Маленький шаг для вакцинологии: какова будет его значимость в медицине? О разработках, которые легли в основу мРНК-вакцин против COVID-19

Вскоре ли последует очередной прорыв на этом поприще, или получится как с высадкой на Луну, после которой к полету на Марс готовятся десятилетиями, — неясно. Во всяком случае биотехнологические компании, возглавившие процесс, могут позволить себе не публиковать информацию о каждом этапе своих ранних исследований в борьбе за деньги: их источники финансирования не зависят от кратковременной конъюнктуры. Так, один из наиболее финансово обеспеченных и секретных стартапов в истории биотехнологий — компания «ModernaTX, Inc.» приоткрыла завесу тайны над своими разработками, представив препараты-кандидаты, лишь 4 года тому назад (Moderna Therapeutics, 2017; Servick K., 2017). Тогда же Агентство перспективных оборонных исследовательских проек­тов (Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) в составе Министерства обороны США объявило о начале работы над Платформой предотвращения пандемии (Pandemic Prevention Platform — P3), включающей три компонента:

1) изоляция ранее неизвестного вирусного патогена с созданием тест-систем;

2) быстрый синтез высокоактивных нейтрализующих антител;

3) разработка технологий доставки нуклеиновых кислот для обеспечения защитного ответа.

Рождению новой технологии способствовало решение DARPA от 2012 г. начать финансирование отраслевых исследователей для изучения РНК-вакцин и лекарств. Компаний, получивших в свое время финансовую поддержку DARPA и уже проведших свои мРНК-вакцины через клинические исследования ІІІ фазы, как минимум, три: немецкие CureVac c BioNTech и американская Moderna. В своем обзоре мы крат­ко представим достижения этих и других компаний по разработке вакцин и лекарств на основе мРНК, причем с чисто практической, утилитарной точки зрения. Но сначала опишем вклад вышеназванных претендентов на Нобелевскую премию, недавно удостоенных другой высокой награды — премии Ласкера — Дебейки (Lasker — DeBakey) за клинические медицинские исследования 2021 г. При этом будем опираться на историю, описанную «в наградном листе».

Достижение — модифицированная неиммуногенная мРНК

Информационная или матричная РНК (мРНК), открытая в ходе новаторских исследований в 1947–1961 гг. (Cobb, 2015), является временным посредником между генетическим аппаратом клетки и ее рибосомами — органеллами, производящими белки. Если клеточное ядро — библиотека всевозможных производственных чертежей — моделей белковых структур, то мРНК — их «выкопировки» (временные копии фрагментов) для непосредственного производства нужных деталей. Первая мРНК-вакцина была изготовлена во Франции в 1993 г. из липосом и мРНК, кодирующей нуклеопротеин вируса гриппа. Она была способна вызывать вирус-специфические цитотоксические Т-клеточные ответы у мышей (Martinon F. et al., 1993).

Приказать клеткам изготавливать те или иные белки — мечта, не дающая покоя нескольким поколениям исследователей. Однако ее воплощение встретило на своем пути массу препятствий: мРНК быстро разрушаются ферментами межклеточной среды, а крупные размеры и отрицательный заряд не позволяют им легко проникать внутрь клетки. К тому же «стражи» тканевого окружения — дендритные клетки — реагируют на мРНК массированным выбросом цитокинов. Возникшее воспаление влияет на эффективность вакцин и тем более недопустимо для реализации разных видов терапии, основанной на мРНК.

Многолетний труд по созданию таких разновидностей мРНК, которые не вызывают каскада воспалительных реакций и одновременно обеспечивают синтез нужного белка, взяли на себя К. Карико и Д. Вайсман. Будучи коллегами по Университету Пенсильвании, они создали неиммуногенную, модифицированную нуклеотидами мРНК. В серии статей, начиная с 2005 г., К. Карико и Д. Вайсман описали, как специфические модификации нуклеозидов в мРНК приводят к снижению воспалительного иммунного ответа. Из всех разновидностей РНК (бактериальная, митохондриальная клеток млекопитающих и др.) транспортная (тРНК) млекопитающих оказалась наименее иммуногенной. Ее характерной структурной особенностью является наличие большого количества модифицированных нуклеозидов.

Соавторы создали коллекцию мРНК, каждая из которых несла конкретный модифицированный нуклеозид вместо своего родителя. Затем они доставили эти мРНК в дендритные клетки. Помимо измерения стандартных показателей созревания дендритных клеток, исследователи оценили активацию сенсоров — toll-like receptors (толл-подобных рецепторов — ТПР), — которые выявляют одноцепочечную РНК и в ответ вырабатывают цитокины. К. Карико и Д. Вайсман установили, что замены обычных нуклеозидов некоторыми из модифицированных заменителей смягчают воспалительный удар мРНК, поскольку измененные версии не могут активировать ТПР. Один из модифицированных нуклеозидов — псевдоуридин — был особенно эффективен в предотвращении активации.

Однако, чтобы быть полезными для терапии на основе мРНК, модифицированные мРНК также должны были служить в качестве матриц для продукции белка. В 2008 г. К. Карико и Д. Вайсман сообщили, что мРНК, содержащая псевдоуридин, не только генерирует функциональный белок в клеточных экстрактах и в клетках, но и увеличивает производство по сравнению со своим немодифицированным уридинсодержащим аналогом.

На следующем этапе работы К. Карико и Д. Вайсман продолжили разрабатывать структурные улучшения создаваемых молекул: хотя псевдоуридиновые замены подавляли иммунореактивность, они не уничтожали ее, отчасти потому, что ферменты, синтезирующие мРНК, совершают ошибки, в результате которых появляются двухцепочечные РНК и другие молекулы, вызывающие воспаление. Исследователи разработали хроматографическую процедуру, которая удаляет эти загрязняющие молекулы, тем самым повышая эффективность производства белка в клетках млекопитающих.

Система была готова к тестированию на животных. К. Карико и Д. Вайсман вводили мышам очищенную мРНК, кодирующую эритропоэтин, гормон, который способствует образованию красных кровяных телец. В 2012 г. исследователи сообщили, что уровень циркулирующего эритропоэтина резко вырос и оставался повышенным в течение нескольких дней; кроме того, эритропоэтин выполнял свои нормальные физиологические функции, что измерялось повышением уровня гематокрита. Команда расширила свое исследование на небольшое количество обезьян, и были получены аналогичные положительные результаты.

Пара ученых продолжала оптимизировать метод, теперь работая на расстоянии друг от друга, поскольку К. Карико в 2013 г. перешла в компанию BioNTech (Германия). Вскоре после этого стал доступен 1-метилпсевдоуридин, который превзошел псевдоуридин в подавлении иммунореактивности и увеличении выработки белка.

Все это время исследователи использовали упаковку на основе липидов для стимулирования клеточного поглощения мРНК и защиты ее от деградации, но каждый раз, когда для доставки мРНК появлялась новая транспортная система, коллеги анализировали ее. В 2015 г. Норберт Парди (Norbert Pardi), научный сотрудник лаборатории Вайсмана, продемонстрировал, что липидные наночастицы (lipid nanoparticles — LNP) обладают огромным потенциалом для клинического использования.

Менее чем через 2 года Н. Парди, Д. Вайсман и К. Карико использовали полученные ими элементы для разработки вакцины-кандидата против вируса Зика. Одна прививка обеспечивала быстрый и стойкий иммунитет. Работа и исследования названных ученых стали основой для создания BioNTech и Moderna продуктов на основе мРНК, не вызывающих воспалительного иммунного ответа (Keener A.B., 2018). Поэтому, когда разразилась пандемия SARS-CoV-2, все было готово. С другой стороны, ставка «пионера» мРНК-вакцинации «CureVac» на немодифицированные нуклеиновые кислоты оправдала себя лишь в слабой степени: вакцина-кандидат CVnCoV достигла эффективности на уровне всего 47% против COVID-19 любой тяжести. Заключенные ранее производственные контракты приходится расторгать и создавать улучшенную версию вакцины. Как показали работы К. Карико и Д. Вайсмана, немодифицированные мРНК, содержащие уридин, вызывают выработку интерферона-α, который препятствует развитию Т-хелперных клеток, необходимых для выработки устойчивых антител и защитного иммунитета.

Коммерческие игроки и проекты

Технологии, которые легли в основу использования мРНК в качестве лекарств и вакцин, параллельно развивались по двум направлениям:

1) работа над самими мРНК (различные способы применения, структурная модификация);

2) усовершенствование систем доставки (липиды, липидоподобные материалы, полимеры и производные белков).

Подробную хронологию этих событий с наглядными схемами можно изучить по статьям в «Nature» (Dolgin E., 2021; Hou X. et al., 2001). Понятно, что фармацевтические компании уже давно пытаются получить практическую пользу на поприще мРНК, но основания надеяться на коммерческий успех приходят к ним только сейчас. Так, Gilead Sciences, носившая в момент своего образования в 1987 г. название Oligogen, первоначально сосредоточила свою деятельность на антисмысловых олигонуклеотидах, изменявших экспрессию мРНК. Но первой в истории компанией, занявшейся разработкой собственно мРНК, в 1997 г. стала Merix Bioscience, в 2004 г. изменившая название на Argos Therapeutics. Ее специализация — индивидуализированная иммунотерапия при онкопатологии — «перепрограммирование» дендритных клеток в сопровождении специально подобранных мРНК для нацеливания на антигены, специфичные для злокачественного новообразования. Однако после получения результатов ключевого исследования ІІІ фазы ADAPT, в котором не удалось зафиксировать увеличения периода общей выживаемости пациентов с почечно-клеточной карциномой при использовании аутологичной иммунотерапии, приготовленной из зрелых дендритных клеток, энтузиазма по поводу данного метода заметно поубавилось (Figlin R.A. et al., 2020).

В 1991 г. небольшой калифорнийский стартап Vical, занимавшийся комплексами мРНК/липосомы, заключил многомиллионный договор о сотрудничестве и лицензировании с американской Merck&Co., одним из крупнейших в мире разработчиков вакцин. Ученые Merck оценили технологию мРНК на мышах с целью создания противогриппозной вакцины, но затем отказались от этого подхода из-за высокой стоимости и сложности производства. Команда Merck вместо этого сосредоточилась на ДНК-вакцинах (подобных недавно одобренной индийской против COVID-19) и других системах доставки на основе векторов.

Однако к услугам разработчиков вакцин была масса других успешных технологий, в то время как в иммуноонкологии оставалось огромное количество неудовлетворенных потребностей. Повторить в организме то, что удалось Argos Therapeutics в пробирке, попробовали немецкие стартапы CureVac (с 2000 г.) и BioNTech (с 2007 г.).

Основатели Moderna в Кембридже (2010 г.) также первоначально вдохновились перспективами не вакцинопрофилактики. Толчком к созданию компании, посвящающей свою деятельность продуктам на основе матричной РНК (отсюда название: mode/RNA), стала работа по успешному использованию модифицированной мРНК для трансформации клеток кожи сначала в эмбрионоподобные стволовые, а затем — в мышечные клетки. В 2013 г. AstraZeneca объяви­ла об эксклюзивном соглашении с Moderna Therapeutics на открытие, разработку и коммерциализацию новаторских мРНК-препаратов для лечения пациентов с серьезными сердечно-сосудистыми, метаболическими, почечными, а также онкологическими заболеваниями. Это совершенно новый подход к лечению, который позволяет организму вырабатывать терапевтический белок in vivo. В 2017 г. Alexion Pharmaceuticals вышла из партнерства с Moderna, заключенного тремя годами ранее, из-за невозможности на тот момент довести до клинической стадии препарат совместной разработки для лечения больных с синдромом Криглера — Наджара. Вакцинный проект был более успешным: в сентябре 2019 г. Moderna при финансовой поддержке DARPA впервые продемонстрировала возможность генерировать значимые уровни сложного белка у людей посредством системного введения мРНК. В исследовании І фазы достаточный для защиты от инфекции чикунгунья уровень антител достигали в течение нескольких часов. Подобную технологию BioNTech и Moderna использовали для создания своих вакцин на основе мРНК против COVID-19. Подобный продукт есть также в портфеле клинических разработок еще одной компании из США — Translate Bio, которая создает свою платформу более 10 лет (табл. 1). Их вакцина против COVID-19 — совместный проект с Sanofi, содержит немодифицированную, но высокоочищенную и хорошо защищенную мРНК.

Считается, что если мРНК кодирует белки, экспрессируемые раковыми клетками, то она может научить иммунную систему атаковать эти клетки. Помимо вирусных, липидные наночастицы-мРНК-вакцины индуцируют иммунную защиту против паразитарных (малярия) и бактериальных (стрептококки, стафилококки) инвазий и инфекций.

Вакцинные платформы для защиты от инфекций на основе мРНК стали мощной альтернативой традиционным благодаря своим уникальным свойствам. Во-первых, мРНК является неинфекционным и неинтегрирующимся в человеческий геном агентом, способным кодировать широкий спектр антигенов. Во-вторых, мРНК-вакцины могут сочетать мРНК разных антигенов; например, шесть отдельных мРНК были включены в вакцину против цитомегаловируса. Наконец, вакцины с липидными наночастицами и мРНК могут быть произведены за более короткий период времени по сравнению с другими платформами вакцин, такими как рекомбинантные и инактивированные вакцины. Эти особенности делают продукты на основе липидных наночастиц и мРНК гибкой и доступной платформой для быстрого реагирования на возникающие инфекционные патогены.

Реакции на вакцины данного типа изучают у людей с разным иммунным статусом по отношению к причинному патогену, рассматривая их роль в качестве «усилителей» иммунитета. Так, вакцину mRNA-1325 для профилактики инфекции вируса Зика, который, как считается, имеет пандемический потенциал, исследовали в США с декабря 2016 по июль 2019 г. (NCT03014089). Ее вводили добровольцам в неэндемическом по данному вирусу регионе, то есть людям без предшествующего иммунитета. Вакцину той же направленности — mRNA-1893, с июля 2019 — июня 2021 г. исследуют (2-я фаза) в том числе в эндемичных районах (NCT04064905 и NCT04917861). С ноября 2019 г. в клинической разработке — mRNA-1653, комбинированная вакцина против метапневмовируса и вируса парагриппа 3-го типа (NCT04144348). Ее исследуют у добровольцев с серологическими доказательствами предшествующей инфекции, включая детей 12–59 мес.

Попытка иммунотерапии рака на основе мРНК была предпринята еще в 1995 г., когда было показано, что внутримышечная инъекция мРНК, кодирующей карциноэмбриональные антигены, индуцирует антиген-специфические иммунные ответы у мышей. В отличие от профилактических, «терапевтические» вакцины все еще находятся на начальных стадиях разработки. К примеру, Европейский проект MERIT под руководством BioNTech AG сосредоточился на разработке индивидуального подхода к вакцинации, при котором пациенты будут лечиться с учетом конкретных характеристик их индивидуального заболевания (merit-consortium.eu).

Помимо вакцин, продукты липидных наночастиц-мРНК применяли для получения терапевтических белков или антител, для редактирования геномов и для конструирования иммунных клеток. Например, клиническую оценку проходит mRNA-1944 — препарат моноклональных антител против вируса чикунгунья (табл. 2).

Инструменты редактирования генов также дают возможность исправлять мутировавшие гены. Компоненты редактирования могут быть доставлены с помощью мРНК для лечения пациентов с генетическими заболеваниями. К примеру, Intellia Therapeutics инициировала I фазу клинического исследования (NCT04601051) для изучения безопасности, фармакокинетики и фармакодинамики NTLA-2001 (липидные наночастицы с компонентами, редактирующими ген) у пациентов с наследственным транстиретиновым амилоидозом.

Самоамплифицирующиеся мРНК-вакцины потенциально способны обеспечить длительный устойчивый иммунный ответ, не требующий для поддержки бустерных доз. Их появление также прокладывает путь к источникам недостающих в организме белков. Замена субгеномной последовательности представляющим интерес геном обеспечивает высокий уровень экспрессии желаемых протеинов. Исследования двух таких вакцин против COVID-19 готовятся начать в Бразилии и Уганде (NCT04844268 и NCT04934111). Завершившийся (2013–2018 гг.) проект UniVax (Universal Influenza Vaccine through Synthetic, Dendritic Cell-Targeted, Self-Replicating RNA Vaccines), объединивший одиннадцать партнеров из европейских стран, включая одну российскую компанию, сосредоточился на вопросах адресной доставки самовоспроизводящихся репликонов РНК (RepRNA) к дендритным клеткам.

Клеточно- и органоспецифическая доставка мРНК может быть достигнута путем модуляции липидных структур. При их разработке также учитывают биоразлагаемость и многофункциональность (адъювантные липиды, которые повышают эффективность вакцин, а также позволяющие интегрировать химио- и генную терапию). Примечательно, что мРНК вакцины от COVID-19 от Moderna и Pfizer/BioNTech содержат биоразлагаемые липиды. Таким образом, COVID-19 предоставил уникальный шанс ускоренного развития технологий, связанных с мРНК. Одним из главных направлений теперь становится разработка «универсальных» вакцин, несущих сразу несколько антигенов.

Список использованной литературы

Бажаєте завжди бути в курсі останніх новин фармацевтичної галузі?
Тоді підписуйтесь на «Щотижневик АПТЕКА» в соціальних мережах!