Как се създава коронавирусна ваксина и може ли да спре пандемията
Здраве / / December 28, 2020
Популярни науки издание за случващото се в науката, инженерството и технологиите в момента.
Десетки биотехнологични компании и научни институции се надпреварват срещу пандемията, за да създадат различни варианти за ваксини за новия коронавирус на ТОРС - CoV - 2. Разбираме какви технологии се използват за тяхното разработване, колко време ще отнеме до момента, в който COVID-19 може да бъде ваксиниран, и дали бъдещата ваксина може да спре пандемия.
Всеки път, когато човечеството се сблъска с нова инфекция, три раси започват едновременно: за лекарство, тест система и ваксина. Предишната седмица в Русия започнаНаучният център на Роспотребнадзор започна тестване на ваксина срещу нов коронавирус изпитвания с антикоронавирусна ваксина при животни, а в САЩ - вече при хораЗапочва клиничното изпитване на NIH на изследваната ваксина за COVID-19. Означава ли това, че победата над епидемия близо?
Според СЗО около 40 лаборатории в света са деклариралиПРОЕКТ на пейзаж на COVID - 19 кандидат-ваксини - 20 март 2020 г.
че разработват ваксини срещу коронавирус. И въпреки факта, че сред тях има явни лидери - например китайската компания CanSino Biologics, която получиРЕКОМБИНАНТНА НОВА ВАКСИНА КОРОНАВИРУС (ВЕКТОР ADENOVIRUS ТИП 5), ОДОБРЕНА ЗА КЛИНИЧНО ИЗПИТВАНЕ разрешение за човешки изпитания, а американската Модерна, която вече ги е започнала, сега е трудна прогнозира коя компания ще спечели тази надпревара и най-важното дали разработването на ваксини ще изпревари разпространението коронавирус. Успехът в тази надпревара зависи не на последно място от избора на оръжие, тоест от принципа, на който е изградена ваксината.Мъртвият вирус е лош вирус
В училищните учебници те обикновено пишат, че убит или отслабен патоген се използва за ваксинации. Но тази информация е донякъде остаряла. „Инактивиран („ убит “. - Приблизително N + 1.) И атенюиран (атенюиран. - Приблизително N + 1.) Ваксините са измислени и въведени в средата на миналия век и е трудно да се считат за модерни, - обяснява в разговор с N + 1 Олга Карпова, ръководител на Катедрата по вирусология на Биологическия факултет на Московския държавен университет Ломоносов. - Скъпо е. Трудно е да се транспортира и съхранява, много ваксини достигат до местата, където са необходими (ако говорим например за Африка) в държава, в която вече не защитават никого “.
Освен това не е сигурно. За да се получи висока доза от "убитите" вирус, първо трябва да придобиете големи количества живи същества и това увеличава изискванията за лабораторно оборудване. След това трябва да се неутрализира - за това те използват, например, ултравиолет или формалин.
Но къде е гаранцията, че сред множеството „мъртви“ вирусни частици няма да има повече, които могат да причинят заболяване?
При отслабен патоген е още по-трудно. Сега, за да отслаби, вирусът е принуден да мутира и тогава се избират най-малко агресивните щамове. Но това води до вирус с нови свойства и не всички от тях могат да се предвидят предварително. Отново, къде е гаранцията, че веднъж попаднал в тялото, вирусът няма да продължи да мутира и няма да произведе „потомство“ дори по-„зло“ от оригинала?
Следователно както „убитите“, така и „неубитите“ вируси днес се използват рядко. Например, сред съвременните противогрипни ваксини "атенюирани патогени" саСледващо поколение противогрипни ваксини: възможности и предизвикателства в малцинството - само 2 от 18 ваксини, одобрени в Европа и САЩ до 2020 г., са проектирани по този начин. От над 40 проекта за ваксини срещу коронавирус само един е организиран по този принцип - Индийският серумен институт е ангажиран с него.
Разделете и ваксинирайте
Много по-безопасно е да се въведе имунни система не с целия вирус, а с отделна част от него. За да направите това, трябва да изберете протеин, чрез който „вътрешната полиция“ на човек да може точно да разпознае вируса. По правило това е повърхностен протеин, с помощта на който патогенът прониква в клетките. След това трябва да вземете малко клетъчна култура, за да произведете този протеин в индустриален мащаб. Това се прави с помощта на генното инженерство, поради което такива протеини се наричат генно инженерни или рекомбинантни.
„Вярвам, че ваксините трябва да бъдат рекомбинантни и нищо друго“, казва Карпова. - Нещо повече, това трябва да са ваксини върху носители, тоест протеините на вируса трябва да са върху някакъв носител. Факт е, че сами по себе си те (протеините) не са имуногенни. Ако протеините с ниско молекулно тегло се използват като ваксина, те няма да развият имунитет, тялото няма да реагира на тях, така че частиците носители са абсолютно необходими.
Изследователи от Московския държавен университет предлагат да се използва вирусът на тютюневата мозайка като такъв носител.Вирус на тютюневата мозайка - "Уикипедия" (между другото, това е първият вирус, открит от хората). Обикновено изглежда като тънка пръчка, но когато се нагрява, тя приема формата на топка. „Той е стабилен, има уникални адсорбционни свойства, привлича протеини към себе си“, казва Карпова. "На повърхността му можете да поставите малки протеини, самите антигени." Ако покриете вируса на тютюневата мозайка с коронавирусни протеини, тогава за тялото това се превръща в имитация на вирусна частица SARS-CoV-2. „Вирусът на тютюневата мозайка“, отбелязва Карпова, „е ефективен имуностимулант за организма. В същото време, тъй като растителните вируси не могат да заразят животните, включително хората, ние правим абсолютно безопасен продукт. "
Безопасността на различни методи, свързани с рекомбинантни протеини, ги направи най-популярните - поне дузина компании сега се опитват да получат такъв протеин за коронавируса. В допълнение, много хора използват други вируси-носители - например аденовирусни вектори или дори модифицирани "живи" вируси на морбили и едра шарка, които заразяват човешките клетки и се размножават там заедно с протеини на коронавируса. Тези методи обаче не са най-бързите, тъй като е необходимо да се установи редовното производство на протеини и вируси в клетъчните култури.
Голи гени
Етапът на производство на протеин в клетъчната култура може да бъде съкратен и ускорен, като накара клетките на тялото да произвеждат вирусни протеини сами. Ваксините за генна терапия работят съгласно този принцип - „гол“ генетичен материал - вирусна ДНК или РНК - може да се вмъкне в човешките клетки. ДНК обикновено се инжектира в клетки с помощта на електропорация, т.е. заедно с инжектирането човек получава лек разряд, в резултат на което пропускливостта на клетъчните мембрани се увеличава и нишките на ДНК попадат вътре. РНК се доставя с помощта на липидни везикули. По един или друг начин, клетките започват да произвеждат вирусен протеин и да го демонстрират на имунната система, която разгръща имунен отговор дори при липса на вирус.
Този метод е съвсем нов, няма ваксини в света, които да работят на този принцип.
Въпреки това, седем компании едновременно, според СЗО, се опитват да направят ваксина срещу коронавирус въз основа на него. Това е пътят, поет от Moderna Therapeutics, американският лидер в състезанието с ваксини. Той също е избран за себе си от още трима участници в състезанието от Русия: научният център "Вектор" в Новосибирск (според Роспотребнадзор той проверява колкото се може повече ваксина проектира едновременно и една от тях се основава на РНК), Biocad и Научно-клиничния център за прецизна и регенеративна медицина в Казан.
„По принцип не е толкова трудно да се създаде ваксина“, казва Алберт Ризванов, директор на Центъра, професор в Катедрата по генетика в Института по фундаментална медицина и биология на Казанския федерален университет. "Генно-терапевтичните ваксини са най-бързи по отношение на развитието, защото е достатъчно да се създаде генетична конструкция." Ваксината, по която се работи в Центъра, трябва да стреля по няколко цели едновременно: ДНК верига с няколко вирусни гена се инжектира едновременно в клетките. В резултат на това клетките ще произвеждат не един вирусен протеин, а няколко наведнъж.
Освен това, според Ризванов, ДНК ваксините може да са по-евтини от другите в производството. „По същество сме като Space X“, шегува се ученият. - Разработването на нашия прототип струва само няколко милиона рубли. Прототипирането обаче е само върхът на айсберга, а тестването с жив вирус е съвсем различен ред. “
Перипетии и трикове
След като ваксините се трансформират от теоретични разработки в изследователски обекти, пречките и ограниченията започват да растат като гъби. А финансирането е само един от проблемите. Според Карпова Московският държавен университет вече има проба от ваксината, но по-нататъшното тестване ще изисква сътрудничество с други организации. В следващата стъпка те планират да тестват безопасността и имуногенността и това може да стане в стените на университета. Но веднага щом трябва да оцените ефективността на ваксината, ще трябва да работите с патогена и това е забранено в образователната институция.
Освен това ще са необходими специални животни. Факт е, че обикновените лабораторни мишки не се разболяват от всички човешки вируси и картината на болестта също може да бъде много различна. Поради това ваксините често се тестват при порове. Ако целта е да се работи с мишки, тогава са необходими генетично модифицирани мишки, които носят върху клетките си абсолютно същите рецептори, за които коронавирусът „се придържа“ в тялото пациентът. Тези мишки не са евтиниAce2 КОНСТИТУЦИОНЕН РЕЗУЛТАТ (десет или две десетки хиляди долари на ред). Вярно е, че понякога можете да спестите пари - да купите само няколко индивида и да ги развъдите в лабораторията - но това удължава етапа на предклиничното тестване.
И ако все пак сме в състояние да разрешим проблема с финансирането, тогава времето остава непреодолима трудност. Ризванов каза, че ваксините обикновено се разработват с месеци и години. „Рядко по-малко от година, обикновено повече“, казва той. Шефът на Федералната медицинска и биологична агенция (те разработват ваксина на базата на рекомбинантен протеин) Вероника Скворцова предложиFMBA на Русия ще получи първите резултати от тестовете на прототипни коронавирусни ваксини през юни 2020 г.че готовата ваксина може да се появи след 11 месеца.
Има няколко етапа, на които процесът може да бъде ускорен. Най-очевидният е развитието. Американската компания Moderna пое водещата роля, защото отдавна се занимава със създаването на иРНК ваксини. И за да направят още един, им беше достатъчно от декодирания геном на новия вирус. Руските екипи от Москва и Казан също работят от няколко години по своята технология и разчитат на резултатите от тестовете на предишните си ваксини срещу други заболявания.
Идеалното би било платформа, която ви позволява бързо да създадете нова ваксина от шаблон. Изследователи от Московския държавен университет измислят подобни планове.
„На повърхността на нашата частица - казва Карпова - можем да поставим протеините на няколко вируса и едновременно да предпазваме от COVID-19, ТОРС и MERS. Дори смятаме, че можем да предотвратим подобни огнища в бъдеще. Има 39 коронавируса, някои от тях са близки до човешките коронавируси и е напълно ясно какво е да се преодолее видовата бариера (прескачане на вирус от прилепи към хора. - Приблизително N + 1.). Но ако има ваксина като Lego, можем да сложим върху нея протеина на някакъв вирус, който произхожда някъде. Ще направим това в рамките на два месеца - ще заменим или добавим тези протеини. Ако такава ваксина беше налична през декември 2019 г. и хората бяха ваксинирани поне в Китай, това нямаше да се разпространи по-нататък. "
Следващият етап е предклинично тестване, тоест работа с лабораторни животни. Това не е най-дългият процес, но може да бъде спечелен за негова сметка, когато се комбинира с клинични изпитвания при хора. Moderna направи точно това - компанията се ограничи до бърза проверка на безопасността и отиде направо към човешки изследвания. Струва си обаче да си припомним, че лекарството, което тя опитва, е едно от най-безопасните. Тъй като Moderna не използва вируси или рекомбинантни протеини, има много малък шанс доброволците да имат странични ефекти - имунната система просто няма на какво да реагира агресивно. Най-лошото, което може да се случи, е, че ваксината е неефективна. Но това предстои да бъде проверено.
Но производството на ваксини, очевидно, не е ограничаващ етап. „Това не е по-сложно от обичайното биотехнологично производство на рекомбинантни протеини“, обяснява Ризванов. Според него растението може да произведе милион дози такава ваксина за няколко месеца. Олга Карпова дава подобна оценка: три месеца за милион дози.
Имате ли нужда от ваксина?
Дали си струва да намалим клиничните изпитвания е спорен въпрос. Първо, това е бавен процес сам по себе си. В много случаи ваксината трябва да се прилага на няколко етапа: ако вирусът не се размножава сам по себе си в тялото, той бързо се екскретира и концентрацията му е недостатъчнаПтичи грип Готовност за пандемия на вируса и разработване на ваксиниза предизвикване на тежък имунен отговор. Следователно дори един прост тест за ефективност ще отнеме поне няколко месеца и лекарите ще следят за безопасността на ваксината за здравето на доброволците в продължение на цяла година.
На второ място, COVID-19 е случаят, когато изглежда непрактично да се ускоряват човешките изпитания за мнозина.
Смъртността от болестта днес се изчислява на няколко процента и тази стойност вероятно ще бъде допълнително намалена веднага щом стане ясно колко хора са страдали от болестта безсимптомно. Но ваксината, ако бъде изобретена сега, ще трябва да се прилага на милиони хора и дори малки странични ефекти могат да доведат до броя на заболяванията и смъртните случаи, сравними със самата инфекция. А новият коронавирус далеч не е достатъчно „ядосан“, за да може, по думите на Ризванов, „напълно да отхвърли всички съображения за сигурност“. Ученият смята, че в настоящата ситуация най-ефективен карантина.
Според Карпова обаче в близко бъдеще няма спешна нужда от ваксина. „Не е необходимо да се ваксинират хора по време на пандемия, това не е в съответствие с епидемичните правила“, обяснява тя.
Галина Кожевникова, ръководител на катедра по инфекциозни болести на университета RUDN, е съгласна с нея. „По време на епидемия изобщо не се препоръчва ваксинация, дори рутинна, която е включена в графика за ваксинация. Защото няма гаранция, че човек не е в инкубационния период и ако в този момент кандидатства ваксина, възможни са нежелани събития и намалена ефективност на ваксината “, каза Кожевникова, отговаряйки на въпроса N + 1.
Има случаи, добави тя, когато е необходима спешна ваксинация по здравословни причини, в ситуация, когато става въпрос за живот и смърт. Например, по време на огнище на антракс в Свердловск през 1979 г. всички бяха ваксинирани, хиляди хора бяха спешно ваксинирани и през 1959 г. в Москва по време на огнище на едра шаркаКокорекин, Алексей Алексеевич - "Уикипедия" от Индия от художника Алексей Кокорекин.
„Но коронавирусът абсолютно не е такава история. По случващото се виждаме, че тази епидемия се развива според класическите закони на острото респираторно заболяване “, казва Кожевникова.
По този начин разработчиците на ваксини винаги са в неловка ситуация. Въпреки че няма вирус, е почти невъзможно да се създаде ваксина. Веднага след появата на вируса се оказва, че е трябвало да бъде направено вчера. И когато отстъпи, производителите губят своите клиенти.
Трябва обаче да се постави ваксина. Това не се е случвало по време на предишни огнища на коронавирусни инфекции - както MERS, така и ТОРС са приключили твърде бързо и изследванията са загубили финансиране. Но ако случаите на ТОРС не са наблюдавани в света от 2004 г., тогава последният случай на MERS е от 2019 г. и никой не може да гарантира, че огнището няма да се повтори. В допълнение, ваксина срещу предишни инфекции може да осигури стратегическа платформа за разработване на бъдещи ваксини.
Карпова отбелязва, че дори след разпадането на тази факел COVID-19 възможен е друг. И в този случай държавата трябва да има готова ваксина. „Това не е ваксината, с която всички хора ще бъдат ваксинирани като грип“, казва тя. "Но при спешни случаи с ново огнище държавата трябва да има такава ваксина, както и система за изпитване."
Прочетете също🧐
- Как ще се развие пандемията на коронавируса и как ще завърши
- Защо слухът, че нов коронавирус е създаден в лаборатория, е грешен
- 5 важни въпроса за живота по време на епидемията от коронавирус