Szczepionki z kwasem nukleinowym wykorzystują mRNA, aby przekazać komórkom instrukcje dotyczące wytwarzania pożądanego białka. Libre de Droit/iStock przez Getty Images
Dwie najbardziej udane szczepionki koronawirusowe opracowane w USA – szczepionki Pfizer i Moderna – to szczepionki mRNA. Pomysł wykorzystania materiału genetycznego do wywołania odpowiedzi immunologicznej otworzył świat badań i potencjalnych zastosowań medycznych, daleko poza zasięgiem tradycyjnych szczepionek. Deborah Fuller jest mikrobiologiem na Uniwersytecie Waszyngtońskim, który od ponad 20 lat zajmuje się badaniem szczepionek genetycznych. Rozmawialiśmy z nią o przyszłość szczepionek mRNA do podcastu The Conversation Weekly. Poniżej znajdują się fragmenty tej rozmowy, które zostały zredagowane pod kątem długości i jasności.
Od jak dawna opracowywane są szczepionki oparte na genach?
Ten rodzaj szczepionki był opracowywany od około 30 lat. Szczepionki oparte na kwasie nukleinowym opierają się na założeniu, że DNA tworzy RNA, a następnie RNA tworzy białka. Dla dowolnego białka, gdy znamy sekwencję genetyczną lub kod, możemy zaprojektować cząsteczkę mRNA lub DNA, która skłoni komórki danej osoby do rozpoczęcia jej wytwarzania.
Kiedy po raz pierwszy pomyśleliśmy o wprowadzeniu kodu genetycznego do czyichś komórek, badaliśmy zarówno DNA, jak i RNA. Na początku szczepionki mRNA nie działały zbyt dobrze. Oni były niestabilne i wywołały dość silną odpowiedź immunologiczną, która była niekoniecznie pożądane. Przez bardzo długi czas szczepionki DNA zajmowały pierwsze miejsce, a bardzo pierwsze badania kliniczne dotyczyły szczepionki DNA.
Ale około siedem lub osiem lat temu szczepionki z mRNA zaczęły przejmować inicjatywę. Naukowcy rozwiązali wiele problemów – w szczególności niestabilność – i odkryto nowe technologie dostarczania mRNA w komórki i sposoby modyfikacji sekwencji kodującej, aby uczynić szczepionki o wiele bezpieczniejszymi do stosowania u ludzi.
Po rozwiązaniu tych problemów technologia naprawdę miała szansę stać się rewolucyjnym narzędziem w medycynie. To było właśnie wtedy, gdy uderzył COVID-19.
Co odróżnia szczepionki zawierające kwas nukleinowy od szczepionek tradycyjnych?
Większość szczepionek indukuje odpowiedź przeciwciał. Przeciwciała są głównym mechanizmem odpornościowym blokującym infekcje. Gdy zaczęliśmy studiować szczepionki kwasu nukleinowego, odkryliśmy, że ponieważ te szczepionki ulegają ekspresji w naszych komórkach, były również bardzo skuteczny w wywoływaniu odpowiedzi limfocytów T. To odkrycie naprawdę skłoniło do dodatkowego przemyślenia, w jaki sposób naukowcy mogliby wykorzystać szczepionki zawierające kwas nukleinowy nie tylko w chorobach zakaźnych, ale także w immunoterapii w leczeniu nowotworów i przewlekłych chorób zakaźnych – takich jak HIV, wirusowe zapalenie wątroby typu B i opryszczka – a także zaburzeń autoimmunologicznych, a nawet terapii genowej .
Jak szczepionka może leczyć nowotwory lub przewlekłe choroby zakaźne?
Odpowiedzi komórek T są bardzo ważne dla identyfikacji komórek zakażonych chorobami przewlekłymi i nieprawidłowymi komórkami rakowymi. Odgrywają również dużą rolę w eliminacji tych komórek z organizmu.
Kiedy komórka staje się rakowa, to rozpoczyna produkcję neoantygenów. W normalnych przypadkach układ odpornościowy wykrywa te neoantygeny, rozpoznaje, że coś jest nie tak z komórką i to eliminuje. Powodem, dla którego niektórzy ludzie chorują na nowotwory, jest to, że ich układ odpornościowy nie jest w stanie wyeliminować komórek nowotworowych, więc komórki się rozmnażają.
Celem szczepionki z mRNA lub DNA jest umożliwienie organizmowi lepszego rozpoznawania bardzo specyficznych neoantygenów wytworzonych przez komórkę rakową. Jeśli twój układ odpornościowy potrafi je lepiej rozpoznać i zobaczyć, będzie to atakują komórki rakowe i eliminują je z organizmu.
Tę samą strategię można zastosować do eliminacja przewlekłych infekcji jak HIV, wirusowe zapalenie wątroby typu B i opryszczka. Wirusy te infekują organizm człowieka i pozostają w nim na zawsze, chyba że system odpornościowy je wyeliminuje. Podobnie jak szczepionki z kwasu nukleinowego mogą trenować układ odpornościowy w celu eliminacji komórek rakowych, mogą być wykorzystywane do trenowania naszych komórek odpornościowych w rozpoznawaniu i eliminowaniu przewlekle zakażonych komórek.
Jaki jest status tych szczepionek?
Niektóre z pierwszych prób klinicznych szczepionek zawierających kwasy nukleinowe miały miejsce w latach 1990. XX wieku i były na raka, szczególnie dla czerniak.
Dziś istnieje liczba trwających badań klinicznych mRNA w leczeniu czerniaka, raka prostaty, raka jajnika, raka piersi, białaczki, glejaka i innych, a wyniki są obiecujące. Moderna ogłosiła niedawno obiecujące wyniki w fazie 1 badania z wykorzystaniem mRNA do leczyć guzy lite i chłoniaki
Istnieje również wiele trwających prób dotyczących szczepionek DNA na raka, ponieważ szczepionki DNA są: szczególnie skuteczny w indukowaniu odpowiedzi komórek T. Firma Inovio wykazała niedawno znaczący wpływ na raka szyjki macicy wywoływanego przez wirusa brodawczaka ludzkiego u kobiet za pomocą szczepionki DNA.
Czy szczepionki zawierające kwas nukleinowy mogą leczyć zaburzenia autoimmunologiczne?
Zaburzenia autoimmunologiczne występują, gdy komórki odpornościowe danej osoby faktycznie atakują część własnego ciała. Przykładem tego jest stwardnienie rozsiane. Jeśli masz stwardnienie rozsiane, twój własne komórki odpornościowe atakują mielinę, białko, które okrywa komórki nerwowe w mięśniach.
Sposobem na wyeliminowanie choroby autoimmunologicznej jest modulowanie komórek odpornościowych, aby zapobiec atakowaniu przez nie własnych białek. W przeciwieństwie do szczepionek, których celem jest pobudzenie układu odpornościowego do lepszego rozpoznawania czegoś, leczenie chorób autoimmunologicznych ma na celu osłabienie układu odpornościowego, aby przestał atakować coś, czego nie powinien. Niedawno naukowcy stworzyli szczepionkę mRNA kodującą białko mieliny z nieznacznie zmodyfikowanymi instrukcjami genetycznymi, aby zapobiec stymulowaniu odpowiedzi immunologicznych. Zamiast aktywować normalne limfocyty T, które zwiększają odpowiedź immunologiczną, szczepionka spowodowała, że organizm produkują limfocyty T regulatorowe które specyficznie tłumiły tylko komórki T, które atakowały mielinę.
Wiele chorób pojawia się, gdy ludzie mają mutacje lub brakuje im pewnych genów, a szczepionki zawierające kwas nukleinowy mogą działać jako tymczasowe zamienniki brakujących genów. ttsz/iStock przez Getty Images
Jakieś inne zastosowania nowej technologii szczepionkowej?
Ostatnia aplikacja jest w rzeczywistości jedną z pierwszych rzeczy, o których naukowcy pomyśleli o użyciu szczepionek DNA i mRNA do: terapii genowej. Niektórzy ludzie rodzą się bez pewnych genów. Celem terapii genowej jest dostarczenie komórkom brakujących instrukcji, których potrzebują do produkcji ważnego białka.
Doskonałym tego przykładem jest mukowiscydoza, choroba genetyczna spowodowana mutacjami w jednym genie. Stosując szczepionkę DNA lub mRNA, naukowcy badają możliwość zasadniczego zastąpienia brakującego genu i umożliwienia czyjegoś ciała przejściowo produkują brakujące białko. Gdy białko jest obecne, objawy mogą zniknąć, przynajmniej tymczasowo. mRNA nie utrzymywałoby się zbyt długo w ludzkim ciele, nie integrowało się z ludzkimi genomami ani w żaden sposób nie zmieniało genomu. Potrzebne byłyby więc dodatkowe dawki, gdy efekt minął.
Badania wykazały, że ta koncepcja jest wykonalna, ale nadal wymaga trochę pracy.
O autorze
Debora Fuller, profesor mikrobiologii, Wydział Lekarski, uniwersytet Waszyngtoński
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Ciało utrzymuje wynik: mózg, umysł i ciało w leczeniu traumy
przez Bessela van der Kolka
Ta książka bada powiązania między traumą a zdrowiem fizycznym i psychicznym, oferując spostrzeżenia i strategie leczenia i powrotu do zdrowia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Oddech: nowa nauka o utraconej sztuce
przez Jamesa Nestora
Ta książka bada naukę i praktykę oddychania, oferując spostrzeżenia i techniki poprawy zdrowia fizycznego i psychicznego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Paradoks roślin: ukryte zagrożenia w „zdrowej” żywności, które powodują choroby i przyrost masy ciała
przez Stevena R. Gundry'ego
Ta książka bada powiązania między dietą, zdrowiem i chorobami, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kod odpornościowy: nowy paradygmat prawdziwego zdrowia i radykalnego przeciwdziałania starzeniu się
autorstwa Joela Greene'a
Ta książka oferuje nowe spojrzenie na zdrowie i odporność, opierając się na zasadach epigenetyki i oferując spostrzeżenia i strategie optymalizacji zdrowia i starzenia się.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kompletny przewodnik po poście: uzdrawiaj swoje ciało poprzez post przerywany, co drugi dzień i przedłużony
autorstwa dr Jasona Funga i Jimmy'ego Moore'a
Ta książka bada naukę i praktykę postu, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
