Eficacitatea și siguranța vaccinurilor de tip ARN mesager (ARNm)

Vaccinurile sunt instrumente foarte importante în controlul bolilor infecțioase. Vaccinurile cu ARN mesager (ARNm) au devenit cunoscute datorită eficienței lor în a preveni infecția cu virusul SARS-CoV-2 și reprezintă din ce în ce mai mult o alternativă la vaccinurile convenționale, ca urmare a mai multor factori. Odată cu apariția pandemiei de COVID-19, acestea au dobândit atenția și resursele multor companii care s-au dedicat complet dezvoltării și cercetării tehnologiei. Vaccinurile de tip ARNm au fost prima tehnologie aprobată atât de Uniunea Europeană, cât și de Statele Unite, ca tratament profilactic în combaterea pandemiei COVID-19. Tehnologia vaccinării cu ARNm există încă din 1990 și în tot acest timp a fost studiată clinic pentru tratarea a numeroase afecțiuni precum cancer, HIV/SIDA, gripă și chiar tulburări genetice. Cu toate că vaccinurile ARNm sunt administrate pe eșantioane imense, de milioane de subiecți, sunt necesare informații suplimentare legate de mecanismul de acțiune, performanța pe termen lung și siguranța acestora.

Ce este și cum funcționează ARN-ul mesager

Acidul ribonucleic (ARN) are structura similară cu cea a acidului dezoxiribonucleic (ADN), dar totuși se întâlnesc anumite diferențe cum ar fi faptul că ARN-ul este monocatenar, în timp ce ADN-ul este dublu catenar; codul ARN conține uracil, codul ADN conține timină; zahărul din structura ARN este riboză, cel din ADN este dezoxiriboză; zahărul din ARN conține un atom de oxigen în plus față de cel din ADN.

ARN-ul mesager (ARNm) este o moleculă de ARN monocatenar, care este complementară uneia dintre catenele de ADN ale unei gene. ARNm este o versiune de ARN a genei care părăsește nucleul celulei și se deplasează în citoplasmă, unde sunt produse proteinele. În timpul sintezei proteinelor, ribozomul se mișcă de-a lungul ARNm, îi citește secvența de baze și folosește codul genetic pentru a traduce fiecare triplet de baze în aminoacidul corespunzător. Practic, ARNm este etapa intermediară între translația ADN-ului care codifică proteinele și producerea proteinelor de către ribozomii din citoplasmă.

ARN-ul mesager a fost descoperit pentru prima dată de Brenner, în 1961.

În 1990, ARNm in vitro a fost inserat prin injecție directă în celulele musculare scheletice ale șoarecelui, momentul devenind prima încercare reușită de exprimare in vivo a ARNm și dovedind astfel fezabilitatea dezvoltării vaccinului ARNm [1].

Vaccinurile de tip ARN mesager

Vaccinurile se numără printre cele mai mari progrese în medicină și sunt instrumente importante de sănătate publică, deoarece nu numai că previn infecția, morbiditatea și mortalitatea la nivel individual, ci reduc și elimină prevalența bolii la nivel local, conducând, în cele din urmă, la eradicarea acesteia la nivel global. De la dezvoltarea vaccinului împotriva variolei, în 1798, și a vaccinului antirabic, în 1885, tehnologia de producere a vaccinurilor a progresat de la utilizarea agenților patogeni inactivați și atenuați, la utilizarea subunităților care conțin doar acele componente patogene ce pot declanșa un răspuns imunologic [2].

Vaccinurile salvează aproximativ 6 milioane de vieți în fiecare an și reprezintă unul dintre principalii responsabili ai creșterii speranței de viață. Impactul lor asupra viabilității economice a sistemului de sănătate este, de asemenea, foarte mare, deoarece vaccinurile reduc costurile de tratament al bolilor și reduc impactul și riscul focarelor [3].

Vaccinurile ARNm au atras atenția în timpul pandemiei de COVID-19, ca tehnologie de vârf folosită pentru dezvoltarea vaccinurilor de către multe companii. De fapt, tehnologia cu vaccin ARNm a fost prima care a ajuns la studiile clinice de fază I. Potențialul vaccinurilor ARNm a fost evidențiat pentru prima dată în 1990, când s-a observat expresia in vivo a unei proteine ​​după injectarea ARN-ului mesager de codificare, în mușchiul scheletic al unui șoarece [2].

Tehnologia ARNm prezintă mai multe avantaje care o transformă într-o alternativă atractivă, față de vaccinurile tradiționale sau chiar vaccinurile de tip ADN. Spre deosebire de vaccinurile atenuate sau inactivate, ARNm este o moleculă naturală, cu proprietăți foarte bine caracterizate, întrucât exprimă doar un antigen specific și induce un răspuns imun direcționat. În plus, promovează răspunsul imun atât umoral, cât și celular și activează sistemul imunitar nespecific, înnăscut. Molecula de ARNm are caracter tranzitoriu, cu activitate ușor adaptabilă, care face ca aplicațiile farmacologice și imunologice să fie ușor de definit sau optimizat. ARNm poate, de asemenea, codifica anticorpi, antigene, citokine sau alte proteine.

În comparație cu vaccinurile pe bază de ADN, vaccinul de tip ARNm este mai eficient, deoarece exprimarea nu necesită introducerea în nucleu, și mai sigur, pentru că probabilitatea integrării aleatorii a genomului este practic zero.

Dezvoltarea vaccinurilor ARNm necesită inserarea antigenului codificat într-o matriță ADN, de unde ARNm este transcris in vitro. Spre deosebire de ADN, ARNm trebuie doar să ajungă la citosol, unde va fi transcris în antigen, in vivo. În acest fel, orice secvență dorită poate fi proiectată, produsă in vitro și livrată la orice tip de celulă [2].

Sistemele de livrare a ARNm

ARNm trebuie să pătrundă în citoplasma gazdă pentru a exprima antigeni specifici și a rămâne funcțional. Cu toate acestea, molecula de ARNm nu este suficient de mică pentru a trece prin membrana celulară, prin difuzie liberă. În plus, ARNm și membrana celulară sunt ambele încărcate negativ, ceea ce crește dificultatea de livrare a ARNm.

O varietate de metode de livrare a ARNm și „vehicule” de livrare a ARNm au fost dezvoltate și aplicate până în prezent. Există două abordări de bază pentru livrarea vaccinurilor ARNm, care au fost descrise până în prezent. În primul rând, încărcarea ARNm în DC-uri ex vivo, urmată de reinfuzarea celulelor transfectate; și în al doilea rând, injecție parenterală directă de ARNm cu sau fără un purtător.

Injecția directă de ARNm este comparativ mai rapidă și rentabilă, dar nu permite încă o livrare precisă și eficientă, specifică tipului de celulă, deși au existat progrese recente în acest sens [4].

Potențialul imunologic al vaccinurilor ARNm

ARNm stimulează răspunsurile imune și activează o varietate de căi celulare. În timp ce utilizarea nucleozidelor modificate a dus la o scădere a activității imunostimulatoare a ARNm, inflamația a dus la unele evenimente adverse, care nu sunt grave din punct de vedere clinic și sunt descrise în rapoartele studiilor clinice.

Proprietățile imunologice și structurale inerente ale ARNm, necesitatea formulării pentru livrare și procesul de fabricație trebuie să fie luate în considerare, chiar dacă anumite informații pentru un anumit vaccin candidat pot fi proprietare și, prin urmare, nu sunt în general cunoscute în acest moment, pentru a stabili o orientare specifică [3].

Vaccinurile ARNm împotriva bolilor infecțioase

Dezvoltarea vaccinurilor profilactice sau terapeutice împotriva agenților patogeni infecțioși este cel mai eficient mijloc de a preveni epidemiile. Cu toate acestea, abordările convenționale ale vaccinurilor nu au reușit în mare măsură să producă vaccinuri eficiente împotriva virusurilor provocatoare, care cauzează infecții cronice sau repetate, cum ar fi HIV-1, virusul herpes simplex și virusul sincițial respirator [5].

Studiile preclinice au creat speranța că vaccinurile ARNm vor acoperi multe aspecte care definesc un vaccin ideal: au demonstrat un profil de siguranță favorabil la animale, sunt versatile și rapid de dezvoltat și optimizat împotriva bolilor infecțioase emergente. De asemenea, procesul lor de fabricare este ușor, rapid și necostisitor.

Virusurile gripale

Virusurile gripale, ca și virusul SARS-CoV2, au caracteristica evoluției continue, ceea ce le face greu de eradicat. Tratamentul cu anticorpi monoclonali, care vizează locul conservator al moleculelor efectoare ale virusului gripal, este acceptat în mod obișnuit ca o metodă foarte specifică și eficientă împotriva virusului. Vaccinurile ARNm, care codifică regiunile conservate ale proteinei efectoare ale virusului gripal, sunt capabile să provoace generarea anticorpilor specifici, astfel încât să se obțină un efect mai bun de prevenire sau tratament, în comparație cu vaccinurile convenționale [1].

În plus, procesul de producție rapidă a vaccinurilor ARNm le oferă un avantaj în prevenirea unui virus gripal nou. Vaccinurile ARNm actuale, dezvoltate împotriva gripei, folosesc în cea mai mare parte sisteme de livrare bazate pe lipide, pentru a furniza eficient ARNm.

HIV

Pentru Sindromul Imunodeficienței Umane Dobândite (SIDA), o afecțiune cronică și care pune viața în pericol din cauza infecției cu HIV, nu s-a găsit încă o modalitate de vindecare cu adevărat eficientă și accesibilă, de la descoperirea sa, în 1981. Eradicarea HIV este o provocare importantă a cercetării care dezvoltă vaccinuri ARNm. În prezent, există mai multe vaccinuri ARNm pentru tratamentul SIDA în cercetările clinice.

Din cauza înțelegerii limitate a HIV și a patogenezei neclare, există încă multe dificultăți în tratamentul SIDA. Alegerea antigenelor adecvate și a sistemului de livrare care poate provoca un răspuns imun intens al celulelor T specifice antigenului, ar trebui să fie accentuată la proiectarea vaccinului ARNm în viitor. În plus, vaccinurile ARNm pentru prevenirea SIDA pot fi, de asemenea, un domeniu fezabil [1].

Coronavirusuri

În ultimii 20 de ani, la nivel global, au existat trei infecții cu coronavirus: coronavirusul sindromului respirator acut sever (SARS-CoV), coronavirusul sindromului respirator din Orientul Mijlociu (MERS-CoV) și coronavirusul sindromului respirator acut sever 2 (SARS-CoV-2). Toate au dus la amenințări extreme asupra sănătății și pierderi economice uriașe, fără terapii stabilite sau tratament care ar vindeca boala [6].

Ca răspuns urgent la actuala pandemie de COVID-19, la sfârșitul lunii decembrie 2020, unele vaccinuri ARNm au făcut obiectul revizuirii și aprobării de reglementare pentru utilizarea de urgență.

Conceptul de vaccinuri ARNm a fost relevant din punct de vedere științific încă de la începutul secolului XXI. Cu toate acestea, dezvoltarea vaccinurilor Pfizer/BioNTech (Comirnaty) și Moderna (Spikevax) reprezintă prima aplicare, la scară largă, a acestui tip de tehnologie.

Datele actuale sugerează că vaccinurile pe bază de ARNm, aprobate în prezent pentru COVID-19, sunt sigure și eficiente pentru marea majoritate a populației. În plus, utilizarea pe scară largă a vaccinurilor este esențială pentru realizarea imunizării globale, un factor important în diminuarea ratelor de infecție viitoare cu SARS-CoV-2. Abordările bazate pe dovezi la nivel național, regional și local sunt necesare pentru a îmbunătăți eforturile de vaccinare și pentru a scădea ezitarea în fața vaccinării. Informațiile medicale oferite publicului larg, despre siguranța vaccinurilor actuale și viitoare, este de o consecință vitală pentru sănătatea publică și inițiativele viitoare de vaccinare la scară largă [7].

Agenți patogeni bacterieni

În afară de antigenii virali, doar foarte puține specii de antigeni bacterieni și paraziți au fost utilizate în încercările de vaccin cu ARNm, dintre care multe rămân încă în stadiul de studiu preclinic. O varietate mai mare de antigeni țintiți va reprezenta probleme mai importante pentru următoarea etapă a dezvoltării vaccinului ARNm.

Optimizarea structurii primare și secundare a ARNm și alegerea sistemului de livrare adecvat, în funcție de caracteristicile diferitelor boli, sunt etape critice pentru o mai bună aplicare a vaccinurilor ARNm împotriva diferiților agenți patogeni.

Vaccinurile ARNm în oncologie

Pe măsură ce cunoștințele noastre despre antigenii specifici tumorii se aprofundează treptat, oamenii discută acum mai multe despre posibilitatea dezvoltării unor vaccinuri împotriva cancerului. Antigenii asociați tumorii (antigeni exprimați preferențial, în celulele canceroase și, de obicei, relevanți pentru dereglarea și comportamentele anormale ale celulelor canceroase) și peptidele mici (derivate din mutația somatică, specifică tumorii, care sunt expuse la suprafața celulelor canceroase și pot fi recunoscute de celulele T), sunt acum țintele de bază ale vaccinurilor cu ARNm pentru cancer. Având în vedere diversitatea și incertitudinea cancerogenezei, vaccinurile împotriva cancerului, care sunt în principal terapeutice, sunt acum menite să stimuleze imunitatea celulară, care ar putea acționa ca un tratament eficient pentru cancer [4].

Sahin și colab. săi au inițiat conceptul de „mutanom”, o detectare generală și o hartă a mutațiilor somatice în tumorile individuale, a cărei obținere a făcut ca terapia de vaccinare personalizată să fie posibilă și atractivă cu ajutorul tehnologiei de secvențiere de ultimă generație. Mai mult, au proiectat proceduri pentru a dezvolta vaccinuri personalizate, cu ARNm mutanom, din identificarea mutanomului și selecției. Acest lucru a permis vaccinurilor ARNm să fie unice pentru fiecare pacient. Sunt în curs studii clinice cu vaccinuri mRNA similare, pe bază de mutanom împotriva cancerului de sân triplu negativ [1].

Imunoterapiile intratumorale sunt concepute pentru a promova răspunsuri imune înnăscute și adaptative împotriva tumorilor, fără toxicități legate de administrarea sistemică. Imunoterapia intratumorală cu ARNm implică injectarea ARNm care codifică citokinele direct într-o tumoare, pentru a modifica micromediul tumoral și pentru a promova o activitate mai mare a celulelor T. Această abordare s-a dovedit eficientă în studiile preclinice, prin acțiunea ARNm de a stimula răspunsurile imune specifice cancerului la nivel local, producând în același timp răspunsuri tumorale în părți îndepărtate ale corpului, datorită circulației celulelor imune antitumorale activate corespunzător, fenomen cunoscut sub numele de efect abscopal.

Direcțiile de cercetare viitoare a vaccinurilor de tip ARNm

În prezent, vaccinurile ARNm se confruntă cu o explozie în cercetarea preclinică și clinică. În ultimii 2 ani, s-au publicat zeci de rapoarte preclinice și clinice, care demonstrează eficacitatea acestei tehnologii și există o bază de date substanțială privind aplicațiile terapeutice cu ARNm.

Se speră că, în viitorul apropiat, mai multe date despre vaccinurile ARNm (în ceea ce privește calitatea, siguranța și eficacitatea acestora) vor fi disponibile publicului și se va ajunge la un consens internațional între părțile interesate, cu privire la specificațiile tehnice ale vaccinurilor ARNm, pentru asigurarea calității, siguranței și eficacității [2].

Se așteaptă ca vaccinurile cu ARNm, sigure și eficiente, să joace un rol important în combaterea și eradicarea bolilor infecțioase. Construirea încrederii în vaccinurile ARNm, la nivel global, necesită o revizuire atentă a problemelor științifice specifice acestui tip de vaccin. Această inițiativă va cuprinde actualizări regulate, în conformitate cu dovezile care atestă eficacitatea vaccinului în profilaxia și controlul bolilor. Standardele Organizației Mondiale a Sănătății, pentru evaluarea reglementată a vaccinurilor ARNm, ar oferi baza pentru stabilirea sau actualizarea cerințelor naționale de reglementare, în vederea evaluării acestor vaccinuri. Accesul la vaccinuri de calitate, sigure și eficiente este unul dintre obiectivele Organizației Mondiale a Sănătății, care se aplică vaccinurilor ARNm, precum și altor tipuri de vaccinuri [2].

Următorii 5 ani vor fi foarte importanți pentru domeniul vaccinurilor ARNm, odată cu publicarea rezultatelor mai multor studii clinice.

Siguranța și calitatea vaccinurilor ARNm

Deoarece procesul de fabricație pentru vaccinurile care conțin ARNm nu necesită substanțe chimice toxice sau culturi celulare care ar putea fi contaminate cu virusuri, producția de ARNm evită riscurile comune, asociate cu alte platforme de vaccinare, inclusiv virusuri vii, vectori virali, virusuri inactivate și vaccinuri cu proteine ​​subunitare. Mai mult, timpul scurt de fabricație pentru ARNm oferă avantajul disponibilității rapide. Din motivele de mai sus, vaccinurile ARNm au fost considerate un format de vaccin relativ sigur [4].

Cu toate acestea, pentru a atinge acest statut, trebuie abordată dezvoltarea unor procese de fabricație durabile și rentabile. Deși reacția in vitro a vaccinului de tip ARNm este mai sigură și mai rapidă decât majoritatea producției de vaccinuri stabilite, se bazează pe utilizarea unor materiale scumpe și limitate. Procesarea în aval a vaccinului este încă slab stabilită și depinde de metode care nu au scalabilitate și rentabilitate. Trecerea procesului la fabricație continuă poate depăși aceste blocaje.

Strategiile de reglementare pentru evaluarea calității, siguranței și eficacității vaccinurilor profilactice, pe bază de ARNm pentru bolile infecțioase, sunt foarte bine definite. Specificațiile pentru o serie de etape critice ale procesului și criterii de acceptare, intermediari, substanțe medicamentoase și produse medicamentoase trebuie, prin urmare, să fie definite, de exemplu, în ceea ce privește randamentele produselor și tehnologiilor analitice care să permită cuantificarea și caracterizarea riguroasă a produsului (identitate, puritate și calitate a produsului) [4].

Calitatea vaccinului de tip ARNm poate fi evaluată folosind mai multe tehnici analitice, cum ar fi electroforeza pe gel și cromatografia lichidă de înaltă performanță, în timp ce identitatea poate fi asigurată folosind tehnici de secvențiere, cum ar fi reacția în lanț a polimerazei de transcripție inversă (RT-PCR) sau secvențierea de generație următoare. Trebuie determinată prezența unor cantități reziduale de ADN, enzime și solvenți, precum și de ARN și fragmente de ARN trunchiat. În plus, drept control general al calității, aspecte precum prezența endotoxinelor, sterilitatea generală și stabilitatea ARNm trebuie, de asemenea, evaluate [8].

Administrarea vaccinurilor de tip ARN mesager

Vaccinurile de tip ARNm sunt administrate conform unei scheme cu două doze. A doua doză trebuie administrată la 28 de zile după prima doză. Nu există date disponibile privind caracterul interschimbabil al vaccinurilor de tip ARNm cu alte vaccinuri anti-COVID-19, în vederea finalizării imunizării. Persoanelor cărora li s-a administrat prima doză cu un vaccin de tip ARNm, trebuie să li se administreze cea de-a doua doză de vaccin de tip ARNm, în vederea finalizării imunizării.

A treia doză poate fi administrată la persoanele imunocompromise sever, după un interval de cel puțin 28 de zile de la cea de-a doua doză. Doza de rapel se poate administra la cel puțin 6 luni după seria primară, persoanelor cu vârsta de minimum 65 de ani, rezidenților cu vârsta de peste 18 ani și în cazul persoanelor care activează în instituții de îngrijire pe termen lung, precum și persoanelor cu vârsta cuprinsă între 50 și 64 de ani, care au comorbidități sau prezintă factori de risc.

Concluzii

Vaccinurile de tip ARNm sunt terapii promițătoare în domeniul biotehnologiei. Interesul pentru acest nou tip de vaccin derivă din flexibilitatea, siguranța și precizia pe care le prezintă aceste vaccinuri în comparație cu abordările convenționale. Numărul tot mai mare de studii clinice pentru terapiile împotriva cancerului și bolile infecțioase demonstrează un interes crescut din partea industriei, de a lansa pe piață aceste tipuri de vaccinuri. Vaccinurile ARNm sunt precise, sigure, ușor adaptabile și pot fi fabricate cu ușurință pe scară largă. În ceea ce privește producția, aceste vaccinuri pot fi un răspuns rapid la focarele epidemice.

Tehnologia ARNm prezintă mai multe avantaje care o transformă într-o alternativă atractivă, față de vaccinurile tradiționale sau chiar vaccinurile ADN. Spre deosebire de vaccinurile atenuate sau inactivate, ARNm este precis deoarece va exprima doar un antigen specific și va induce un răspuns imun direcționat. În plus, promovează atât răspunsul imun umoral, cât și celular și activează sistemul imunitar înnăscut. Comparativ cu vaccinurile pe bază de ADN, ARNm este mai eficient, deoarece expresia nu necesită intrare nucleară, și mai sigur, pentru că probabilitatea integrării aleatorii a genomului este practic nulă. În plus, expresia antigenilor codificați este tranzitorie, deoarece ARNm este degradat rapid prin procese celulare.

Natura flexibilă a platformei de vaccin ARNm este, de asemenea, avantajoasă pentru producție, deoarece o modificare a antigenului codificat nu afectează caracteristicile
fizico-chimice ale ARNm și, prin urmare, permite standardizarea producției. În plus, deoarece producția se bazează pe o reacție de transcripție in vitro fără celule, preocupările privind siguranța cu privire la prezența impurităților derivate din celule și a contaminanților virali, găsiți în mod obișnuit în alte platforme, sunt minimizate.

Pentru ABONAMENTE și CREDITE DE SPECIALITATE click AICI!

Referințe bibliografice:

1. Xu S., Yang K., Li R., Zhang L. mRNA Vaccine Era – Mechanisms, Drug Platform and Clinical Prospection. Int. J. Mol. Sci. 2020 Sep. 9;21(18):6582;
2. Rosa S. S., Prazeres D. M. F., Azevedo A. M., Marques M. P. C. mRNA vaccines manufacturing: Challenges and bottlenecks. Vaccine. 2021 Apr. 15;39(16):2190–200;
3. Knezevic I., Liu M. A., Peden K., Zhou T., Kang H.-N. Development of mRNA Vaccines: Scientific and Regulatory Issues. Vaccines. 2021 Jan. 23;9(2):81;
4. Pardi N., Hogan M. J., Porter F. W., Weissman D. mRNA vaccines – a new era in vaccinology. Nat. Rev. Drug Discov. 2018 Apr.;17(4):261–79;
5. Pascolo S. Vaccination with messenger RNA (mRNA). Handb. Exp. Pharmacol. 2008;(183):221–35;
6. Baden LR, El Sahly HM, Essink B, Kotloff K, Frey S, Novak R, et al. Efficacy and Safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 Vaccine. N Engl J Med. 2020 Dec 30;NEJMoa2035389;
7. Anand P, Stahel VP. Review the safety of Covid-19 mRNA vaccines: a review. Patient Saf Surg. 2021 May 1;15:20;
8. Gergen J, Petsch B. mRNA-Based Vaccines and Mode of Action. Curr Top Microbiol Immunol. 2021 Feb 17.

Ramona Petrița

Farmacist