​Wyścig po szczepionkę przeciwko COVID-19. Jak to możliwe, że powstała tak szybko?

Kiedy na początku 2020 r. naukowcy rozpoczęli poszukiwania szczepionki zwalczającej SARS-CoV-2, nie obiecywali szybkiego sukcesu. Do tej pory najszybciej opracowaną szczepionką była ta chroniąca przed świnką z lat 60. ubiegłego wieku, którą opracowano w ciągu czterech lat. Nadzieje na powstanie gotowego preparatu do lata 2021 r. były nad wyraz optymistyczne. A tymczasem okazało się, że już pod koniec listopada 2020 r. było gotowych kilka wariantów szczepionek. Drugiego grudnia 2020 r. preparat stworzony przez giganta farmaceutycznego Pfizer i niemiecką firmę biotechnologiczną BioNTech stał się pierwszą w pełni przetestowaną szczepionką przeciwko COVID-19, zatwierdzoną do użytku w nagłych wypadkach.

Doświadczenie związane ze szczepionkami przeciwko COVID-19 prawie na pewno zmieni przyszłość immunizacji. Pokazuje ono, jak szybko można rozwijać szczepionki, gdy mamy do czynienia z prawdziwym globalnym zagrożeniem i wystarczającymi zasobami. Potwierdza to dr Albert Bourla, dyrektor generalny firmy Pfizer, który prace nad innowacyjną szczepionką opisał w książce "Moonshot. Wyścig z czasem", która już 9 marca ukaże się na polskim rynku nakładem wydawnictwa Insignis. Czytamy w niej:

Badania pierwszej fazy czterech konstruktów rozpoczęły się pod koniec maja 2020 roku. W normalnych okolicznościach badania przebiegałyby sekwencyjnie, lecz my postanowiliśmy prowadzić je równolegle - testom poddawane więc były cztery różne potencjalne szczepionki, każda w trzech różnych dawkach. Właściwie powinno zająć to rok. My dokonaliśmy tego w miesiąc.

---

Projektowanie szczepionki przeciwko COVID-19 rozpoczęło się już na etapie rozszyfrowania sekwencji genetycznej wirusa SARS-CoV-2, czyli w styczniu 2020 r. Aby zachować odpowiednią perspektywę, warto zaznaczyć, że pełne poznanie ludzkiego genomu zajęło naukowcom prawie 13 lat (1990-2003). Dzięki postępom w genetyce, ale także i sztucznej inteligencji, dzisiaj to samo zadanie może zająć zaledwie kilka godzin.

Co więcej, w badaniach nad SARS-CoV-2, naukowcy nie byli całkowicie "ślepi". Dysponowali instrukcjami genetycznymi dotyczącymi wytwarzania białek S SARS-CoV-2, których wirus używa do włamywania się do komórek. Białka te wystające z powierzchni wirusa, stanowią łatwy cel do rozpoznania przez nasz układ odpornościowy. Naukowcy od samego początku wiedzieli, że trzeba skupić się właśnie na tych białkach, co było poparte dekadami badań koronawirusów, w tym dwóch, które wywołały inne epidemie u ludzi - SARS i MERS. 

Sama wiedza, o tym, jak zbudowany jest koronawirus i jakie są jego wrażliwe punkty, to za mało, by mówić o gotowej szczepionce. Instrukcje te trzeba odpowiednio "zapakować", wprowadzając bezpośrednio do gotowych posłańców, jak podczas adresowania listu. Naukowcy mieli już gotowe "transportery", bo testowano je w walce z wirusem HIV. Wciąż nie mamy szczepionki przeciwko temu patogenowi, ale za to dysponujemy pokaźnym arsenałem amunicji, którą można wycelować w potencjalnie każdego wirusa. Naukowcy twierdzą, że "mieli szczęście", że istniejące platformy tak dobrze sprawdziły się w przypadku SARS-CoV-2.

Jeden z szablonów bezpośrednio przenosił niefunkcjonalną, częściową nić wirusowego mRNA do komórek ciała, dostarczając im instrukcji do tworzenia kopii białka, które układ odpornościowy rozpoznaje jako obce. Ale mRNA trzeba było w coś "zapakować" - wybór padł na maleńkie pęcherzyki tłuszczu zwane nanocząstkami lipidowymi. Istnieją one od dziesięcioleci i są bezpiecznie stosowane w dziesiątkach innych leków, z których niektóre zostały zatwierdzone, a inne są w fazie testowej. W przypadku szczepionki przeciwko SARS-CoV-2 należało zmienić tylko treść listu, a nie kopertę, w którą go zapakowano (tzw. ładunek). Trzeba nadmienić także, że mRNA wstrzyknięte bez jakiegokolwiek pęcherzyka, szybko się rozpada, stając się całkowicie bezużyteczne.

Dwie kluczowe terapie - jedna wciąż w fazie testowej - umożliwiły twórcom szczepionki przeciwko COVID-19 dalszy rozwój preparatów. Jedna z nich to stworzona przez niemiecką firmę CureVac pierwsza szczepionka mRNA, która trafiła do badań klinicznych. Miała ona chronić przed wirusem wścieklizny i była podawana ochotnikom od 2013 r. Pierwsza wersja preparatu wywoływała jedynie słabą odpowiedź układu odpornościowego, ale pokazała, że sama technologia jest bezpieczna - nowsza wersja szczepionki jest dużo skuteczniejsza.

Drugą terapią jest patisiran, lek na bazie RNA na rzadką, ale często śmiertelną chorobę dziedziczną, w której białka amyloidowe gromadzą się w nerwach i niektórych organach - dziedzicznej amyloidozy pośredniczonej przez transtyretynę (amyloidoza hATTR). Wykorzystuje on ten sam projekt oparty na nanocząstkach lipidowych, co szczepionki SARS-CoV-2 oparte na mRNA, tylko z innym ładunkiem w środku. Lata danych z monitorowania pacjentów, którym wstrzyknięto fragmenty RNA owinięte w nanocząstki lipidowe, wskazują, że są one bezpieczne. Patisiran został zatwierdzony przez FDA po sześciu latach testów - badania te odegrały ważną rolę w rozwoju szczepionek przeciwko COVID-19.

Ciekawa była także sama faza testów szczepionki Pfizera. Kiedy w 2013 r. rozpoczęto rekrutację ochotników do badań klinicznych nad szczepionką mRNA przeciwko wściekliźnie, potrzebne było 813 dni, aby zgłosiło się 101 osób. Ale kiedy nadeszła końcowa faza testów szczepionki Pfizer, w niespełna 16 tygodni zebrano ponad 43 000 ochotników. To oznacza, że blisko 730 dni (prawie dwa lata) zaoszczędzono na samej rekrutacji.

Trzeba pamiętać, że naukowcy mogą zacząć obliczać skuteczność szczepionki, gdy wystarczająca liczba osób z grupy, która otrzymała placebo zamiast szczepionki, zarazi się w sposób naturalny. Gdy epidemia wygasa, potrzeba więcej czasu, aby osiągnąć ten próg. To samo dotyczy wirusów, które rozprzestrzeniają się wolniej od innych (np. HIV czy HPV) - w przeciwieństwie do nich, SARS-CoV-2 może rozprzestrzeniać się przez zwykłe oddychanie.

Badania nad szczepionką przeciwko HPV trwały ok. 529 dni zanim osiągnięto punkt, w którym można było obliczyć skuteczność szczepionki, gdy grupa placebo osiągnęła wskaźnik zakażeń na poziomie 3,8 proc. Z kolei w badaniu III fazy szczepionki Pfizera, wstępne wyniki skuteczności dla pierwszej z dwóch dawek uzyskano w ciągu zaledwie 105 dni, kiedy to wskaźnik zakażeń wyniósł prawie 2,4 proc. To o 424 dni szybciej niż w przypadku wirusa HPV. Wynika to z prostej zależności - kilka miesięcy przed wybuchem pandemii, SARS-CoV-2 zarażał setki tysięcy ludzi dziennie na całym świecie.

W szybszym zatwierdzeniu szczepionki Pfizer/BioNTech pomogła także FDA. Agencja ta zwykle potrzebuje 10 miesięcy na ocenę nowego leku, ale w związku z rosnącą liczbą zgonów spowodowanych wirusem SARS-CoV-2, FDA przyspieszyła wszystkie procedury - szczepionka Pfizera została zatwierdzona do użytku w nagłych wypadkach zaledwie 21 dni po złożeniu wniosku, a Moderny 19 dni później. To oznacza oszczędność o kolejne 283 dni.

Dzięki licznym usprawnieniom, zaoszczędzono 1437 dni, czyli blisko 4 lata w stosunku do normalnego czasu oczekiwania na nową szczepionkę. Z przyszłymi szczepionkami może być podobnie, a już na pewno w przypadku preparatów powstających w odpowiedzi na kolejne pandemie.

Trzeba pamiętać, że w przypadku szczepionek mRNA przeciwko COVID-19 nie pominięto żadnych kroków bezpieczeństwa. Wszelkie "skróty", z których skorzystano, wynikały z naszego rozumienia immunologii i lat prac nad innymi szczepionkami. Szczepionka Pfizer/BioNTech przeciwko COVID-19 to nie tyle sukces amerykańsko-niemieckiej współpracy, a wielkie osiągnięcie świata medycyny.