Jak powstaje szczepionka na koronawirusa i czy może ona powstrzymać pandemię

Dziesiątki firm biotechnologicznych i instytutów naukowych ścigają się z pandemią, aby stworzyć różne opcje szczepionek dla nowego koronawirusa SARS - CoV - 2. Dowiadujemy się, jakie technologie są wykorzystywane do ich opracowywania, ile czasu zajmie do momentu, w którym będzie można zaszczepić COVID-19 i czy przyszła szczepionka może się zatrzymać pandemia.

Za każdym razem, gdy ludzkość staje w obliczu nowej infekcji, jednocześnie startują trzy wyścigi: o lek, system testowy i szczepionkę. Rozpoczął się poprzedni tydzień w RosjiCentrum Naukowe Rospotrebnadzor rozpoczęło testowanie szczepionki przeciwko nowemu koronawirusowi szczepionki przeciw koronawirusowi na zwierzętach, aw USA już na ludziachRozpoczyna się badanie kliniczne NIH nad szczepionką przeciw COVID-19. Czy to oznacza zwycięstwo epidemia blisko?

Według WHO około 40 laboratoriów na świecie zadeklarowałoPROJEKT krajobrazu COVID - 19 kandydatów na szczepionki - 20 marca 2020 r

że opracowują szczepionki przeciwko koronawirusowi. I pomimo tego, że są wśród nich wyraźni liderzy - na przykład chińska firma CanSino Biologics, którą otrzymałaREKOMBINOWANA NOWOŚĆ SZCZEPIONKA CORONAVIRUS (VECTOR ADENOVIRUS TYPU 5) ZATWIERDZONA DO BADANIA KLINICZNEGO zezwolenie na próby na ludziach i amerykańska Moderna, która je już rozpoczęła, jest teraz trudne przewidzieć, która firma wygra ten wyścig, a co najważniejsze, czy rozwój szczepionek wyprzedzi proliferację koronawirus. Sukces w tym wyścigu zależy nie tylko od wyboru broni, to znaczy od zasady, na której zbudowana jest szczepionka.

Martwy wirus to zły wirus

W podręcznikach szkolnych zazwyczaj piszą, że do szczepień używa się zabitego lub osłabionego patogenu. Ale te informacje są nieco nieaktualne. „Nieaktywne („ zabite ”. - Około. N + 1.) I osłabione (osłabione. - Około. N + 1.) Szczepionki zostały wynalezione i wprowadzone w połowie ubiegłego wieku i trudno uznać je za nowoczesne - wyjaśnia w rozmowie z N + 1 Olgą Karpową, Kierownikiem Katedry Wirusologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Moskiewskiego Lomonosov. - To jest drogie. Ciężko jest transportować i przechowywać, wiele szczepionek dociera tam, gdzie są potrzebne (jeśli mówimy np. O Afryce) w stanie, w którym już nikogo nie chronią ”.

Co więcej, nie jest to bezpieczne. Aby uzyskać dużą dawkę „zabitych” wirus, musisz najpierw zdobyć duże ilości żywych istot, a to zwiększa wymagania dotyczące sprzętu laboratoryjnego. Następnie należy go zneutralizować - do tego używają na przykład światła ultrafioletowego lub formaliny.

Ale gdzie jest gwarancja, że ​​wśród mnóstwa „martwych” cząsteczek wirusa nie będzie już, co mogłoby wywołać chorobę?

W przypadku osłabionego patogenu jest to jeszcze trudniejsze. Teraz, aby osłabić, wirus jest zmuszony do mutacji, a następnie selekcjonuje się najmniej agresywne szczepy. Ale skutkuje to wirusem o nowych właściwościach i nie wszystkie z nich można przewidzieć z góry. I znowu, gdzie jest gwarancja, że ​​gdy wirus znajdzie się w ciele, nie będzie dalej mutował i nie wyda „potomstwa” jeszcze bardziej „złego” niż oryginał?

Dlatego obecnie rzadko używa się zarówno wirusów „zabitych”, jak i „nie zabitych”. Na przykład, wśród nowoczesnych szczepionek przeciwko grypie są „atenuowane patogeny”Szczepionki przeciw grypie nowej generacji: szanse i wyzwania w mniejszości - tylko 2 z 18 szczepionek zatwierdzonych w Europie i Stanach Zjednoczonych do 2020 roku są zaprojektowane w ten sposób. Spośród ponad 40 projektów szczepionek przeciwko koronawirusowi tylko jeden jest organizowany zgodnie z tą zasadą - zajmuje się nim Indyjski Instytut Surowic.

Podziel i zaszczep

O wiele bezpieczniej jest wprowadzić odporny system nie z całym wirusem, ale z jego oddzielną częścią. 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 wnika do komórek. Następnie musisz zdobyć trochę kultury komórkowej, aby wyprodukować to białko na skalę przemysłową. Odbywa się to za pomocą inżynierii genetycznej, dlatego takie białka nazywa się inżynierią genetyczną lub rekombinacją.

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

Naukowcy z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego sugerują użycie wirusa mozaiki tytoniu jako takiego nośnika.Wirus mozaiki tytoniu - „Wikipedia” (nawiasem mówiąc, jest to pierwszy wirus odkryty przez ludzi). Zwykle wygląda jak cienki patyczek, ale po podgrzaniu przybiera kształt kulki. „Jest stabilny, ma wyjątkowe właściwości adsorpcyjne, przyciąga do siebie białka” - mówi Karpova. „Na jego powierzchni można umieścić małe białka, same antygeny”. Jeśli pokryjesz wirus mozaiki tytoniu białkami koronawirusa, wówczas dla organizmu zamieni się on w imitację cząsteczki wirusa SARS-CoV-2. „Wirus mozaiki tytoniu”, zauważa Karpova, „jest skutecznym immunostymulatorem organizmu. Jednocześnie, ponieważ wirusy roślinne nie mogą zakażać zwierząt, w tym ludzi, tworzymy produkt całkowicie bezpieczny ”.

Bezpieczeństwo różnych metod związanych z białkami rekombinowanymi sprawiło, że stały się one najpopularniejsze - co najmniej kilkanaście firm próbuje obecnie pozyskać takie białko dla koronawirusa. Ponadto wielu wykorzystuje inne wirusy przenoszące - na przykład wektory adenowirusowe lub nawet zmodyfikowane „żywe” wirusy odry i ospy, które infekują ludzkie komórki i rozmnażają się tam wraz z białka koronawirusa. Jednak metody te nie są najszybsze, ponieważ konieczne jest ustalenie produkcji białek i wirusów in-line w kulturach komórkowych.

Nagie geny

Produkcja białka w hodowli komórkowej można skrócić i przyspieszyć, zmuszając komórki organizmu do samodzielnego wytwarzania białek wirusowych. Szczepionki do terapii genowej działają na tej zasadzie - „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 demonstrują je układowi odpornościowemu, który rozwija odpowiedź immunologiczną nawet przy braku wirusa.

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

Niemniej jednak siedem firm jednocześnie, według WHO, próbuje zrobić szczepionkę przeciwko koronawirus w oparciu o to. To droga, którą obrał Moderna Therapeutics, amerykański lider w wyścigu szczepionek. Został również wybrany dla siebie przez trzech kolejnych uczestników wyścigu z Rosji: ośrodek naukowy „Vector” w Nowosybirsku (według Rospotrebnadzoru sprawdza aż w tym samym czasie, a jeden z nich oparty jest na RNA), Biocad oraz Naukowo-Kliniczne Centrum Medycyny Precyzyjnej i Regeneracyjnej w Kazań.

„W zasadzie stworzenie szczepionki nie jest takie trudne” - mówi Albert Rizvanov, dyrektor Centrum, profesor Wydziału Genetyki w Instytucie Medycyny Podstawowej i Biologii Uniwersytetu Federalnego w Kazaniu. „Szczepionki genoterapeutyczne są najszybsze pod względem rozwoju, ponieważ wystarczy do stworzenia konstruktu genetycznego”. Szczepionka, nad którą pracuje Centrum, powinna strzelać do kilku celów jednocześnie: nić DNA z kilkoma genami wirusowymi jest wstrzykiwana do komórek w tym samym czasie. W rezultacie komórki będą produkować nie jedno białko wirusowe, ale kilka na raz.

Ponadto, według Rizvanova, szczepionki DNA mogą być tańsze niż inne w produkcji. „W zasadzie jesteśmy 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 ”.

Zmienności i sztuczki

Gdy szczepionki zostaną przekształcone z teoretycznych osiągnięć w obiekty badawcze, przeszkody i ograniczenia zaczynają rosnąć jak grzyby. 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 można to zrobić w murach uniwersytetu. Ale gdy tylko będziesz musiał ocenić skuteczność szczepionki, będziesz musiał pracować z patogenem, a to jest zabronione w placówce 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, potrzebne są myszy modyfikowane genetycznie przenoszą na swoich komórkach dokładnie te same receptory, do których „przylega” koronawirus w organizmie Pacjent. Te myszy nie są tanieAce2 KONSTYTUCYJNA KNOCKOUT (dziesięć lub dwa dziesiątki tysięcy dolarów na linię). To prawda, że ​​czasami można zaoszczędzić - kupić tylko kilka osobników i wyhodować je w laboratorium - ale to wydłuża etap badań przedklinicznych.

A jeśli nadal jesteśmy w stanie rozwiązać problem finansowania, czas pozostaje trudnością nie do pokonania. Rizvanov powiedział, że rozwój szczepionek trwa zwykle miesiące i lata. „Rzadko mniej niż rok, zwykle dłużej” - mówi. Szef Federalnej Agencji Medycznej i Biologicznej (opracowują szczepionkę opartą na rekombinowanym białku) Veronika Skvortsova zasugerowałaRosyjska firma FMBA otrzyma pierwsze wyniki testów prototypowych szczepionek koronawirusowych w czerwcu 2020 rokuże gotowa szczepionka może pojawić się za 11 miesięcy.

Istnieje kilka etapów, na których można przyspieszyć ten proces. Najbardziej oczywistym jest rozwój. Amerykańska firma Moderna przejęła inicjatywę, ponieważ od dawna opracowuje szczepionki mRNA. Aby stworzyć kolejny, mieli dość rozszyfrowanego genomu nowego wirusa. Rosyjskie zespoły z Moskwy i Kazania również od kilku lat pracują nad swoją technologią i polegają na wynikach testów swoich poprzednich szczepionek przeciwko innym chorobom.

Ideałem byłaby platforma, która pozwala szybko stworzyć nową szczepionkę z szablonu. Takie plany wymyślają 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. Uważamy nawet, że możemy zapobiec takim epidemiom w przyszłości. Jest 39 koronawirusów, niektóre z nich są zbliżone do ludzkich koronawirusów i jest całkowicie jasne, czym jest pokonanie bariery gatunkowej (przeskoczenie wirusa z nietoperzy na ludzi. - Około. N + 1). Ale jeśli istnieje szczepionka taka jak Lego, możemy umieścić na niej białko jakiegoś wirusa, który gdzieś się pojawił. Zrobimy to w ciągu dwóch miesięcy - wymienimy lub dodamy te białka. Gdyby taka szczepionka była dostępna w grudniu 2019 r., A ludzie zostaliby zaszczepieni przynajmniej w Chinach, nie rozprzestrzeniłby się dalej ”.

Kolejnym etapem są badania przedkliniczne, czyli praca ze zwierzętami laboratoryjnymi. Nie jest to najdłuższy proces, ale można go wygrać jego 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 próbowany przez nią lek jest jednym z najbezpieczniejszych. Ponieważ Moderna nie wykorzystuje wirusów ani rekombinowanych białek, jest bardzo mała szansa, że ​​ochotnicy będą mieli 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. „Nie jest to trudniejsze niż zwykła biotechnologiczna produkcja rekombinowanych białek” - wyjaśnia Rizvanov. Według niego roślina może wyprodukować milion dawek takiej szczepionki w ciągu kilku miesięcy. Olga Karpova podaje podobny szacunek: trzy miesiące na milion dawek.

Czy potrzebujesz szczepionki?

To, czy należy ograniczyć badania kliniczne, jest kwestią sporną. Po pierwsze, jest to proces sam w sobie powolny. W wielu przypadkach szczepionkę należy podawać w kilku etapach: jeśli wirus nie namnaża się sam w organizmie, to jest szybko wydalany, a jego stężenie jest niewystarczającePrzygotowanie do pandemii wirusa ptasiej grypy A i opracowanie szczepionkiwywołać silną odpowiedź immunologiczną. Dlatego nawet prosty test skuteczności zajmie co najmniej kilka miesięcy, a lekarze przez cały rok będą monitorować bezpieczeństwo szczepionki dla zdrowia ochotników.

Po drugie, COVID-19 jest tym samym przypadkiem, w którym przyspieszenie prób na ludziach wydaje się niepraktyczne.

Współczesną śmiertelność z powodu tej choroby szacuje się 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 być podawana milionom ludzi, a nawet niewielkie skutki uboczne mogą skutkować liczbą chorób i zgonów porównywalną do samej infekcji. A nowy koronawirus nie jest wystarczająco „zły”, by, jak powiedział Rizvanov, „całkowicie odrzucić wszelkie względy bezpieczeństwa”. Naukowiec uważa, że ​​w obecnej sytuacji najbardziej efektywny Kwarantanna.

Jednak według Karpovej w najbliższej przyszłości nie będzie pilnej potrzeby szczepienia. „Nie ma potrzeby szczepienia ludzi podczas pandemii, to jest niezgodne z zasadami epidemii” - wyjaśnia.

Zgadza się z nią Galina Kozhevnikova, kierownik Katedry Chorób Zakaźnych Uniwersytetu RUDN. „Podczas epidemii w ogóle nie zaleca się szczepień, nawet planowanych, które są zawarte w harmonogramie szczepień. Bo nie ma gwarancji, że dana osoba nie jest w okresie inkubacji i czy w tym momencie obowiązuje szczepionka, zdarzenia niepożądane i zmniejszona skuteczność szczepionki są możliwe ”- powiedziała Kozhevnikova, odpowiadając na pytanie N + 1.

Dodała, że ​​są przypadki, w których szczepienie interwencyjne jest konieczne ze względów zdrowotnych, w sytuacji życia i śmierci. Na przykład podczas wybuchu wąglika w Swierdłowsku w 1979 r. Zaszczepiono wszystkich, zaszczepiono w trybie pilnym tysiące osób, aw 1959 r. W Moskwie podczas wybuchu ospy wietrznej przywiezionoKokorekin, Alexey Alekseevich - „Wikipedia” z Indii autorstwa Alexeya Kokorekina.

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

Dlatego twórcy szczepionek są zawsze w niezręcznej sytuacji. Chociaż 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. Nie zdarzyło się to podczas poprzednich wybuchów zakażeń koronawirusem - zarówno MERS, jak i SARS zakończyły się zbyt szybko, a badania straciły finansowanie. Ale jeśli przypadki SARS nie były obserwowane na świecie od 2004 roku, to ostatni przypadek MERS jest datowany na 2019 rok i nikt nie może zagwarantować, że wybuch nie powtórzy się. Ponadto szczepionka przeciwko wcześniejszym infekcjom mogłaby stanowić strategiczną platformę dla przyszłego rozwoju szczepionek.

Karpova zauważa, że ​​nawet po rozpadzie tego rozbłysku COVID-19 inny jest możliwy. W takim przypadku państwo powinno mieć gotową szczepionkę. „To nie jest rodzaj szczepionki, którą wszyscy ludzie zostaną zaszczepieni jak grypa” - mówi. „Ale w nagłym przypadku z nową epidemią państwo powinno mieć taką szczepionkę, a także system testowy”.