Hur ett vaccin mot coronavirus skapas och kan det stoppa en pandemi

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Oväntat behöver man inte påskynda arbetet med vaccinet.

Dussintals bioteknikföretag och vetenskapliga institutioner tävlar mot pandemin för att skapa olika vaccinalternativ för det nya SARS - CoV - 2 coronaviruset. Vi tar reda på vilken teknik som används för att utveckla dem, hur lång tid det kommer att ta innan covid-19-vaccinet kan vaccineras och om det framtida vaccinet kommer att kunna stoppa pandemin.

Varje gång mänskligheten ställs inför en ny infektion startar tre lopp samtidigt: för en medicin, ett testsystem och ett vaccin. Förra veckan började det vetenskapliga centret i Rospotrebnadzor testa ett vaccin mot det nya coronaviruset, testa ett anti-coronavirusvaccin på djur, och i USA börjar NIHs kliniska prövning av prövningsvaccin mot COVID-19. Betyder detta att segern över epidemin är nära?

Enligt WHO har ett 40-tal laboratorier runt om i världen tillkännagett utkastet till COVID-19-kandidatvacciner - 20 mars 2020 att de utvecklar vacciner mot coronavirus. Och trots att det finns tydliga ledare bland dem - till exempel det kinesiska företaget CanSino Biologics, som fick REKOMBINANT ROMAN CORONAVIRUS VACCIN (ADENOVIRUS TYPE 5 VECTOR) GODKÄNT FÖR KLINISK FÖRSÖKNINGstillstånd för försök på människor, och amerikanska Moderna, som redan har började dem, - Nu är det svårt att förutsäga vilket av företagen som kommer att vinna detta lopp, och viktigast av allt, om utvecklingen av vacciner kommer att gå om spridningen av coronaviruset. Framgång i detta lopp beror inte minst på valet av vapen, det vill säga på principen som vaccinet är byggt på.

Ett dött virus är ett dåligt virus

I skolböcker brukar man skriva att en dödad eller försvagad patogen används för vaccinationer. Men denna information är något föråldrad.”Inaktiverade (“dödade”. - Ca N + 1.) Och försvagade (försvagade. - Ca N + 1.) Vacciner uppfanns och introducerades i mitten av förra seklet, och det är svårt att betrakta dem som moderna, - förklarar i ett samtal med N +1 Olga Karpova, chef för Institutionen för virologi, Biologiska fakulteten, Lomonosov Moscow State University. - Det är dyrt. Det är svårt att transportera och lagra, många vacciner når de platser där de behövs (om vi till exempel pratar om Afrika) i ett sådant tillstånd när de inte längre skyddar någon."

Dessutom är det inte säkert. För att få en hög dos av det "dödade" viruset måste man först skaffa stora mängder levande, och det ökar kraven på laboratorieutrustning. Sedan måste det neutraliseras - för detta använder de till exempel ultraviolett eller formalin.

Men var finns garantin för att det bland mängden "döda" viruspartiklar inte kommer att finnas fler som kan orsaka sjukdomar?

Med en försvagad patogen är det ännu svårare. Nu, för att försvagas, tvingas viruset att mutera, och sedan väljs de minst aggressiva stammarna ut. Men detta producerar ett virus med nya egenskaper, och alla kan inte förutsägas i förväg. Återigen, var är garantin för att viruset, väl inne i kroppen, inte kommer att fortsätta att mutera och producera "avkomma" ännu mer "ondska" än originalet?

Därför används både "dödade" och "inte dödade" virus sällan idag. Till exempel, bland moderna influensavacciner är "försvagade patogener" i minoritet - Nästa generations influensavaccin: möjligheter och utmaningar är i minoritet - endast 2 av 18 vacciner som godkänts i Europa och USA till 2020 är arrangerade. Av mer än 40 projekt med vaccin mot coronavirus är bara ett organiserat enligt denna princip - Indian Institute of Serum är engagerat i det.

Dela och vaccinera

Det är mycket säkrare att introducera immunsystemet inte för hela viruset, utan till en separat del av det. För att göra detta måste du välja ett protein genom vilket en persons "interna polis" kommer att kunna känna igen viruset exakt. Som regel är detta ett ytprotein, med hjälp av vilket patogenen tränger in i cellerna. Då behöver du skaffa lite cellkultur för att producera detta protein i industriell skala. Detta görs med hjälp av genteknik, varför sådana proteiner kallas för genmanipulerade, eller rekombinanta.

"Jag tror att vacciner måste vara rekombinanta, och inget annat", säger Karpova. – Dessutom måste det vara vacciner på bärare, det vill säga att virusets proteiner måste finnas på någon slags bärare. Faktum är att de (proteiner) i sig inte är immunogena. Om proteiner med låg molekylvikt används som vaccin kommer de inte att utveckla immunitet, kroppen kommer inte att reagera på dem, så bärarpartiklar är absolut nödvändiga.”

Som en sådan bärare föreslår forskare från Moscow State University att man använder tobaksmosaikviruset Tobaksmosaikvirus - "Wikipedia" (detta är förresten det allra första viruset som upptäckts av människor). Den ser vanligtvis ut som en tunn pinne, men när den värms upp tar den formen av en boll. "Den är stabil, den har unika adsorptionsegenskaper, den attraherar proteiner till sig själv", säger Karpova. "På dess yta kan du placera små proteiner, själva antigenerna." Om du täcker tobaksmosaikviruset med coronavirusproteiner, förvandlas det för kroppen till en imitation av SARS - CoV - 2-viruspartikeln. "Tobaksmosaikviruset", konstaterar Karpova, "är ett effektivt immunstimulerande medel för kroppen. Samtidigt, eftersom växtvirus inte kan infektera djur, inklusive människor, gör vi en absolut säker produkt."

Säkerheten hos olika metoder förknippade med rekombinanta proteiner har gjort dem till de mest populära - åtminstone ett dussin företag försöker nu få tag i ett sådant protein för coronaviruset. Dessutom använder många andra bärarvirus - till exempel adenovirala vektorer eller till och med modifierade levande mässling- och smittkoppsvirus som infekterar mänskliga celler och förökar sig där tillsammans med coronavirusproteiner. Dessa metoder är dock inte de snabbaste, eftersom det är nödvändigt att etablera in-line produktion av proteiner och virus i cellkulturer.

Nakna gener

Proteinproduktionssteget i cellodling kan förkortas och påskyndas genom att kroppens celler producerar virala proteiner på egen hand. Genterapivacciner fungerar enligt denna princip - "naket" genetiskt material - viralt DNA eller RNA - kan infogas i mänskliga celler. DNA injiceras vanligtvis i celler med hjälp av elektroporering, det vill säga tillsammans med injektionen får en person en lätt urladdning, som ett resultat ökar permeabiliteten av cellmembran och DNA-strängar kommer in. RNA levereras med hjälp av lipidvesiklar. På ett eller annat sätt börjar celler producera viralt protein och visa det för immunsystemet, och det utvecklar ett immunsvar även i frånvaro av ett virus.

Denna metod är ganska ny, det finns inga vacciner i världen som skulle fungera enligt denna princip.

Ändå, enligt WHO, försöker sju företag samtidigt göra ett vaccin mot coronavirus baserat på det. Det är den väg som Moderna Therapeutics, den amerikanska ledaren inom vaccinloppet, har tagit. Han valdes också för sig själva av ytterligare tre deltagare i loppet från Ryssland: Vector Scientific Center i Novosibirsk (enligt Rospotrebnadzor testar han så många som sex vaccindesigner samtidigt, och en av dem är baserad på RNA), Biocad och det vetenskapliga och kliniska centret för precision och regenerativ medicin pris Kazan.

"I princip är det inte så svårt att skapa ett vaccin", säger Albert Rizvanov, chef för centret, professor vid institutionen för genetik vid Institutet för grundläggande medicin och biologi vid Kazans federala universitet. "Genterapivacciner är de snabbaste när det gäller utveckling, eftersom det räcker för att skapa en genetisk konstruktion." Vaccinet, som man arbetar med på Centrum, ska skjuta mot flera mål samtidigt: en DNA-sträng med flera virusgener injiceras i cellerna samtidigt. Som ett resultat kommer celler inte att producera ett viralt protein, utan flera samtidigt.

Dessutom, enligt Rizvanov, kan DNA-vacciner vara billigare än andra i produktionen. "Vi är i grunden som Space X," skämtar forskaren. – Vår prototyputveckling kostar bara några miljoner rubel. Men prototypframställning är bara toppen av isberget, och testning med ett levande virus är en helt annan ordning.”

Växlingar och knep

När väl vacciner omvandlas från teoretisk utveckling till forskningsobjekt, börjar hinder och restriktioner växa som svampar. Och finansiering är bara ett av problemen. Enligt Karpova har Moscow State University redan ett prov av vaccinet, men ytterligare testning kommer att kräva samarbete med andra organisationer. I nästa steg planerar de att testa säkerhet och immunogenicitet, och detta kan göras inom universitetets väggar. Men så snart du behöver utvärdera effektiviteten av vaccinet måste du arbeta med patogenen, och detta är förbjudet i utbildningsinstitutionen.

Dessutom kommer speciella djur att krävas. Faktum är att vanliga laboratoriemöss inte blir sjuka av alla mänskliga virus, och sjukdomsbilden kan också vara väldigt olika. Därför testas vaccin ofta på illrar. Om målet är att arbeta med möss, så behövs genetiskt modifierade möss, som bär på sina celler exakt samma receptorer som coronaviruset "klänger" vid i patientens kropp. Dessa möss är inte billiga Ace2 KONSTITUTIV KNOCKOUT (tiotals eller tjugo tusen dollar per rad). Visserligen kan du ibland spara pengar - köp bara några få individer och föda upp dem i laboratoriet - men detta förlänger det prekliniska teststadiet.

Och om vi fortfarande kan lösa problemet med finansieringen, så är tiden fortfarande en oöverstiglig svårighet. Enligt Rizvanov tar vaccin vanligtvis månader och år att utveckla. "Sällan mindre än ett år, vanligtvis mer", säger han. Chefen för Federal Biomedical Agency (de utvecklar ett vaccin baserat på ett rekombinant protein) Veronika Skvortsova föreslog att FMBA i Ryssland kommer att få de första testresultaten av prototyper av ett coronavirusvaccin i juni 2020, att ett färdigt vaccin kan dyka upp i 11 månader.

Det finns flera steg där processen kan påskyndas. Den mest uppenbara är utvecklingen. Det amerikanska företaget Moderna har tagit täten eftersom man har utvecklat mRNA-vacciner under lång tid. Och för att göra en till fick de nog av det nya virusets avkodade genom. Ryska team från Moskva och Kazan har också arbetat med sin teknik i flera år och förlitar sig på resultaten från tester av deras tidigare vacciner mot andra sjukdomar.

Det ideala skulle vara en plattform som gör att du snabbt kan skapa ett nytt vaccin från en mall. Forskare från Moscow State University kläcker sådana planer.

"På ytan av vår partikel," säger Karpova, "kan vi placera proteinerna från flera virus och samtidigt skydda mot COVID-19, SARS och MERS. Vi tror till och med att vi kan förhindra sådana utbrott i framtiden. Det finns 39 coronavirus, några av dem är nära mänskliga coronavirus, och det är helt klart vad det är för att övervinna artbarriären (”hoppa” ett virus från fladdermöss till människor. - Note N + 1.). Men om det finns ett vaccin som Lego kan vi sätta på det proteinet från något virus som har sitt ursprung någonstans. Vi kommer att göra detta inom två månader - vi kommer att ersätta eller lägga till dessa proteiner. Om ett sådant vaccin hade funnits tillgängligt i december 2019, och människor hade vaccinerats åtminstone i Kina, skulle detta inte ha spridits vidare."

Nästa steg är preklinisk testning, det vill säga arbete med försöksdjur. Det är inte den längsta processen, men den kan vinnas på dess bekostnad när den kombineras med kliniska prövningar på människor. Moderna gjorde just det – företaget begränsade sig till en snabb säkerhetskontroll och gick direkt till mänsklig forskning. Det är dock värt att komma ihåg att drogen hon provar är en av de säkraste. Eftersom Moderna inte använder virus eller rekombinanta proteiner är chansen väldigt liten att de frivilliga får biverkningar – immunförsvaret har helt enkelt inget att aggressivt reagera på. Det värsta som kan hända är att vaccinet är ineffektivt. Men detta återstår att verifiera.

Men produktionen av vacciner är tydligen inte ett begränsande stadium. "Detta är inte mer komplicerat än den vanliga biotekniska produktionen av rekombinanta proteiner," förklarar Rizvanov. Enligt honom kan växten producera en miljon doser av ett sådant vaccin på några månader. Olga Karpova ger en liknande uppskattning: tre månader för en miljon doser.

Behöver du ett vaccin?

Huruvida det är värt att skära ner på kliniska prövningar är en omtvistad fråga. För det första är det en långsam process i sig. I många fall måste vaccinet administreras i flera steg: om viruset inte förökar sig av sig självt inuti kroppen elimineras det snabbt och dess koncentration är otillräcklig Beredskap för pandemi av fågelinfluensa A och vaccinutveckling för att inducera ett allvarligt immunförsvar. svar. Därför kommer även ett enkelt test av effektiviteten att ta minst flera månader, och läkare kommer att övervaka vaccinets säkerhet för volontärers hälsa under ett helt år.

För det andra är covid-19 själva fallet där att påskynda mänskliga försök verkar opraktisk för många.

Dödligheten i sjukdomen i dag uppskattas till några procent, och detta värde kommer sannolikt att minska ytterligare så fort det står klart hur många som drabbats av sjukdomen asymtomatiskt. Men vaccinet, om det uppfinns nu, kommer att behöva administreras till miljontals människor, och även små biverkningar kan resultera i antalet sjukdomar och dödsfall som kan jämföras med själva infektionen. Och det nya coronaviruset är långt ifrån tillräckligt "arg" för att, med Rizvanovs ord, "helt kasta undan alla säkerhetsöverväganden." Forskaren anser att karantän är det mest effektiva i den nuvarande situationen.

Men enligt Karpova finns det inget akut behov av ett vaccin inom en snar framtid. "Det finns inget behov av att vaccinera människor under en pandemi, detta är inte i linje med epideminregler", förklarar hon.

Galina Kozhevnikova, chef för avdelningen för infektionssjukdomar vid RUDN-universitetet, håller med henne.”Under en epidemi rekommenderas ingen vaccination alls, inte ens en rutinmässig sådan, som ingår i vaccinationsschemat. Eftersom det inte finns någon garanti för att en person inte är i inkubationsperioden, och om ett vaccin appliceras i detta ögonblick, är biverkningar och minskad vaccinationseffektivitet möjliga,”sa Kozhevnikova och svarade på N + 1-frågan.

Det finns fall, tillade hon, när en nödvaccination är nödvändig av hälsoskäl, i en situation när det gäller liv och död. Till exempel, under mjältbrandsutbrottet i Sverdlovsk 1979, vaccinerades alla, tusentals människor vaccinerades akut och 1959 i Moskva under ett utbrott av smittkoppor som Kokorekin tog med Alexei Alekseevich - "Wikipedia" från Indien av konstnären Alexei Kokorekin.

Men coronaviruset är absolut inte en sådan historia. Från det som händer ser vi att denna epidemi utvecklas enligt de klassiska lagarna för akut andningssjukdom, säger Kozhevnikova.

Således är vaccinutvecklare alltid i en besvärlig situation. Så länge det inte finns något virus är det nästan omöjligt att skapa ett vaccin. Så fort viruset dök upp visar det sig att det borde ha gjorts i förrgår. Och när det backar tappar tillverkarna sina kunder.

Däremot måste ett vaccin ges. Detta har inte hänt under tidigare utbrott av coronavirusinfektioner - både MERS och SARS upphörde för snabbt och forskning tappade finansiering. Men om det inte har förekommit några fall av SARS i världen sedan 2004, så går det sista fallet av MERS tillbaka till 2019, och ingen kan garantera att utbrottet inte kommer att hända igen. Dessutom skulle ett vaccin mot tidigare infektioner kunna utgöra en strategisk plattform för utvecklingen av framtida vacciner.

Karpova noterar att även efter att detta utbrott av covid-19 försvinner, är ett nytt utbrott möjligt. Och i det här fallet borde staten ha ett vaccin redo."Det här är inte den sortens vaccin som alla människor kommer att vaccineras med som influensa", säger hon. "Men i en nödsituation med ett nytt utbrott bör staten ha ett sådant vaccin, såväl som ett testsystem."

Coronavirus. Antal infekterade:

243 093 598

i världen

8 131 164

i Ryssland Visa karta