Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny – Interaktywny Lekarz

Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny przyznana Katalin Carrico i Drew Weissmanowi za opracowanie skutecznych szczepionek RNA przeciwko koronawirusowi

2 października 2023 o 13:49

Naukowcy Katalin Carrico i Drew Wisemana Jak ogłosił w poniedziałek szwedzki Karolinska Institutet, przyznano im Nagrodę Nobla 2023 w dziedzinie medycyny lub fizjologii za odkrycia związane z modyfikacjami zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko Covid-19. Odkrycia laureatów Nagrody Nobla odegrały kluczową rolę w opracowaniu skutecznych szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 podczas pandemii, która rozpoczęła się na początku 2020 r. Dzięki swoim przełomowym odkryciom, które zasadniczo zmieniły zrozumienie interakcji mRNA z układem odpornościowym, laureaci przyczynili się do stanowią bezprecedensowy rozwój szczepionek w czasie jednego z największych zagrożeń dla zdrowia ludzkiego współczesności. „Dzięki fundamentalnym odkryciom dotyczącym znaczenia niezbędnych modyfikacji w informacyjnym RNA tegoroczni laureaci Nagrody Nobla wnieśli istotny wkład w transformacyjny rozwój podczas jednego z największych kryzysów zdrowotnych kryzysów” – stwierdziła komisja. W naszej epoce.

Szczepionki przed pandemią

Szczepienie stymuluje powstawanie odpowiedzi immunologicznej na konkretny patogen. Daje to organizmowi przewagę w zakresie przeciwstawienia się chorobie w przypadku późniejszego narażenia. Szczepionki oparte na zabitych lub osłabionych wirusach są dostępne od dawna, np. szczepionki przeciwko polio, odrze i żółtej febrze. W 1951 roku Max Theler otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za opracowanie szczepionki przeciwko żółtej febrze. Dzięki postępowi biologii molekularnej, jaki dokonał się w ostatnich dziesięcioleciach, Opracowano szczepionki oparte na poszczególnych składnikach wirusowych, Zamiast pełnych wirusów. Części kodu genetycznego wirusa, które zwykle kodują białka na powierzchni wirusa, są wykorzystywane do produkcji białek stymulujących tworzenie przeciwciał blokujących wirusa. Przykładami są szczepionki przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B i wirusowi brodawczaka ludzkiego. Alternatywnie, części kodu genetycznego wirusa można przenieść do nieszkodliwego wirusa nośnikowego, „wektora”. Metodę tę stosuje się w szczepionkach przeciwko wirusowi Ebola. Po wstrzyknięciu szczepionek wektorowych w naszych komórkach wytwarzane jest specyficzne białko wirusowe, stymulujące odpowiedź immunologiczną przeciwko docelowemu wirusowi.
Produkcja szczepionek opartych na całych wirusach, białkach i wektorach wymaga rozległej hodowli komórkowej. Ten proces wymagający dużych zasobów ogranicza możliwości szybkiej produkcji szczepionek w odpowiedzi na ogniska i epidemie. Dlatego badacze od dawna próbowali opracować technologie szczepionek niezależnych od hodowli komórkowych, ale okazało się to trudne. W komórkach informacja genetyczna zakodowana w DNA jest przekazywana do informacyjnego kwasu rybonukleinowego (mRNA), który służy jako matryca do produkcji białka. W latach 80. wprowadzono skuteczne metody wytwarzania mRNA bez hodowli komórkowej, zwane transkrypcją „in vitro”. Ten kluczowy krok przyspieszył rozwój zastosowań biologii molekularnej w różnych dziedzinach. Pomysły na wykorzystanie technologii mRNA w leczeniu i szczepionkach również zyskały popularność, ale nadal istnieją przed nimi przeszkody.
mRNA „in vitro” uznano za niestabilne i trudne do dostarczenia, co wymagało opracowania wyrafinowanych systemów lipidów nośnikowych do kapsułkowania mRNA.. Ponadto mRNA wytwarzany in vitro wywoływał reakcje zapalne. Dlatego początkowo entuzjazm dla rozwoju technologii mRNA do celów klinicznych był ograniczony. „Te przeszkody nie zniechęciły węgierskiej biochemiczki Katalin Karikó, która poświęciła się opracowywaniu sposobów wykorzystania mRNA do celów terapeutycznych” – zauważają. Na początku lat 90., kiedy była adiunktem na Uniwersytecie Pensylwanii, pozostała wierna swojej wizji wykorzystania mRNA jako środka terapeutycznego, pomimo trudności z przekonaniem fundatorów badań o znaczeniu jej projektu. Nowym kolegą Carrico na jego uniwersytecie był immunolog Drew Weissman. „Zainteresowały mnie komórki macierzyste, które odgrywają ważną rolę w nadzorze immunologicznym i aktywacji odpowiedzi immunologicznych wywołanych szczepionką” – wyjaśnili. Dzięki nowym pomysłom wkrótce rozpoczęła się między nimi owocna współpraca, skupiająca się na tym, jak różne typy kwasu rybonukleinowego (RNA) oddziałuje z układem odpornościowym. Carrico i Weissman zaobserwowali, że komórki macierzyste rozpoznają mRNA transkrybowane „in vitro” jako obce, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia cząsteczek sygnalizacyjnych stanu zapalnego. Zastanawiali się, dlaczego mRNA transkrybowany in vitro jest rozpoznawany jako obcy, podczas gdy mRNA z komórek ssaków nie powodowało tej samej reakcji. Carrico i Weissman zdali sobie sprawę, że pewne ważne właściwości muszą rozróżniać różne typy informacyjnego RNA. RNA ma cztery zasady, w skrócie A, U, G i C, które odpowiadają A, T, G i C w kwasowym DNA jądrowym, litery kodu genetycznego Carrico i Weissman wiedzieli, że zasady RNA z komórek ssaków są często modyfikowane chemicznie, podczas gdy informacyjny RNA (mRNA) transkrybowany „in vitro” nie jest. zastanawiali się, czy brak zasad zmiennych w transkrybowanym RNA w badaniu in vitro może wyjaśnić niepożądaną reakcję zapalną. Aby to zbadać, wyprodukowali różne warianty mRNA, każdy zawierający unikalne zmiany chemiczne w swoich zasadach, które zostały dostarczone do komórek macierzystych.
Wyniki były zaskakujące: Odpowiedź zapalna została prawie zniesiona po włączeniu niezbędnych modyfikacji do mRNA. Była to zmiana paradygmatu w naszym rozumieniu tego, w jaki sposób komórki rozpoznają różne formy mRNA i reagują na nie. Carrico i Weissman natychmiast zdali sobie sprawę, że ich odkrycie miało ogromne znaczenie w zastosowaniu mRNA w terapii. Te kluczowe ustalenia opublikowano w 2005 r., piętnaście lat przed wybuchem pandemii Covid-19. Carrico i Weissman usunęli krytyczne przeszkody w zastosowaniach klinicznych mRNA.

Szczepionki mRNA odkryły swój potencjał

Zainteresowanie technologią mRNA zaczęło rosnąć i do 2010 roku kilka firm rozwijało tę metodę. Poszukiwano szczepionek przeciwko wirusowi Zika i koronawirusowi bliskowschodniego zespołu oddechowego; Ten ostatni jest ściśle powiązany z SARS-CoV-2. Po wybuchu pandemii COVID-19 w rekordowym tempie opracowano dwie szczepionki mRNA ze zmodyfikowanymi zasadami kodującymi białko powierzchniowe SARS-CoV-2. Zgłoszono efekt ochronny na poziomie około 95%, a obie szczepionki zostały zatwierdzone już w grudniu 2020 r. Niesamowita elastyczność i szybkość, z jaką można opracowywać szczepionki mRNA, otwiera drogę nowej platformie do wykorzystania również w przypadku szczepionek przeciwko innym chorobom zakaźnym. „W przyszłości technologię tę można będzie również wykorzystać do dostarczania białek terapeutycznych i leczenia niektórych rodzajów nowotworów” – twierdzą.