Szczepionki przyszłości. Co da nam technologia mRNA?

To jedna z najbardziej niezwykłych historii tej pandemii. I może jedyna, w przypadku której można mówić o wielkim sukcesie. Dzięki bezprecedensowej mobilizacji naukowcom udało się rozpracować w niespotykanym wcześniej tempie mechanizmy działania zupełnie nieznanego dotąd wirusa, i w ciągu zaledwie kilku miesięcy opracować na niego szczepionkę. To był tryumf nauki, ale też tryumf technologii, która długo czekała na swoją wielką szansę.

Chodzi o technologię wykorzystywania mRNA, czyli cząsteczki, która przekazuje komórkom instrukcje do wytwarzania konkretnych białek. Dzięki syntetycznym, stworzonym przez naukowców cząsteczkom, nasze komórki zmieniają się w prawdziwe fabryki szczepionek: produkują białka, dzięki którym nasz układ odpornościowy uczy się rozpoznawać i niszczyć agresora.

Walka z COVID-19 to pierwszy wielki sukces tej technologii, ale zapewne nie ostatni. Bo szczepionki mRNA mogą mieć dziesiątki innych zastosowań i stać się kluczową bronią w arsenale lekarzy.

Opracowanie tradycyjnej szczepionki to bardzo mozolny proces. Często zajmuje 10-20 lat, a koszty badań i testów często przekraczają miliard dolarów.

W przypadku COVID-19 proces dramatycznie przyspieszył dzięki trzem czynnikom. Po pierwsze, doszło do bezprecedensowej globalnej współpracy rządów, przemysłu, naukowców i organizacji pozarządowych. Po drugie, rządy wyłożyły pieniądze na opracowanie szczepionek z góry, dzięki czemu badacze mogli jednocześnie prowadzić wiele etapów rozwoju szczepionek, które zazwyczaj następują jeden po drugim. A po trzecie, badacze opierali się na przeprowadzonych w ciągu ostatniej dekady badaniach, które podłożyły podwaliny pod zupełnie nowy rodzaj szczepionek.

Teoria stojąca za szczepionką mRNA została zapoczątkowana przez naukowców z University of Pennsylvania, Katalin Karikó i Drew Weissmana, którzy pracowali nad nią przez ponad 20 lat. Niedawno za swoją pracę otrzymali nagrodę Lasker Award 2021, najważniejszą w Ameryce nagrodę w dziedzinie badań biomedycznych. Jednak nawet w 2019 r. uważano, że praktyczne szczepionki mRNA pojawią się za co najmniej pięć lat. Pandemia przyspieszyła tę dziedzinę medycyny o pół dekady.

W przeciwieństwie do tradycyjnych szczepionek wirusowych - które zawierają nieaktywną lub osłabioną wersję wirusa bądź jego część w celu stymulowania odpowiedzi immunologicznej - szczepionki informacyjne RNA dostarczają instrukcji genetycznych pozwalające na wytwarzanie białek charakterystycznych dla wirusa przez komórki naszego organizmu. I to te białka uczą następnie układ odpornościowy prawidłowej reakcji.

To zupełna zmiana podejścia do tworzenia szczepionek, która daje potencjalnie ogromne możliwości zwalczania rozmaitych schorzeń. “Implikacje technologii mRNA są zdumiewające" pisze Swadi Gupta, wiceprezes organizacji naukowej IAVI opracowującej szczepionki m.in. przeciw HIV czy gruźlicy. “Kilku twórców szczepionek bada tę technologię pod kątem zastosowania przeciwko wściekliźnie, grypie, wirusowi Zika, HIV i nowotworom, a także do celów weterynaryjnych. Jego potencjalna użyteczność opiera się na tym, że jest "technologią platformową", którą można szybko rozwijać i skalować. Biorąc pod uwagę, że potrzebny jest tylko kod genetyczny białka, syntetyczne szczepionki mRNA można wytworzyć szybko, w ciągu kilku dni".

Nie potrzeba już ogromnych, hermetycznych laboratoriów, w których hodowane są śmiercionośne wirusy. Zamiast tego wystarczy, by jedno laboratorium sekwencjonowało białka i przesłało dane pocztą elektroniczną do ośrodków na całym świecie. Cały proces jest o wiele szybszy i bezpieczniejszy.

Naukowcom nie brakuje pomysłów na kolejne zastosowania szczepionek mRNA. Szybkość i łatwość, z jaką można je projektować, oraz uniwersalny mechanizm ich działania pozwala na rozważanie zastosowań wykraczających daleko poza to, jak do tej pory rozumieliśmy “szczepienia".

Najpierw jednak technologia zostanie wykorzystana do walki z tymi chorobami, które jak dotąd opierały się szczepieniom, albo okazując się całkowicie odpornymi na próby stworzenia efektywnych szczepionek, albo zmieniając się tak szybko, że tradycyjne szczepienia szybko stawały się nieefektywne.

Pierwszym z takich celów jest grypa. Co roku Światowa Organizacja Zdrowia stara się przewidzieć to, które szczepy wirusa będą dominować w danym sezonie i na tej podstawie projektują tegoroczne szczepionki. To czasochłonny i niepewny proces: jeśli prognoza okaże się prawdziwa, szczepionki na grypę mają około 60 proc. skuteczności. Jeśli okazuje się nietrafiona, skuteczność szczepień na grypę może spadać nawet do 10 proc. Badacze marzą więc o szczepionce uniwersalnej, która działałaby na wszystkie cztery główne szczepy wirusa grypy i działała bez względu na to, który z nich zaatakuje nasz organizm. Taka szczepionka musiałaby być ukierunkowana na podstawowe białko wirusa, które nie zmienia się zbytnio od szczepu do szczepu. Ale nasz układ odpornościowy nie reaguje silnie na tę część wirusa. Technologia mRNA pozwala jednak nauczyć nasz układ odpornościowy rozpoznawania wielu wirusowych białek jednocześnie, dzięki czemu jeden zastrzyk zawierający kilkanaście rodzajów mRNA mógłby chronić nas przed kilkoma wariantami grypy. Prace nad taką szczepionką już trwają m.in. na Uniwersytecie Pensylwanii, a próby na ludziach mogą zacząć się już w przyszłym roku.

Kolejnym celem może stać się malaria, jedna z najbardziej śmiercionośnych chorób dotykających ludzkość. W październiku ubiegłego roku WHO zatwierdziło co prawda pierwszą w historii szczepionkę na malarię, ale daje ona stosunkowo słabą ochronę: zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia ciężkiej wersji choroby o ok. 30 proc. Problemem jest to, że wywołujący malarię pasożyt wytworzył w toku ewolucji mechanizmy które zapobiegają wytworzeniu pamięci immunologicznej, czyli nawet po zachorowaniu ludzie pozostają podatni na kolejne infekcje. W 2012 r. prof. Richard Bucala z Yale School of Medicine odkrył, że za tę “amnezję" odpowiada białko PIMF. Pracuje teraz nad szczepionką mRNA, która uodparniałaby nasz układ odpornościowy na działanie tego działka i pozwalała skutecznie walczyć z pasożytami.

Jeśli malaria jest dla szczepionek celem trudnym, o tyle HIV na razie okazał się przeciwnikiem nie do pokonania. Mimo intensywnych poszukiwań, szczepionki na śmiercionośnego wirusa nie udało się znaleźć od 50 lat. Zespół prof. Dereka Caina z Duke University pracuje jednak nad wykorzystaniem w tym celu właśnie szczepionek mRNA. Jego zespół skupił się na podgrupie pacjentów z HIV, którzy ostatecznie wykształcili wyspecjalizowane przeciwciała, które mogą zneutralizować HIV wiele lat po zakażeniu. Ta reakcja układu odpornościowego jest jednak zbyt wolna: w tym czasie liczba wirusów w organizmie jest już tak wielka, że infekcji po prostu nie da się usunąć. Badacz chce jednak stworzyć szczepionkę, która będzie te same przeciwciała produkować u zdrowych ludzi lub na wczesnym etapie infekcji.

Kolejnym, może najbardziej ambitnym celem jaki biorą sobie na cel twórcy szczepionek, są nowotwory. Celem jest nauczenie układu odpornościowego rozpoznawania charakterystycznych dla nich mutacji, co pozwalałoby samemu organizmowi zwalczanie nowotworów. Już w przyszłym roku zespół z Duke University będzie testował szczepionkę mRNA u pacjentów z późnym stadium raka piersi. Pierwsze szczepionki będą w stanie przedłużać życie chorych o wiele miesięcy zatrzymując rozwój choroby. W przyszłości może być możliwe zapobieganie wykształceniu się nowotworów, zwłaszcza u szczególnie narażonych na nie grup. Możliwe będzie też tworzenie hiperspersonalizowanych szczepionek, dostosowanych do konkretnego nowotworu konkretnego pacjenta.

A i to jeszcze nie koniec. Bo “mRNA 3.0" może wiązać się z efektywnymi terapiami na choroby autoimmunologiczne, zaburzenia genetyczne, mukowiscydozę, stwardnienie rozsiane czy choroby serca. Trwaja już prace nad szczepionkami na tropikalne choroby takie jak Zika, które dotąd były zaniedbywane, bo choć zarażały miliony ludzi, to obejmowały zazwyczaj najbiedniejsze kraje świata. Spadek kosztów opracowywania nowych szczepionek sprawia, że koncerny farmaceutyczne chętniej podejmują się tego zadania. Możliwe, że technologia mRNA pozwoli też skutecznie walczyć z chorobami odpornymi na antybiotyki, które są dziś jednym z największych zagrożeń dla globalnego zdrowia. A docelowo technologia ta mogłaby nawet leczyć osoby z nietolerancją laktozy lub obniżać poziom cholesterolu we krwi.