Nowoczesne projekty Agencji Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych
Ostatnia dekada to intensywny rozwój immunologii, która wraz z nowymi metodami analitycznymi umożliwiła projektowanie i produkcję leków dotychczas nieosiągalnych. Od 2010 roku Pentagon prowadzi poprzez Agencję Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych (DARPA) kilka programów wspierających rozwój nowoczesnych technologii. Założeniem Agencji było stworzenie metod umożliwiających produkcję przeciwciał i szczepionek w ciągu 60 dni od pojawienia się jakiegokolwiek nowego wirusa.
ADEPT – szybka produkcja przeciwciał
Od 2011 do 2019 r. zainwestowano 291 milionów dolarów w program ADEPT. Wynikiem prac jest reprezentowana przez kanadyjską firmę AbCellera technologia umożliwiająca szybką produkcję przeciwciał. Urządzenie wykorzystywane do tego celu ma wielkości karty kredytowej. Oparte jest na metodzie prezentacji fagowej.
Pierwsze przeciwciało monoklonalne anty-SARS-CoV-2 powstało przy współpracy AbCellera i ElliLilly. Od czerwca znajduje się w badaniach klinicznych. W marcu 2020 roku pierwszą firmą, która w USA rozpoczęła badania 1 fazy ze szczepionką mRNA przeciw SARS-CoV-2 była Moderna. 66 dni po opublikowaniu sekwencji wirusowej podano ją pierwszemu człowiekowi. 2 faza badań rozpoczęła się w maju, a trzecia – 27 lipca 2020 r. Moderna także jest beneficjentem programów DARPA.
P3 – Program Przeciwdziałania Pandemii
Od 2017 roku wdrożono Program Przeciwdziałania Pandemii – tak zwany „P3”. Teraz wspiera on szybką produkcję produktów leczniczych przeciwko nowemu betakoronawirusowi. Technologię szczepionek mRNA rozwija w tym kontekście CureVac, także finansowany przez DARPA. Natomiast Inovio Pharmaceuticals w kwietniu przeszła do fazy 1 badań szczepionki przeciwko SARS-CoV-2 opartej na DNA. Badania rozpoczęto w 80 dni po otrzymaniu kodu genetycznego nowego wirusa. Ta firma też jest beneficjentem DARPA.
Szczepionka oparta na technologii mRNA i DNA
Technologia RNA powstała po wielu latach finansowania. DARPA dała już wcześniej podstawy umożliwiające wytworzenie pierwszej myszy komputerowej, dzięki niej pojawiły się także elementy składowe GPS i protokoły na których opiera się współczesny internet. Możliwe, że technologia szczepionek opartych na mRNA będzie podobnym osiągnięciem.
Szczepionki genetyczne wykorzystujące cząstki kodujące wirusa – RNA lub DNA wstrzykiwane bezpośrednio do krwioobiegu są również badane przez kilka innych firm. Szczepionki na bazie DNA wytwarzają Genexine, Zydus Cadila i AnGes, a na bazie mRNA firmy Pfizer/BioNTech, Arcturus/Duke-NUS, Sanofi/Translate czy AMMS/Abogen/Walwax. Problemem tej technologii jest duża wrażliwość kwasów nukleinowych kodujących białka wirusowe.
Szczepionka z zastosowaniem wirusa atenuowanego
Inne technologie stosowane w badanych szczepionkach przeciwko SARS-CoV-2 to między innymi zastosowanie wirusa atenuowanego (w osłabionej postaci). Ta technologia zwykle dawała dobrą odporność, ale nie zawsze jest możliwe uzyskanie wirusa, który po atenuacji faktycznie nie będzie zakaźny. Na taki rodzaj podejścia zdecydowała się firma Meissa Vaccines.
Szczepionka z rekombinowanym białkiem
Szczepionki z rekombinownym białkiem to technologia już znana i stosowana. Zakłada ona podanie odpowiednio spreparowanego białka wirusowego. Musi mu jednak towarzyszyć adiuwant wzmacniający działanie immunogenne preparatu, ponieważ samo białko nie stymuluje odpowiednio produkcji przeciwciał. Adiuwantami są między innymi związki glinu, rtęci, formaldehyd czy antybiotyki. Dodatek tych składników spotyka się często z niezrozumieniem społecznym i jest jednym z argumentów ruchów antyszczepionkowych, który ma dowodzić szkodliwości szczepionek. Na technologię produkcji szczepionki białkowej zdecydowały się między innymi Sanofi/GSK czy Novavax.
Szczepionka z inaktywowanym wirusem
Można wykorzystać także wirusy inaktywowane ciepłem lub czynnikami chemicznymi. Ten rodzaj uszkodzenia wykracza poza klasyczne atenuowanie. Na tę technologię zdecydowały się jak dotąd jedynie firmy chińskie.
Szczepionka z glikozylowanymi białkami
Opcją jest wykorzystanie cząsteczek wirusopodobnych zbudowanych z cząstek wirusowych rekombinowanych z białkami roślinnymi. Tutaj zastosowanie mają białka tytoniu, których glikozylacja wpływać ma korzystnie na jakość wytworzonych przeciwciał w odpowiedzi na szczepienie.
Faktycznie glikozylacja immunoglobulin ma duże znaczenie w wypadku SARS-CoV-2. Jest to wirus o skomplikowanej strukturze, który otaczają skupiska glikanów. Ich interakcja z docelowym receptorem ACE-2 zależy bezpośrednio od procesów jego glikozylacji. Nowy betakoronawirus wiąże się z podstawowym receptorem gospodarza, tworząc dziesięć różnych struktur przestrzennych. To, w jaki sposób są wyrażone ACE-2 bezpośrednio wpływa na jakość i trwałość takiego wiązania. Glikozylacja części glikanowej receptorów może sprzyjać lub hamować wydajność reakcji wiązania. Pamiętamy to z biochemii, chemia białek to chemia kształtu, która tutaj wyrażona jest w szczególny sposób. U osób z cukrzycą czy otyłością glikozylacja receptorów, jak i produkowanych immunoglobulin jest inna ze względu na zmiany metaboliczne. Tak się przy tym składa, że sprzyja trwałości wiązania ACE-2 z SARS-CoV-2, a produkowane przez te osoby przeciwciała, też przez inną glikozylację i inną budowę strukturalną, mogą mieć mniejszą skuteczność neutralizującą.