Hvordan en vaksine mot koronavirus lages og kan den stoppe en pandemi

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 04:07

Uventet er det ikke nødvendig å fremskynde arbeidet med vaksinen.

Dusinvis av bioteknologiselskaper og vitenskapelige institusjoner kjemper mot pandemien for å lage forskjellige vaksinealternativer for det nye SARS - CoV - 2 koronaviruset. Vi finner ut hvilke teknologier som brukes for å utvikle dem, hvor lang tid det vil ta før covid-19-vaksinen kan vaksineres, og om den fremtidige vaksinen vil være i stand til å stoppe pandemien.

Hver gang menneskeheten står overfor en ny infeksjon, starter tre løp samtidig: for en medisin, et testsystem og en vaksine. Forrige uke begynte Scientific Center of Rospotrebnadzor å teste en vaksine mot det nye koronaviruset, teste en anti-koronavirus-vaksine på dyr, og i USA begynner den kliniske NIH-studien med undersøkelsesvaksine for COVID-19. Betyr dette at seieren over epidemien er nær?

I følge WHO har rundt 40 laboratorier rundt om i verden kunngjort UTKASTET av COVID-19-kandidatvaksiner - 20. mars 2020 at de utvikler vaksiner mot koronavirus. Og til tross for at det er klare ledere blant dem - for eksempel det kinesiske selskapet CanSino Biologics, som mottok REKOMBINANT ROMAN CORONAVIRUS VACCINE (ADENOVIRUS TYPE 5 VECTOR) GODKJENT FOR KLINISK PRØVING tillatelse for menneskelige forsøk, og amerikanske Moderna, som allerede har startet dem, - Nå er det vanskelig å forutsi hvilke av selskapene som vil vinne dette løpet, og viktigst av alt, om utviklingen av vaksiner vil overgå spredningen av koronaviruset. Suksess i dette løpet avhenger ikke minst av valg av våpen, det vil si av prinsippet som vaksinen er bygget på.

Et dødt virus er et dårlig virus

I skolebøkene skriver de vanligvis at et drept eller svekket patogen brukes til vaksinasjoner. Men denne informasjonen er noe utdatert. “Inaktiverte (“drept”. - Ca. N + 1.) Og svekket (svekket. - Ca. N + 1.) Vaksiner ble oppfunnet og introdusert i midten av forrige århundre, og det er vanskelig å betrakte dem som moderne, - forklarer i en samtale med N +1 Olga Karpova, leder for Institutt for virologi, Biologisk fakultet, Lomonosov Moskva statsuniversitet. - Det er dyrt. Det er vanskelig å transportere og lagre, mange vaksiner når de stedene hvor de trengs (hvis vi for eksempel snakker om Afrika) i en slik tilstand når de ikke lenger beskytter noen."

Dessuten er det ikke sikkert. For å få en høy dose av det «drepte» viruset må man først anskaffe store mengder levende, og det øker kravene til laboratorieutstyr. Da må det nøytraliseres - for dette bruker de for eksempel ultrafiolett eller formalin.

Men hvor er garantien for at det blant mengden av "døde" viruspartikler ikke vil være flere som kan forårsake sykdom?

Med et svekket patogen er det enda vanskeligere. Nå, for å svekkes, tvinges viruset til å mutere, og deretter velges de minst aggressive stammene. Men dette gir et virus med nye egenskaper, og ikke alle kan forutsies på forhånd. Igjen, hvor er garantien for at viruset, når det først er inne i kroppen, ikke vil fortsette å mutere og produsere "avkom" enda mer "ondt" enn originalen?

Derfor brukes både "drepte" og "ikke drepte" virus sjelden i dag. For eksempel, blant moderne influensavaksiner, er "attenuerte patogener" i mindretall - Neste generasjons influensavaksiner: muligheter og utfordringer er i mindretall - bare 2 av 18 vaksiner godkjent i Europa og USA innen 2020 er arrangert. Av mer enn 40 prosjekter med vaksiner mot koronavirus, er bare ett organisert i henhold til dette prinsippet - Indian Institute of Serum er engasjert i det.

Del og vaksiner

Det er mye tryggere å introdusere immunsystemet ikke til hele viruset, men til en egen del av det. For å gjøre dette må du velge et protein som det "interne politiet" til en person vil være i stand til å gjenkjenne viruset nøyaktig. Som regel er dette et overflateprotein, ved hjelp av hvilket patogenet trenger inn i cellene. Da må du få litt cellekultur for å produsere dette proteinet i industriell skala. Dette gjøres ved hjelp av genteknologi, og det er derfor slike proteiner kalles genmanipulerte, eller rekombinante.

"Jeg tror at vaksiner må være rekombinante, og ingenting annet," sier Karpova. – Dessuten må dette være vaksiner på bærere, det vil si at proteinene til viruset må være på en slags bærer. Faktum er at de (proteiner) i seg selv ikke er immunogene. Hvis lavmolekylære proteiner brukes som vaksine, vil de ikke utvikle immunitet, kroppen vil ikke reagere på dem, så bærerpartikler er absolutt nødvendige.”

Som en slik bærer foreslår forskere fra Moscow State University å bruke tobakksmosaikkviruset Tobakksmosaikkvirus - "Wikipedia" (dette er forresten det aller første viruset som er oppdaget av mennesker). Det ser vanligvis ut som en tynn pinne, men når den varmes opp, tar den form som en ball. "Den er stabil, den har unike adsorpsjonsegenskaper, den tiltrekker seg proteiner til seg selv," sier Karpova. "På overflaten kan du plassere små proteiner, selve antigenene." Hvis du dekker tobakksmosaikkviruset med koronavirusproteiner, blir det for kroppen til en imitasjon av SARS-CoV-2-viruspartikkelen. "Tobakksmosaikkviruset," bemerker Karpova, "er et effektivt immunstimulerende middel for kroppen. Samtidig, siden plantevirus ikke kan infisere dyr, inkludert mennesker, lager vi et helt trygt produkt."

Sikkerheten til ulike metoder assosiert med rekombinante proteiner har gjort dem til de mest populære - minst et dusin selskaper prøver nå å skaffe et slikt protein for koronaviruset. I tillegg bruker mange andre bærervirus - for eksempel adenovirale vektorer eller til og med modifiserte levende meslinger- og koppevirus som infiserer menneskelige celler og formerer seg der sammen med koronavirusproteiner. Disse metodene er imidlertid ikke de raskeste, fordi det er nødvendig å etablere in-line produksjon av proteiner og virus i cellekulturer.

Nakne gener

Proteinproduksjonstrinnet i cellekultur kan forkortes og akselereres ved å få kroppens celler til å produsere virale proteiner på egenhånd. Genterapivaksiner fungerer i henhold til dette prinsippet - "nakent" genetisk materiale - viralt DNA eller RNA - kan settes inn i menneskelige celler. DNA injiseres vanligvis i celler ved hjelp av elektroporering, det vil si at sammen med injeksjonen får en person en lett utladning, som et resultat øker permeabiliteten til cellemembraner, og DNA-tråder kommer inn. RNA leveres ved hjelp av lipidvesikler. På en eller annen måte begynner celler å produsere viralt protein og demonstrere det til immunsystemet, og det utfolder en immunrespons selv i fravær av et virus.

Denne metoden er ganske ny, det er ingen vaksiner i verden som vil fungere etter dette prinsippet.

Likevel, ifølge WHO, prøver syv selskaper samtidig å lage en vaksine mot koronavirus basert på det. Dette er veien tatt av Moderna Therapeutics, den amerikanske lederen i vaksineløpet. Han ble også valgt for seg selv av tre deltakere til i løpet fra Russland: Vector Scientific Center i Novosibirsk (ifølge Rospotrebnadzor tester han så mange som seks vaksinedesign samtidig, og en av dem er basert på RNA), Biocad og det vitenskapelige og kliniske senteret for presisjon og regenerativ medisin pris Kazan.

"I prinsippet er det ikke så vanskelig å lage en vaksine," sier Albert Rizvanov, direktør for senteret, professor ved Institutt for genetikk ved Institute of Fundamental Medicine and Biology ved Kazan Federal University. "Genterapivaksiner er de raskeste når det gjelder utvikling, fordi det er nok til å lage en genetisk konstruksjon." Vaksinen, som det jobbes med ved Senteret, skal skyte mot flere mål samtidig: en DNA-streng med flere virale gener sprøytes inn i cellene samtidig. Som et resultat vil celler produsere ikke ett viralt protein, men flere samtidig.

I tillegg kan DNA-vaksiner ifølge Rizvanov være billigere enn andre i produksjon. "Vi er egentlig som Space X," spøker forskeren. – Prototypeutviklingen vår koster bare noen få millioner rubler. Imidlertid er prototyping bare toppen av isfjellet, og testing med et levende virus er en helt annen rekkefølge.”

Omskiftelser og triks

Når vaksiner er forvandlet fra teoretisk utvikling til forskningsobjekter, begynner hindringer og restriksjoner å vokse som sopp. Og finansiering er bare ett av problemene. Ifølge Karpova har Moskva statsuniversitet allerede et utvalg av vaksinen, men ytterligere testing vil kreve samarbeid med andre organisasjoner. I neste trinn planlegger de å teste sikkerhet og immunogenisitet, og dette kan gjøres innenfor universitetets vegger. Men så snart du trenger å evaluere effektiviteten til vaksinen, må du jobbe med patogenet, og dette er forbudt i utdanningsinstitusjonen.

I tillegg vil det kreves spesielle dyr. Faktum er at vanlige laboratoriemus ikke blir syke av alle menneskelige virus, og sykdomsbildet kan også være svært forskjellig. Derfor testes vaksiner ofte på ildere. Hvis målet er å jobbe med mus, trengs det genmodifiserte mus, som bærer på cellene nøyaktig de samme reseptorene som koronaviruset "klamrer seg til" i pasientens kropp. Disse musene er ikke billige Ace2 KONSTITUTIV KNOCKOUT (ti eller tjue tusen dollar per linje). Riktignok noen ganger kan du spare penger - kjøp bare noen få individer og avle dem i laboratoriet - men dette forlenger det prekliniske teststadiet.

Og hvis vi fortsatt er i stand til å løse finansieringsproblemet, er tiden fortsatt en uoverkommelig vanskelighet. Ifølge Rizvanov tar det vanligvis måneder og år å utvikle vaksiner. "Sjelden mindre enn et år, vanligvis mer," sier han. Lederen for Federal Biomedical Agency (de utvikler en vaksine basert på et rekombinant protein) Veronika Skvortsova foreslo at FMBA i Russland vil motta de første testresultatene av prototyper av en koronavirusvaksine i juni 2020, at en ferdig vaksine kan vises i 11 måneder.

Det er flere stadier hvor prosessen kan akselereres. Den mest åpenbare er utvikling. Det amerikanske selskapet Moderna har tatt ledelsen fordi de har utviklet mRNA-vaksiner i lang tid. Og for å lage en til, hadde de nok av det dekodede genomet til det nye viruset. Russiske team fra Moskva og Kazan har også jobbet med teknologien deres i flere år og stoler på resultatene av tester av deres tidligere vaksiner mot andre sykdommer.

Det ideelle ville være en plattform som lar deg raskt lage en ny vaksine fra en mal. Forskere fra Moscow State University legger ut slike planer.

"På overflaten av partikkelen vår," sier Karpova, "kan vi plassere proteinene til flere virus og samtidig beskytte mot COVID-19, SARS og MERS. Vi tror til og med at vi kan forhindre slike utbrudd i fremtiden. Det er 39 koronavirus, noen av dem er nære menneskelige koronavirus, og det er helt klart hva det er å overvinne artsbarrieren («hoppe» et virus fra flaggermus til mennesker. - Merk N + 1.). Men hvis det finnes en vaksine som Lego, kan vi sette på den proteinet til et virus som oppsto et sted. Vi vil gjøre dette innen to måneder - vi vil erstatte eller legge til disse proteinene. Hvis en slik vaksine hadde vært tilgjengelig i desember 2019, og folk hadde blitt vaksinert i det minste i Kina, ville dette ikke ha spredt seg videre.»

Neste trinn er preklinisk testing, det vil si arbeid med forsøksdyr. Det er ikke den lengste prosessen, men den kan vinnes på sin bekostning når den kombineres med kliniske studier på mennesker. Moderna gjorde nettopp det – selskapet begrenset seg til en rask sikkerhetssjekk og gikk rett til menneskelig forskning. Det er imidlertid verdt å huske at stoffet hun prøver er et av de sikreste. Siden Moderna ikke bruker virus eller rekombinante proteiner, er det svært liten sjanse for at de frivillige får bivirkninger – immunsystemet har rett og slett ingenting å reagere aggressivt på. Det verste som kan skje er at vaksinen er ineffektiv. Men dette gjenstår å verifisere.

Men produksjonen av vaksiner er tilsynelatende ikke et begrensende stadium. "Dette er ikke mer komplisert enn den vanlige bioteknologiske produksjonen av rekombinante proteiner," forklarer Rizvanov. Ifølge ham kan planten produsere en million doser av en slik vaksine i løpet av måneder. Olga Karpova gir et lignende anslag: tre måneder for en million doser.

Trenger du vaksine?

Hvorvidt det er verdt å kutte ned på kliniske studier er et spørsmål. For det første er det en langsom prosess i seg selv. I mange tilfeller må vaksinen administreres i flere stadier: hvis viruset ikke formerer seg av seg selv inne i kroppen, blir det raskt eliminert, og konsentrasjonen er utilstrekkelig aviær influensa A-virus pandemisk beredskap og vaksineutvikling for å indusere et alvorlig immunforsvar. respons. Derfor vil selv en enkel test av effektiviteten ta minst flere måneder, og leger skal overvåke sikkerheten til vaksinen for helsen til frivillige i et helt år.

For det andre er COVID-19 selve tilfellet der akselererende menneskelige forsøk virker upraktisk for mange.

Dødeligheten av sykdommen i dag er estimert til noen få prosent, og denne verdien vil trolig bli ytterligere redusert så snart det blir klart hvor mange som har lidd av sykdommen asymptomatisk. Men vaksinen, hvis den blir oppfunnet nå, vil måtte gis til millioner av mennesker, og selv små bivirkninger kan resultere i antall sykdommer og dødsfall som kan sammenlignes med selve infeksjonen. Og det nye koronaviruset er langt fra "sint" nok til, med Rizvanovs ord, "helt til side alle sikkerhetshensyn." Forskeren mener at i dagens situasjon er karantene det mest effektive.

Ifølge Karpova er det imidlertid ikke noe akutt behov for en vaksine i nær fremtid. "Det er ikke nødvendig å vaksinere folk under en pandemi, dette er ikke i tråd med epidemiens regler," forklarer hun.

Galina Kozhevnikova, leder for avdelingen for infeksjonssykdommer ved RUDN-universitetet, er enig med henne. «Under en epidemi anbefales ingen vaksinasjon i det hele tatt, selv ikke en rutinemessig, som er inkludert i vaksinasjonsskjemaet. Fordi det ikke er noen garanti for at en person ikke er i inkubasjonsperioden, og hvis en vaksine påføres i dette øyeblikket, er uønskede hendelser og redusert vaksinasjonseffektivitet mulig,”sa Kozhevnikova og svarte på N + 1-spørsmålet.

Det er tilfeller, la hun til, når en nødvaksinasjon er nødvendig av helsemessige årsaker, i en situasjon når det gjelder liv og død. For eksempel, under miltbrannutbruddet i Sverdlovsk i 1979, ble alle vaksinert, tusenvis av mennesker ble akutt vaksinert, og i 1959 i Moskva under et utbrudd av kopper brakt av Kokorekin, Alexei Alekseevich - "Wikipedia" fra India av kunstneren Alexei Kokorekin.

Men koronaviruset er absolutt ikke en slik historie. Fra det som skjer, ser vi at denne epidemien utvikler seg i henhold til de klassiske lovene for akutt luftveissykdom, sier Kozhevnikova.

Dermed er vaksineutviklere alltid i en vanskelig situasjon. Så lenge det ikke er virus, er det nesten umulig å lage en vaksine. Så snart viruset dukket opp, viser det seg at det burde vært gjort i forgårs. Og når det slår tilbake, mister produsentene sine kunder.

Det må imidlertid gis vaksine. Dette har ikke skjedd under tidligere utbrudd av koronavirusinfeksjoner - både MERS og SARS tok slutt for raskt, og forskning mistet finansiering. Men hvis det ikke har vært noen tilfeller av SARS i verden siden 2004, så går det siste tilfellet av MERS tilbake til 2019, og ingen kan garantere at utbruddet ikke vil skje igjen. I tillegg vil en vaksine mot tidligere infeksjoner kunne gi en strategisk plattform for utvikling av fremtidige vaksiner.

Karpova bemerker at selv etter at dette utbruddet av COVID-19 forsvinner, er et nytt utbrudd mulig. Og i dette tilfellet bør staten ha en vaksine klar."Dette er ikke den typen vaksine som alle mennesker vil bli vaksinert med som influensa," sier hun. "Men i en nødssituasjon med et nytt utbrudd, bør staten ha en slik vaksine, samt et testsystem."

Koronavirus. Antall infiserte:

243 093 598

i verden

8 131 164

i Russland Se kart