Ariel RoytmanИзнакурнож27 декабря 2020 г.  · Вакцина от короны#изнакурнож_биомедПредисловиеНаука — это сложно для специалистов. Это очень сложно для не специалистов. Это практически магия для простого обывателя.Раздел науки, который занимается непосредственно вопросами иммунитета, это иммунология.Раздел науки, который занимается проблемами различных микроорганизмов, это микробиология. В частности раздел микробиологии, который занимается вирусами, это вирусология.В каждой из этих научных дисциплин есть очень узкие специализации и исследователи, которые занимаются научной работой в данных областях имеют огромный массив знаний относительно предмета их исследования. Плюс такие специалисты будут иметь некую базу знаний из смежных дисциплин.Иммунология это, на мой взгляд один из самый сложных разделов естественных наук. Если смотреть на изучение наук как на изучение языков, то иммунология это Китайский.Несмотря на профильное образование со специализацией в микробиологии и иммунологии, а также много лет работы в области доклинических исследований, я осознаю на сколько иммунология это сложная и запутанная область науки, и что я не могу утверждать, что являюсь профильным специалистом в данной теме. По работе мне часто приходится разбирать различные научные публикации, но всё равно постоянно требуется обращаться к учебникам что бы понять тот или иной материал.Здесь я не буду говорить о вопросах, связанных с пандемией. Я попытаюсь подробно разобрать непосредственно саму вакцину на основе мРНК, которую недавно допустила к применению комиссия специалистов управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA), а также некоторые мифы, связанные с этой вакциной.Дисклаймер: я нахожусь в декретном отпуске и в свободное время занимаюсь популяризацией науки, а также развеиванием мифов. Канадское правительство платит мне пособие за декретный отпуск. Ни одна из компаний «Биг Фарма» мне, к сожалению, денег не платит.Отдельное спасибо Др. Vicki Doronina за помощь в написании данного обзора а так же моей жене за консультацию в вопросах связанных с клиническими исследованиями.История разработки вакцин на основе мРНКМатричная рибонуклеиновая кислота (мРНК) — это информационная матрица, которая содержит информацию о структуре белков. В обычных условиях эта молекула синтезируется в клетке на основе ДНК (это «жесткий диск», на котором записана генетическая информация о работе и развитии организма и которую организмы передают от поколения в поколение).Упрощённо такая схема будет выглядеть так: ДНК –> мРНК -> белок.Миф:Попав в клетку человека, РНК встроится в геном и приведёт к ужасным последствиям!Реальность:Для того, чтобы внедриться в геном (ДНК), РНК требуется превратиться в ДНК. Это возможно при помощи специального фермента - обратной транскриптазы. Этот фермент катализирует синтез ДНК на матрице РНК. В клетках человека таких ферментов нет. За исключением теломеразы, фермента, который достраивает «хвостики» хромосомам в процессе деления клетки и имеет свою собственную особую матрицу РНК.Некоторые РНК вирусы (такие как ретровирусы) приносят этот фермент с собой и используют его для внедрения своей генетической информации в ДНК носителя. Но их ферменты могут работать исключительно со своим РНК. Даже у целого коронавируса нет такой способности.------------------------------В 1993г была предпринята первая удачная попытка использовать мРНК как вакцину в мышиной модели (2). И это положило начало разработки теоретической и практической базы данной технологии.В сравнении с ДНК использование мРНК значительно безопасней (3). мРНК - минимальная генетическая структура, содержащая все элементы, необходимые для производства белка. мРНК не взаимодействует с геномом. Еще одна особенность мРНК — это то, что эта молекула не копируется в клетке. И в заключение, мРНК распадается естественным образом в клетке за несколько дней (4). Все эти факторы делают мРНК безопасным, эффективным, временным носителем информации.мРНК как вакцина, даёт значительную гибкость в плане производства и применения. С помощью мРНК возможно закодировать практически любой белок.Любое изменение требуемого белка достигается простым изменением последовательности мРНК без каких-либо значительных изменений общих характеристик продукта или процесса производства, что позволяет сохранить время и снизить затраты по сравнению с другими платформами. мРНК не требуется проникать в ДНК для производства белков.В последующие годы сотни исследований показали возможность использование мРНК технологии в терапевтических целях. Были подробно изучены механизмы внедрения в клетки и производства белков в опытах на животных.Данная технология уже несколько лет находится на разных стадиях клинических испытаний противораковой иммунотерапии (5).Механизм проникновения вируса в клетки человекаНа поверхности коронавируса SARS-CoV-2 находится шиповидный белок, Spike Protein (это наш ключ). Этот белок отвечает за присоединение вируса к клеткам в организме человека.Для проникновения в клетки человека, вирусу требуется особый рецептор на клеточной мембране, который называется ACE-2 (это наш замок). Как только вирус находит подходящую клетку, ключ попадает в замок, что позволяет вирусу проникнуть внутрь клетки.Присоединение шиповидного белка к рецептору ACE-2 даёт клетке сигнал к поглощению вируса. После попадания внутрь, вирус высвобождает свой генетический материал (РНК) в цитоплазме клетки (внутренняя среда клетки между мембраной и ядром) на основании которого рибосомы (клеточные органеллы) строят фермент, создающий множественные копии вирусного РНК. Затем на основании этих РНК, различные вирусные белки, которые позже соберутся в новые вирусы. Производство идёт на поверхности внутриклеточного комплекса под названием эндоплазматическая сеть - системы мембранных складок. И именно из этих мембран и формируется вирусная оболочка.В конце данного процесса клетка выводит новые вирусы наружу и затем весь процесс повторяется снова и снова. (Рис 1). (6)мРНК вакцина против КОВИД-19Мы подошли к обсуждению двух вакцин, допущенных к применению, от компаний Moderna и Pfizer.Обе эти вакцины включают в себя матричную РНК, в которой закодирована последовательность шиповидного белка коронавируса SARS-CoV-2. (Рис 2).Готовую мРНК помещают в специальную оболочку, состоящую из фосфолипидов. Полученную капсулу называют липидной наночастицей (LNP – lipid nanoparticle) которая и является конечным продуктом – вакциной. (Рис 3).Для израильтян будет интересен один нюанс. Технологию доставки мРНК на основе LNP разработал ученый из Тель Авивского университета, Проф. Дан Пеер. Мне довелось работать с Даном около 10 лет назад, когда их лаборатория только начинала разработку этой технологии для иммунотерапии рака. Тогда это казалось научной фантастикой. Но уже в 2018 году Проф. Пеер заключил договор о сотрудничестве с BioNTech, партнером компании Pfazer (7) и сегодня эта разработка легла в основу вакцины, которая спасёт миллионы жизней по всему миру!Процесс образования иммунитета после вакцинацииЦель липидных наночастиц содержащих мРНК попасть в мышечные клетки. Это одна из основных причин,почему прививку делают именно в мышцу. Разница между этими частицами и самим вирусом в том, что этим частицам не нужен рецептор ACE-2 для проникновения в клетку. Из-за структуры липидных наночастиц клетка самостоятельно вводит их внутрь. Дальше происходит уже знакомый нам процесс. Рибосома использует матрицу РНК для создания множественных копий шиповидного белка. Впоследствии, клетка выводит этот белок наружу (Рис 4).Свободные шиповидные белки быстро достигают лимфоузлов, и там их встречают клетки иммунной системы, которые и создают нейтрализующие антитела. При следующей встрече с вирусом, нейтрализующие антитела заблокируют шиповидный белок и, тем самым, предотвратят проникновение вируса внутрь клетки.Клинические испытания вакциныСтандартный процесс разработки любой вакцины можно описать в общих чертах так:1. Стадия базовых исследований возбудителя, а также поиск потенциального препарата, с помощью которого будет проводиться вакцинация.2. Доклинические исследования, включающие опыты на клеточных культурах (в пробирке – in vitro) а затем опыты на лабораторных животных (на живом – in vivo). Львиная доля потенциальных препаратов отсеивается на этом этапе. Иногда мы слышим об очередном сенсационном открытии, но, к сожалению, дальше пробирки это открытие не проходит. Зачастую на последних этапах доклинических испытаний, вакцину тестируют на приматах – наиболее близкие к человеку организмы.3. Клинические исследования, которые включают в себя 3 фазы:Phase I - исследование новой вакцины на небольшой группе здоровых добровольцев (обычно несколько десятков человек). На этом этапе проверяют первичную безопасность включая наличие серьёзных побочных эффектов и переносимость, а также первичная проверка эффективности (как вторичная цель).Phase II – дальнейшее расширение исследований на большее число людей (обычно до нескольких сотен). Здесь уже ищут добровольцев с конкретными характеристиками, такими как возраст и здоровье схожие с целевой популяцией, которая будет получать эту вакцину. Тут также проверяют безопасность и эффективность вакцины.Phase III – на данном этапе вакцину дают тысячам добровольцам из разных этнических и возрастных слоёв населения. Это делается для того, чтобы проверить безопасность препарата в максимально разнообразных условиях, а также проверяют эффективность на большом числе людей.Для увеличения эффективности процесса протоколы всех фаз планируются заранее и также заранее оговариваются различные сценарии развития событий. Обсуждение результатов исследования регуляторной организацией и одобрение.4. Производство вакцины5. Контроль качества. Многие вакцины проходят Phase IV — это так же формальный этап исследований после того, как вакцина была одобрена и получила лицензию. У мед персонала на местах вакцинации имеются специальные формуляры для отчетов о побочных эффектах. Регулятор продолжает годами собирать информацию о безопасности вакцин.Миф:Вакцины против коронавируса не прошли должных клинических испытаний, их допустили к использованию слишком быстро, были срезаны углы и т. д.Реальность:Получение вакцины в рекордные сроки это результат беспрецедентного сотрудничества между различными организациями. Тысячи научных работ были опубликованы с начала пандемии. Еще тысячи научных работ были опубликованы за последние 60 лет, с момента первого описания вируса простуды (позже названного коронавирусом) в 1966г (8).Ученым удалось получить генетическую последовательность SARS-Cov-2, вызвавшего нынешнюю пандемию буквально в считанные дни.Государства вложили огромные средства в разработку . Десятки клинических испытаний разных вакцин проводятся в данный момент. Компании занимающиеся поиском вакцины смогли расставить приоритеты и направить все силы на эту работу.Ведущие компании основывают свою работу на десятилетиях исследований коронавирусов, а также на разработке предыдущих вакцин к другим коронавирусам - MERS и SARS. Компания Moderna специализируется в вакцинах на основе РНК и уже несколько лет проводит клинические испытания данных вакцин.Обе вакцины завершили первые две стадии клинических испытаний и получили разрешение в процессе третьей фазы, после того как достигли определённого рубежа, который определили заранее.Обе компании продолжают клинические испытания даже после получения разрешения.Есть еще и более «научно обоснованные» мифы, которые могут показаться ну уж очень реалистичными, но на их опровержение требуются уже более специфические доказательства, которые потребуют от читателя углублённых знаний иммунологии.При желании даже эти мифы можно разобрать отдельно.Источники:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC297778/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8325342/https://link.springer.com/protocol/10.1385/1-59745-168-1:23https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17476302/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26082837/https://www.researchgate.net/publication/341041476https://ramot.org/.../ramot-and-biontech-sign-license...https://science.sciencemag.org/content/368/6490/462