kierownikiem Katedry Wirusologii Wydziału Biologii Moskiewskiego Uniwersytetu im. Łomonosowa. - To jest drogie. Trudno jest transportować i przechowywać, wiele szczepionek trafia tam, gdzie są potrzebne (jeśli mówimy np. o Afryce) w takim stanie, kiedy już nikogo nie chronią.”

Co więcej, nie jest bezpieczny. Aby uzyskać wysoką dawkę „zabitego” wirusa, należy najpierw pozyskać duże ilości żywego, a to zwiększa wymagania dotyczące sprzętu laboratoryjnego. Następnie należy go zneutralizować - do tego używają na przykład ultrafioletu lub formaliny.

Ale gdzie jest gwarancja, że wśród mnóstwa „martwych” cząsteczek wirusa nie będzie już więcej, które mogą powodować choroby?

Przy osłabionym patogenie jest to jeszcze trudniejsze. Teraz, w celu osłabienia, wirus zmuszany jest do mutacji, a następnie wybierane są najmniej agresywne szczepy. Ale w ten sposób powstaje wirus o nowych właściwościach i nie wszystkie z nich można z góry przewidzieć. Znowu, gdzie jest gwarancja, że po wejściu do organizmu wirus nie będzie dalej mutował i nie dawał „potomstwa” jeszcze bardziej „złego” niż oryginał?

Dlatego zarówno wirusy „zabite”, jak i „niezabite” są dziś rzadko używane. Na przykład wśród nowoczesnych szczepionek przeciw grypie „atenuowane patogeny” stanowią mniejszość – szczepionki przeciw grypie nowej generacji: szanse i wyzwania są w mniejszości – tylko 2 z 18 szczepionek zatwierdzonych w Europie i Stanach Zjednoczonych do 2020 r. są zorganizowane. Spośród ponad 40 projektów szczepionek przeciwko koronawirusowi tylko jeden organizowany jest zgodnie z tą zasadą – zajmuje się nim Indyjski Instytut Serum.

Dziel i szczep

O wiele bezpieczniej jest wprowadzić układ odpornościowy nie do całego wirusa, ale do jego oddzielnej części. Aby to zrobić, musisz wybrać białko, dzięki któremu „wewnętrzna policja” osoby będzie w stanie dokładnie rozpoznać wirusa. Z reguły jest to białko powierzchniowe, za pomocą którego patogen przenika do komórek. Następnie trzeba uzyskać trochę kultury komórkowej, aby wyprodukować to białko na skalę przemysłową. Odbywa się to za pomocą inżynierii genetycznej, dlatego takie białka nazywa się genetycznie modyfikowanymi lub rekombinowanymi.

„Wierzę, że szczepionki muszą być rekombinowane i nic więcej”, mówi Karpova. - Co więcej, muszą to być szczepionki na nośnikach, czyli białka wirusa muszą być na jakimś nośniku. Faktem jest, że same w sobie (białka) nie są immunogenne. Jeśli jako szczepionka zostaną zastosowane białka o niskiej masie cząsteczkowej, nie rozwiną one odporności, organizm nie zareaguje na nie, więc cząsteczki nośnika są absolutnie niezbędne.”

Jako taki nośnik naukowcy z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego proponują wykorzystanie wirusa mozaiki tytoniu Wirus mozaiki tytoniu - „Wikipedia” (to, nawiasem mówiąc, jest to pierwszy wirus odkryty przez ludzi). Zwykle wygląda jak cienki patyk, ale po podgrzaniu przybiera kształt kuli. „Jest stabilny, ma wyjątkowe właściwości adsorpcyjne, przyciąga do siebie białka” – mówi Karpova. „Na jego powierzchni można umieścić małe białka, same antygeny”. Jeśli pokryjesz wirusa mozaiki tytoniu białkami koronawirusa, to dla organizmu zamieni się on w imitację cząsteczki wirusa SARS - CoV - 2. „Wirus mozaiki tytoniu”, zauważa Karpova, „jest skutecznym immunostymulantem organizmu. Jednocześnie, ponieważ wirusy roślinne nie mogą zarażać zwierząt, w tym ludzi, tworzymy całkowicie bezpieczny produkt.”

Bezpieczeństwo różnych metod związanych z białkami rekombinowanymi sprawiło, że stały się one najbardziej popularne – obecnie co najmniej kilkanaście firm stara się o takie białko dla koronawirusa. Ponadto wielu używa innych wirusów nośnikowych - na przykład wektorów adenowirusowych lub nawet zmodyfikowanych żywych wirusów odry i ospy, które infekują ludzkie komórki i namnażają się tam wraz z białkami koronawirusa. Metody te nie są jednak najszybsze, ponieważ konieczne jest założenie in-line produkcji białek i wirusów w hodowlach komórkowych.

Nagie geny

Etap produkcji białek w hodowli komórkowej można skrócić i przyspieszyć, zmuszając komórki organizmu do samodzielnej produkcji białek wirusowych. Szczepionki do terapii genowej działają zgodnie z tą zasadą – „nagi” materiał genetyczny – wirusowe DNA lub RNA – można wprowadzić do ludzkich komórek. DNA jest zwykle wstrzykiwane do komórek za pomocą elektroporacji, czyli wraz z wstrzyknięciem człowiek otrzymuje wyładowanie świetlne, w wyniku czego zwiększa się przepuszczalność błon komórkowych, a nici DNA dostają się do środka. RNA jest dostarczane za pomocą pęcherzyków lipidowych. Tak czy inaczej, komórki zaczynają wytwarzać białko wirusowe i demonstrować je układowi odpornościowemu, a odpowiedź immunologiczna rozwija się nawet przy braku wirusa.

Ta metoda jest całkiem nowa, nie ma na świecie szczepionek, które działałyby na tej zasadzie.

Niemniej jednak, według WHO, siedem firm jednocześnie próbuje na jej podstawie stworzyć szczepionkę przeciwko koronawirusowi. Tą drogą podąża firma Moderna Therapeutics, amerykański lider wyścigu szczepionek. Został też wybrany dla siebie przez trzech kolejnych uczestników wyścigu z Rosji: Vector Scientific Center w Nowosybirsku (według Rospotrebnadzora testuje jednocześnie aż sześć projektów szczepionek, a jeden z nich oparty jest na RNA), Biocad i Centrum Naukowo-Kliniczne Medycyny Precyzyjnej i Regeneracyjnej cena Kazań.

„W zasadzie stworzenie szczepionki nie jest takie trudne”, mówi Albert Rizvanov, dyrektor Centrum, profesor Wydziału Genetyki w Instytucie Medycyny Podstawowej i Biologii Kazańskiego Uniwersytetu Federalnego. „Szczepionki do terapii genowej są najszybsze pod względem rozwoju, ponieważ wystarczy stworzyć konstrukt genetyczny”. Szczepionka, nad którą pracuje Centrum, powinna strzelać do kilku celów jednocześnie: do komórek wstrzykuje się jednocześnie nić DNA z kilkoma genami wirusowymi. W rezultacie komórki będą produkować nie jedno białko wirusowe, ale kilka naraz.

Ponadto, według Rizvanova, szczepionki DNA mogą być tańsze niż inne w produkcji. „Jesteśmy zasadniczo jak Space X” – żartuje naukowiec. - Opracowanie naszego prototypu kosztuje tylko kilka milionów rubli. Jednak prototypowanie to tylko wierzchołek góry lodowej, a testowanie z żywym wirusem to zupełnie inna kolejność”.

Sytuacje i sztuczki

Gdy szczepionki zostaną przekształcone z rozwiązań teoretycznych w obiekty badawcze, przeszkody i ograniczenia zaczynają rosnąć jak grzyby po deszczu. A finansowanie to tylko jeden z problemów. Według Karpowej, Moskiewski Uniwersytet Państwowy ma już próbkę szczepionki, ale dalsze testy będą wymagały współpracy z innymi organizacjami. W następnym kroku planują przetestować bezpieczeństwo i immunogenność, a to można zrobić w murach uczelni. Ale jak tylko będziesz musiał ocenić skuteczność szczepionki, będziesz musiał pracować z patogenem, co jest zabronione w instytucji edukacyjnej.

Ponadto wymagane będą specjalne zwierzęta. Faktem jest, że zwykłe myszy laboratoryjne nie chorują na wszystkie ludzkie wirusy, a obraz choroby może być również bardzo różny. Dlatego szczepionki są często testowane na fretkach. Jeśli celem jest praca z myszami, to potrzebne są myszy zmodyfikowane genetycznie, które niosą w swoich komórkach dokładnie te same receptory, do których „przylega” koronawirus w ciele pacjenta. Te myszy nie są tanie Ace2 CONSTITUTIVE KNOCKOUT (dziesiątki lub dwadzieścia tysięcy dolarów za linię). To prawda, że czasami można zaoszczędzić pieniądze – kupić tylko kilka osobników i hodować je w laboratorium – ale to wydłuża etap badań przedklinicznych.

A jeśli nadal jesteśmy w stanie rozwiązać problem finansowania, to czas pozostaje trudnością nie do pokonania. Według Rizvanova, rozwój szczepionek trwa zwykle miesiące i lata. „Rzadko mniej niż rok, zwykle dłużej”, mówi. Szefowa Federalnej Agencji Biomedycznej (opracowują szczepionkę opartą na rekombinowanym białku) Veronika Skvortsova zasugerowała, że FMBA Rosji otrzyma pierwsze wyniki testów prototypów szczepionki na koronawirusa w czerwcu 2020 r., że gotowa szczepionka może pojawić się w czerwcu 2020 r. 11 miesięcy.

Istnieje kilka etapów, na których proces można przyspieszyć. Najbardziej oczywistym jest rozwój. Amerykańska firma Moderna objęła prowadzenie, ponieważ od dawna opracowuje szczepionki mRNA. A żeby zrobić kolejny, mieli już dość zdekodowanego genomu nowego wirusa. Rosyjskie zespoły z Moskwy i Kazania również od kilku lat pracują nad swoją technologią i opierają się na wynikach testów swoich wcześniejszych szczepionek przeciwko innym chorobom.

Idealna byłaby platforma, która pozwala szybko stworzyć nową szczepionkę z szablonu. Takie plany snują naukowcy z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.

„Na powierzchni naszej cząstki”, mówi Karpova, „możemy umieścić białka kilku wirusów i jednocześnie chronić przed COVID-19, SARS i MERS. Myślimy nawet, że możemy zapobiec takim epidemiom w przyszłości. Istnieje 39 koronawirusów, niektóre z nich są zbliżone do ludzkich koronawirusów i jest całkowicie jasne, co to znaczy pokonać barierę gatunkową („przeskoczyć” wirusa z nietoperzy na ludzi. - Uwaga N + 1.). Ale jeśli istnieje szczepionka taka jak Lego, możemy na nią umieścić białko jakiegoś wirusa, który gdzieś powstał. Zrobimy to w ciągu dwóch miesięcy - wymienimy lub dodamy te białka. Gdyby taka szczepionka była dostępna w grudniu 2019 r., a ludzie byliby zaszczepieni przynajmniej w Chinach, nie rozprzestrzeniłoby się to dalej.”

Kolejnym etapem są badania przedkliniczne, czyli praca ze zwierzętami laboratoryjnymi. Nie jest to najdłuższy proces, ale można go wygrać własnym kosztem w połączeniu z badaniami klinicznymi na ludziach. Moderna właśnie to zrobiła - firma ograniczyła się do szybkiej kontroli bezpieczeństwa i od razu przeszła do badań na ludziach. Warto jednak pamiętać, że lek, którego próbuje, jest jednym z najbezpieczniejszych. Ponieważ Moderna nie używa wirusów ani rekombinowanych białek, jest bardzo małe prawdopodobieństwo, że u ochotników wystąpią skutki uboczne – układ odpornościowy po prostu nie ma na co agresywnie reagować. Najgorsze, co może się zdarzyć, to to, że szczepionka jest nieskuteczna. Ale to pozostaje do zweryfikowania.

Ale produkcja szczepionek najwyraźniej nie jest etapem ograniczającym. „To nie jest bardziej skomplikowane niż zwykła biotechnologiczna produkcja rekombinowanych białek”, wyjaśnia Rizvanov. Według niego roślina może wyprodukować milion dawek takiej szczepionki w ciągu kilku miesięcy. Olga Karpova podaje podobne szacunki: trzy miesiące za milion dawek.

Czy potrzebujesz szczepionki?

To, czy warto ograniczać badania kliniczne, jest kwestią sporną. Po pierwsze, sam w sobie jest to powolny proces. W wielu przypadkach szczepionka musi być podana w kilku etapach: jeśli wirus nie rozmnaża się sam w organizmie, to jest szybko eliminowany, a jego stężenie jest niewystarczające. Gotowość do pandemii wirusa ptasiej grypy typu A i rozwój szczepionki w celu wywołania poważnej odporności odpowiedź. Dlatego nawet prosty test skuteczności zajmie co najmniej kilka miesięcy, a lekarze będą przez cały rok monitorować bezpieczeństwo szczepionki dla zdrowia ochotników.

Po drugie, COVID-19 to ten sam przypadek, w którym przyspieszenie badań na ludziach wydaje się dla wielu niepraktyczne.

Śmiertelność z powodu tej choroby szacuje się obecnie na kilka procent, a wartość ta prawdopodobnie ulegnie dalszemu zmniejszeniu, gdy tylko stanie się jasne, ile osób cierpiało na tę chorobę bezobjawowo. Ale szczepionka, jeśli zostanie wynaleziona teraz, będzie musiała zostać podana milionom ludzi, a nawet niewielkie skutki uboczne mogą spowodować liczbę chorób i zgonów porównywalną z samą infekcją. A nowy koronawirus nie jest wystarczająco „zły”, by, jak powiedział Rizvanov, „całkowicie odrzucić wszelkie względy bezpieczeństwa”. Naukowiec uważa, że w obecnej sytuacji kwarantanna jest najskuteczniejsza.

Jednak według Karpowej nie ma pilnej potrzeby szczepionki w najbliższej przyszłości. „Nie ma potrzeby szczepić ludzi podczas pandemii, to nie jest zgodne z zasadami epidemii” – wyjaśnia.

Galina Kozhevnikova, kierownik Katedry Chorób Zakaźnych Uniwersytetu RUDN, zgadza się z nią. „W czasie epidemii w ogóle nie zaleca się szczepień, nawet rutynowych, które są ujęte w harmonogramie szczepień. Ponieważ nie ma gwarancji, że dana osoba nie jest w okresie inkubacji, a jeśli w tym momencie zostanie zastosowana szczepionka, możliwe są zdarzenia niepożądane i zmniejszona skuteczność szczepienia”- powiedziała Kozhevnikova, odpowiadając na pytanie N + 1.

Dodała, że zdarzają się przypadki, kiedy szczepienie interwencyjne jest konieczne ze względów zdrowotnych, w sytuacji życia i śmierci. Na przykład podczas epidemii wąglika w Swierdłowsku w 1979 roku wszyscy zostali zaszczepieni, tysiące ludzi zostało zaszczepionych w trybie pilnym, a w 1959 roku w Moskwie podczas epidemii ospy przywiezionej przez Kokorekina Aleksieja Aleksiejewicza - „Wikipedia” z Indii przez artystę Aleksieja Kokorekina.

„Ale koronawirus absolutnie nie jest taką historią. Z tego, co się dzieje, widzimy, że ta epidemia rozwija się zgodnie z klasycznymi prawami ostrej choroby układu oddechowego”- mówi Kozhevnikova.

Dlatego twórcy szczepionek zawsze znajdują się w niezręcznej sytuacji. Dopóki nie ma wirusa, stworzenie szczepionki jest prawie niemożliwe. Gdy tylko pojawił się wirus, okazuje się, że należało to zrobić przedwczoraj. A kiedy się wycofuje, producenci tracą klientów.

Należy jednak podać szczepionkę. Tak się nie stało podczas poprzednich wybuchów infekcji koronawirusem – zarówno MERS, jak i SARS zakończyły się zbyt szybko, a badania straciły fundusze. Ale jeśli od 2004 roku na świecie nie było przypadków SARS, to ostatni przypadek MERS pochodzi z 2019 roku i nikt nie może zagwarantować, że epidemia się nie powtórzy. Ponadto szczepionka przeciwko wcześniejszym infekcjom może stanowić strategiczną platformę do opracowywania przyszłych szczepionek.

Karpova zauważa, że nawet po wygaśnięciu epidemii COVID-19 możliwa jest kolejna epidemia. I w tym przypadku państwo powinno mieć przygotowaną szczepionkę.„To nie jest rodzaj szczepionki, którą wszyscy ludzie będą zaszczepieni jak na grypę” – mówi. „Ale w sytuacji awaryjnej z nową epidemią państwo powinno mieć taką szczepionkę, a także system testowy”.

Koronawirus. Liczba zarażonych:

243 093 598

na świecie

8 131 164

w Rosji Zobacz mapę