Cum s-au făcut vaccinurile împotriva COVID-19 atât de repede, fără a tăia colțuri

La șase luni după ce primele vaccinări cu COVID-19 au început să intre în arme în Statele Unite, ritmul vaccinării a încetinit. Acest lucru i-a determinat pe oficialii de la Casa Albă să-și reducă obiectivul de a obține cel puțin o doză la 70 la sută din toți adulții din SUA până pe 4 iulie; acum vizează 70 la sută dintre cei de 27 de ani și peste.

Chiar și așa, mai mult de 1 din 5 americani spun că nu se va vaccina, potrivit unui sondaj recent realizat de Asociația Americană de Psihiatrie. Printre motivele care apar adesea se numără îngrijorările că vaccinurile au fost dezvoltate prea repede: în mod normal, cercetarea medicamentelor durează ani sau chiar decenii de la idee la realitate. Primele vaccinuri pentru combaterea COVID-19 au fost dezvoltate, testate și au primit autorizație de utilizare de urgență în 11 luni.

Conduși de o urgență globală și susținut de zeci de ani de muncă anterioară asupra tehnologiei vaccinurilor, dezvoltatorii de vaccinuri au găsit o modalitate de a tăia nu doar zile sau luni, ci și ani de la termen (SN: 2/21/20). Ceea ce a fost aruncat nu a fost știința sau testele de siguranță, ci mai degrabă timpul de așteptare inclus în procesul de dezvoltare – așteptarea rezultatelor și așteptarea aprobărilor de reglementare (SN: 7/10/20).

Comparând noile vaccinuri cu medicamente anterioare care au folosit aceeași tehnologie în cadrul unor perioade de cercetare mai tradiționale, este posibil să se calculeze aproximativ cât timp a fost întrerupt procesului de dezvoltare odată ce injecțiile au fost gata să intre în arme: aproximativ patru ani. Iată cum.

Deblocarea secretelor coronavirusului

Pentru a susține un pic mai întâi, proiectarea vaccinurilor a început mult mai devreme decât faza de lovituri în brațe. A început cu descifrarea exactă a componenței genetice a SARS-CoV-2, virusul care provoacă COVID-19 (SN: 12/11/20). Până la începutul lunii ianuarie 2020, acel model genetic era la îndemână, iar primele vaccinuri testate erau gata doar câteva săptămâni mai târziu.

ilustrare a unei proteine ​​spike pe suprafața unui virus
O proteină cu vârf de coronavirus (roșu) se leagă de un receptor 2 al enzimei de conversie a angiotensinei (albastru) pe o celulă umană din această ilustrație. Virusul folosește receptorul ACE2 pentru a pătrunde în celulele umane.JUAN GAERTNER/SCIENCE FOTO BIBLIOTECA/GETTY IMAGES

Dintr-o anumită perspectivă, cercetătorii au descifrat sau au secvențiat pentru prima dată întregul genom uman pe o perioadă de aproape 13 ani, începând din 1990 și terminând în 2003 (SN: 17.01.03). Datorită progreselor în materie de computere, aceeași sarcină poate dura acum doar ore.

Cel mai important, cercetătorii aveau acum instrucțiunile genetice pentru a produce proteinele cu vârf pe care virusul le folosește pentru a pătrunde în celule – un ingredient cheie pentru fabricarea vaccinurilor. Ieșind din suprafața virusului, aceste proteine ​​​​spin reprezintă o țintă ușor de recunoscut de către sistemul imunitar. Cercetătorii au știut să se concentreze asupra acestor proteine ​​datorită deceniilor de muncă în studierea coronavirusurilor, inclusiv două care au provocat alte focare de boli umane – SARS și MERS. Lucrarea respectivă a identificat, de asemenea, cea mai bună formă a proteinei de utilizat: o formă stabilă chiar înainte ca virusul să fuzioneze cu o celulă pe care urmează să o infecteze.

Găsirea unui sistem de livrare

Aceste instrucțiuni ar putea fi apoi introduse direct în vehicule de livrare prefabricate care transportă codul genetic către celule pentru a induce un răspuns imun. Oamenii de știință au construit deja aceste șabloane rapide, bazate pe genetic, în mare parte din cauza luptei continue împotriva HIV, spune Tom Denny, director de operațiuni al Institutului Duke Human Vaccine din Durham, NC.

„În ultimii 10 până la 15 ani, au existat echipe majore din întreaga lume… care încearcă să înțeleagă ce trebuie să se întâmple pentru a face un vaccin protector împotriva HIV”, spune Denny. Aceste eforturi „ne-au ajutat în lupta noastră cu această pandemie actuală”.

Aceste vehicule sunt ca jucăriile Potato Head din lumea dezvoltării vaccinurilor: în loc să schimbe diferite trăsături faciale, informațiile specifice fiecărui virus sunt conectate.

Denny o numește producție de vaccin „plug-and-play”. Decenii de încercare de a ataca HIV au creat o bibliotecă de arme sigure pe care să le folosească rapid împotriva oricăror noi care ar putea fi rădăcini virali. „Am avut noroc”, spune Denny, că platformele dezvoltate au funcționat atât de bine pentru acest nou virus mortal.

Unul dintre șabloane transportă direct o catenă nefuncțională, parțială, de ARNm viral către celulele din organism, oferind instrucțiuni pentru acele celule să creeze copii ale proteinei pe care sistemul imunitar o recunoaște ca fiind străină. Acesta este ceea ce este folosit în fotografiile Pfizer-BioNTech și Moderna.

ARNm pentru proteinele cu vârf ale coronavirusului este împachetat în bule minuscule de grăsime numite nanoparticule lipidice. Aceste bule minuscule de grăsime există de zeci de ani și sunt folosite în siguranță pentru zeci de alte medicamente, unele aprobate, altele încă în curs de dezvoltare. Deci tot ceea ce trebuia schimbat pentru a viza SARS-CoV-2 erau direcțiile amplasate în interior.

Conținutul bulelor de grăsime este cunoscut drept „sarcina utilă”, spune Vicki Stronge (SN: 20/11/20). Ea este directorul de management al produselor la Precision NanoSystems din Vancouver, care produce echipamente și compuși pentru dezvoltarea nanoparticulelor lipidice. Ea explică de ce acele bule de grăsime sunt atât de cruciale: dacă ARNm este injectat singur în afara unei bule, se descompune rapid, degradându-se în bucăți și bucăți biologice inofensive care sunt reciclate de corpul nostru.

Beneficiind de cercetările anterioare

Două terapii cheie – una încă în lucru și una aprobată – au deschis calea pentru ca dezvoltatorii de vaccinuri COVID-19 să pună la punct cu șabloane bazate pe ARN.

O terapie, realizată de CureVac, cu sediul în Germania, este primul vaccin care a ajuns la testele pe oameni și care a fost dezvoltat folosind ARNm pentru a lupta împotriva unei boli infecțioase. Acesta vizează virusul rabiei și a fost injectat în voluntari umani începând cu 2013. Cu decenii mai devreme, în 1971, cercetătorii au dezvoltat primele seringi pe care le credeau că sunt sigure pentru oameni, pe care le-au testat inițial prin injectare. Prima versiune a vaccinului antirabic pe bază de ARNm a provocat doar un răspuns slab al sistemului imunitar, dar a arătat că tehnologia este sigură. O versiune mai nouă a acestui vaccin împotriva rabiei începe să arate rezultate promițătoare în studiile clinice. (CureVac dezvoltă, de asemenea, un vaccin ARNm COVID-19, deși rezultatele timpurii au fost dezamăgitoare.)

Virusul rabiei, ilustrat aici, a fost primul vizat de un vaccin pe bază de ARNm.NANOCLUSTERING/SCIENCE FOTO BIBLIOTECA/GETTY IMAGES

Cealaltă terapie este patisiran, un medicament pe bază de ARN pentru o boală ereditară rară, dar adesea fatală, în care proteinele amiloide se acumulează în nervi și în unele organe. Utilizează același design bazat pe nanoparticule lipidice ca și vaccinurile COVID-19 pe bază de ARNm, doar cu o sarcină utilă diferită în interior.

Ani de date de la monitorizarea pacienților cărora li s-a injectat aceste fragmente de ARN învelite în nanoparticule lipidice arată că sunt în siguranță, spune Sascha Tuchman, hematolog-oncolog la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill, care a supravegheat un site pentru faza III patisiran. încercări. Pacienții care primesc o doză de patisiran au un risc mai scăzut de reacții adverse decât cei cărora li s-au administrat injecții cu ser fiziologic placebo. Și când vine vorba de consecințele negative pe termen lung ale nanoparticulelor de ARN și lipide, Tuchman spune, „nu am văzut nimic suplimentar în ceea ce privește siguranța care să indice că există un motiv de îngrijorare”.

La șase ani după ce primele injecții au început să fie testate, FDA a aprobat patisiran, puțin mai rapid decât ritmul standard pentru noile tratamente. Aceasta face o comparație bună pentru a arăta unde au reușit vaccinurile COVID-19 să reducă timpul, fără a număra deceniile de cercetare de dezvoltare care ne-au dus în acest punct. Deci, să pornim ceasul.

Recrutarea voluntarilor

După ce primele seringi de vaccin posibil împotriva COVID-19 au apărut din laboratoarele de ARNm „plug-and-play”, ani au fost îndepărtați din cronologie prin eliminarea perioadelor lungi de așteptare pură care sunt incluse în majoritatea testărilor umane. Impulsat de urgența pandemiei, aproape o jumătate de milion de oameni numai în America și-au oferit deltoizii pentru cauza prin intermediul rețelei de prevenire a COVID-19 în câteva luni, în multe cazuri chiar înainte de primele bănuieli publice de succes, potrivit la Asociația Medicală Americană.

De exemplu, a fost nevoie de puțin mai puțin de 16 săptămâni pentru a recruta și înrola peste 43.000 de voluntari pentru fazele finale de testare a vaccinului Pfizer. Când a început recrutarea voluntarilor pentru studiile clinice ale vaccinului ARNm împotriva rabiei în 2013, a fost nevoie de 813 zile pentru a înrola 101 participanți. Pe baza acestei comparații, înseamnă aproximativ 730 de zile – aproape doi ani – economisiți doar în recrutare.

La sfârșitul anului trecut, Pfizer și Moderna fabricau deja doze de vaccin în așteptarea autorizării. Aici, muncitorii se pregătesc să expedieze doze din uzina Pfizer din Kalamazoo, Michigan, la doar două zile după ce Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente a acordat autorizația de utilizare de urgență a vaccinului respectiv.Morry Gash/Getty Images

Obținerea de rezultate rapide

Un alt factor, mai sumbru, a contribuit la viteza științifică: cât de repede s-a răspândit virusul.

Oamenii de știință pot începe să calculeze eficacitatea unui vaccin atunci când un număr suficient de oameni din grupul care au primit un placebo, mai degrabă decât un vaccin, s-au infectat în mod natural (SN: 10/4/20). Dacă un focar dispare, este nevoie de mai mult pentru a atinge acel prag. Acest lucru este valabil și dacă un virus se răspândește în mod natural mai lent – să zicem un virus precum HIV, herpesul sau papilomavirusul uman sau HPV, care se transmit în principal prin sex. În schimb, doar respirația sau vorbitul poate răspândi SARS-CoV-2 – și toată lumea face asta (SN: 4/2/20).

Compararea vagă a testelor de vaccin pentru COVID-19 cu testele de vaccin HPV oferă indicii despre câte zile ar fi putut fi tăiate din cronologia COVID-19 din cauza ratei astronomice de răspândire a noului virus. Studiile HPV au durat aproximativ 529 de zile, sau 1,4 ani, pentru a ajunge la un punct la care eficacitatea ar putea fi calculată, când grupul placebo a ajuns la o rată de infecție de 3,8 la sută.

În schimb, studiul Pfizer cu coronavirus de fază II/III a obținut rezultate inițiale de eficacitate pentru prima dintre cele două doze ale sale în doar 105 zile, când a atins o rată de infectare de aproape 2,4% în grupul placebo. Este cu 424 de zile mai rapid decât HPV. De ce? Pentru că la doar câteva luni după pandemie, SARS-CoV-2 infecta sute de mii de oameni pe zi la nivel global.

Sărind linia

A existat, de asemenea, timp de așteptare recuperat din procesul de revizuire al Administrației pentru Alimente și Medicamente din SUA. De obicei, FDA ia 10 luni pentru a revizui un nou medicament.

Cu toate acestea, odată cu creșterea numărului de decese cauzate de COVID-19, FDA a grăbit toate vaccinurile împotriva coronavirusului în fruntea liniilor de revizuire. Vaccinul Pfizer a fost revizuit și autorizat pentru utilizare de urgență la numai 21 de zile de la depunere, iar vaccinul Moderna în doar 19 zile (SN: 12/11/20; SN: 18/12/20). În comparație cu un timp obișnuit de așteptare de 10 luni, înseamnă încă 283 de zile economisite.

În total, adică 1.437 de zile sau 3,9 ani, au întrerupt termenul normal pentru un nou vaccin. Și asta nu include alte economii de timp, cum ar fi punerea în prim plan a analizelor etice. Adăugați acest timp economisit la cele 11 luni necesare pentru a obține primele vaccinuri COVID-19 și s-ar adăuga până la aproape cinci ani – remarcabil aproape de cei șase ani necesari pentru a testa și aproba patisiran.

Într-un ultim zgomot de viteză, unele companii farmaceutice, susținute de contracte mari de vaccinuri și bani de cercetare de la Operațiunea Warp Speed ​​a guvernului SUA, produceau și doze în timpul studiilor clinice, în speranța că vaccinurile vor funcționa. Odată ce companiile aveau în mână autorizația de utilizare în caz de urgență, erau gata să expedieze doze imediat.

Decenii de muncă anterioară, combinate cu un virus care se mișcă rapid, dorința publicului de a ajuta și eliminarea timpilor de așteptare au determinat dezvoltarea rapidă a vaccinurilor COVID-19. Nu s-a omis nicio măsură de siguranță, spune Stanley Plotkin, profesor emerit de pediatrie la Universitatea din Pennsylvania, care este probabil cel mai cunoscut pentru munca sa de dezvoltare a vaccinului împotriva rubeolei.

Crearea rapidă a vaccinurilor COVID-19, spune Plotkin, reprezintă „o schimbare majoră în modul de dezvoltare a vaccinurilor”. Ele sunt un exemplu a ceea ce oamenii de știință pot face atunci când nu așteaptă.