Hoe een coronavirusvaccin wordt gemaakt en kan het een pandemie stoppen
Gezondheid / / December 28, 2020
Populaire wetenschap editie over wat er op dit moment gebeurt in wetenschap, techniek en technologie.
Tientallen biotechnologiebedrijven en wetenschappelijke instituten racen tegen de pandemie om verschillende vaccinopties te creëren voor het nieuwe SARS - CoV - 2 coronavirus. We zoeken uit welke technologieën worden gebruikt om ze te ontwikkelen, hoe lang het duurt tot het moment waarop COVID-19 kan worden gevaccineerd en of het toekomstige vaccin kan stoppen pandemie.
Elke keer dat de mensheid wordt geconfronteerd met een nieuwe infectie, starten er drie races tegelijkertijd: voor een medicijn, een testsysteem en een vaccin. De vorige week in Rusland begonHet Wetenschappelijk Centrum Rospotrebnadzor is begonnen met het testen van een vaccin tegen een nieuw coronavirus anticoronavirusvaccinproeven bij dieren, en in de VS - al bij mensenNIH klinische proef van onderzoeksvaccin voor COVID-19 begint. Betekent dit die overwinning epidemie dichtbij?
Volgens de WHO hebben ongeveer 40 laboratoria in de wereld verklaard
ONTWERP-landschap van COVID - 19 kandidaat-vaccins - 20 maart 2020 dat ze vaccins tegen het coronavirus ontwikkelen. En ondanks het feit dat er duidelijke leiders onder hen zijn - bijvoorbeeld het Chinese bedrijf CanSino Biologics, dat ontvingRECOMBINANT NIEUW CORONAVIRUS VACCINE (ADENOVIRUS TYPE 5 VECTOR) GOEDGEKEURD VOOR KLINISCH PROEF toestemming voor menselijke proeven, en het Amerikaanse Moderna, dat er al mee is begonnen, is nu moeilijk voorspel welk bedrijf deze race zal winnen, en vooral, of de ontwikkeling van vaccins de proliferatie zal inhalen coronavirus. Succes in deze race hangt niet in de laatste plaats af van de keuze van het wapen, dat wil zeggen van het principe waarop het vaccin is gebouwd.Een dood virus is een slecht virus
In schoolboeken schrijven ze meestal dat een gedode of verzwakte ziekteverwekker wordt gebruikt voor vaccinaties. Maar deze informatie is enigszins achterhaald. "Geïnactiveerd (" gedood ". - Ongeveer. N + 1.) En verzwakt (verzwakt. - Ongeveer. N + 1.) Vaccins zijn uitgevonden en geïntroduceerd in het midden van de vorige eeuw, en het is moeilijk om ze als modern te beschouwen, - legt uit in gesprek met N + 1 Olga Karpova, hoofd van de afdeling Virologie, Faculteit Biologie, Moscow State University Lomonosov. - Het is duur. Het is moeilijk te vervoeren en op te slaan, veel vaccins komen op de plaatsen waar ze nodig zijn (als we het bijvoorbeeld over Afrika hebben) in een staat waar ze niemand meer beschermen. "
Bovendien is het niet veilig. Om een hoge dosis 'vermoord' te krijgen virusis het noodzakelijk om eerst grote hoeveelheden levende wezens te verwerven, en dit verhoogt de vereisten voor laboratoriumapparatuur. Dan moet het worden geneutraliseerd - hiervoor gebruiken ze bijvoorbeeld ultraviolet of formaline.
Maar waar is de garantie dat er onder de veelheid van "dode" virale deeltjes geen ziekte meer zal zijn?
Met een verzwakte ziekteverwekker is het zelfs nog moeilijker. Om nu te verzwakken, wordt het virus gedwongen te muteren en vervolgens worden de minst agressieve soorten geselecteerd. Maar dit resulteert in een virus met nieuwe eigenschappen, en die zijn niet allemaal op voorhand te voorspellen. Nogmaals, waar is de garantie dat, eenmaal in het lichaam, het virus niet zal blijven muteren en geen "nageslacht" zal produceren dat nog meer "kwaadaardig" is dan het origineel?
Daarom worden tegenwoordig zowel "gedode" als "niet-gedode" virussen zelden gebruikt. Bij de moderne griepvaccins zijn dat bijvoorbeeld "verzwakte pathogenen"Influenzavaccins van de volgende generatie: kansen en uitdagingen in de minderheid - slechts 2 van de 18 vaccins die tegen 2020 in Europa en de Verenigde Staten zijn goedgekeurd, zijn op deze manier ontworpen. Van de meer dan 40 vaccinatieprojecten tegen het coronavirus is er maar één volgens dit principe georganiseerd - het Indian Serum Institute is erbij betrokken.
Verdeel en vaccineer
Het is veel veiliger om te introduceren immuun systeem niet met het hele virus, maar met een apart deel ervan. Om dit te doen, moet u een eiwit selecteren waarmee de "interne politie" van een persoon het virus nauwkeurig kan herkennen. In de regel is dit een oppervlakte-eiwit, met behulp waarvan de ziekteverwekker de cellen binnendringt. Dan heb je wat celkweek nodig om dit eiwit op industriële schaal te produceren. Dit wordt gedaan met behulp van genetische manipulatie, dus dergelijke eiwitten worden genetisch gemanipuleerd of recombinant genoemd.
"Ik geloof dat vaccins recombinant moeten zijn, en niets anders", zegt Karpova. - Bovendien moeten dit vaccins op dragers zijn, dat wil zeggen, de eiwitten van het virus moeten op een of andere drager zitten. Feit is dat ze (eiwitten) op zichzelf niet immunogeen zijn. Als eiwitten met een laag molecuulgewicht als vaccin worden gebruikt, zullen ze geen immuniteit ontwikkelen, het lichaam zal er niet op reageren, dus dragerdeeltjes zijn absoluut noodzakelijk.
Onderzoekers van de Moscow State University stellen voor om het tabaksmozaïekvirus als zo'n drager te gebruiken.Tabaksmozaïekvirus - Wikipedia (dit is trouwens het allereerste virus dat door mensen is ontdekt). Het ziet er meestal uit als een dunne stok, maar bij verhitting neemt het de vorm aan van een bal. "Het is stabiel, het heeft unieke adsorptie-eigenschappen, het trekt eiwitten naar zich toe", zegt Karpova. "Op het oppervlak kun je kleine eiwitten plaatsen, de antigenen zelf." Als je het tabaksmozaïekvirus bedekt met coronavirus-eiwitten, verandert het voor het lichaam in een imitatie van een viraal deeltje SARS-CoV-2. "Het tabaksmozaïekvirus", merkt Karpova op, "is een effectieve immunostimulant voor het lichaam. Tegelijkertijd maken we een absoluut veilig product, aangezien plantenvirussen geen dieren kunnen infecteren, ook geen mensen. "
De veiligheid van verschillende methoden die met recombinante eiwitten zijn geassocieerd, heeft ze het meest populair gemaakt - minstens een dozijn bedrijven proberen nu zo'n eiwit voor het coronavirus te verkrijgen. Bovendien gebruiken velen andere dragervirussen - bijvoorbeeld adenovirale vectoren of zelfs gemodificeerde "levende" mazelen- en pokkenvirussen die menselijke cellen infecteren en zich daar samen met eiwitten van het coronavirus. Deze methoden zijn echter niet de snelste, omdat het nodig is om in-line productie van eiwitten en virussen in celculturen tot stand te brengen.
Naakte genen
De eiwitproductiestap in celkweek kan worden verkort en versneld door de lichaamscellen zelf virale eiwitten te laten produceren. Gentherapievaccins werken volgens dit principe - 'naakt' genetisch materiaal - viraal DNA of RNA - kan in menselijke cellen worden ingebracht. DNA wordt meestal met behulp van elektroporatie in cellen geïnjecteerd, dat wil zeggen dat een persoon samen met een injectie een lichtontlading krijgt, waardoor de permeabiliteit van celmembranen toeneemt en DNA-strengen naar binnen komen. RNA wordt afgegeven met behulp van lipideblaasjes. Op de een of andere manier beginnen cellen een viraal eiwit te produceren en dit aan het immuunsysteem te demonstreren, dat zelfs bij afwezigheid van een virus een immuunrespons ontwikkelt.
Deze methode is vrij nieuw, er zijn geen vaccins in de wereld die volgens dit principe zouden werken.
Desalniettemin proberen zeven bedrijven tegelijk, volgens de WHO, een vaccin te maken tegen coronavirus op basis daarvan. Dit is de weg ingeslagen door Moderna Therapeutics, de Amerikaanse leider in de vaccinrace. Hij werd ook voor zichzelf gekozen door nog drie deelnemers aan de race vanuit Rusland: het wetenschappelijk centrum "Vector" in Novosibirsk (volgens Rospotrebnadzor controleert hij evenveel vaccinontwerpen tegelijkertijd, en een daarvan is gebaseerd op RNA), Biocad en het Wetenschappelijk en Klinisch Centrum voor Precisie en Regeneratieve Geneeskunde in Kazan.
"In principe is het niet zo moeilijk om een vaccin te maken", zegt Albert Rizvanov, directeur van het Centrum, professor van de Afdeling Genetica aan het Instituut voor Fundamentele Geneeskunde en Biologie van de Kazan Federale Universiteit. "Gentherapeutische vaccins zijn de snelste in termen van ontwikkeling, omdat het voldoende is om een genetisch construct te creëren." Het vaccin, waar in het Centrum aan wordt gewerkt, zou op verschillende doelen tegelijk moeten schieten: een DNA-streng met meerdere virale genen wordt tegelijkertijd in cellen geïnjecteerd. Als gevolg hiervan zullen cellen niet één viraal eiwit produceren, maar meerdere tegelijk.
Bovendien zijn volgens Rizvanov DNA-vaccins mogelijk goedkoper dan andere in productie. "We zijn in wezen zoals Space X", grapt de wetenschapper. - De ontwikkeling van ons prototype kost slechts een paar miljoen roebel. Prototyping is echter slechts het topje van de ijsberg, en testen met een levend virus is een heel andere orde. "
Wisselvalligheden en trucs
Zodra vaccins zijn getransformeerd van theoretische ontwikkelingen in onderzoeksobjecten, beginnen obstakels en beperkingen als paddenstoelen uit de grond te groeien. En financiering is slechts een van de problemen. Volgens Karpova heeft de Staatsuniversiteit van Moskou al een monster van het vaccin, maar voor verder testen is samenwerking met andere organisaties vereist. In de volgende stap zijn ze van plan om de veiligheid en immunogeniteit te testen, en dit kan binnen de muren van de universiteit. Maar zodra u de effectiviteit van het vaccin moet evalueren, moet u met de ziekteverwekker werken en dit is verboden in de onderwijsinstelling.
Bovendien zijn speciale dieren vereist. Het is een feit dat gewone laboratoriummuizen niet ziek worden van alle menselijke virussen, en het beeld van de ziekte kan ook heel anders zijn. Daarom worden vaccins vaak getest bij fretten. Als het doel is om met muizen te werken, dan zijn genetisch gemodificeerde muizen nodig, die dragen op hun cellen precies dezelfde receptoren waaraan het coronavirus zich in het lichaam "vastklampt" de patient. Deze muizen zijn niet goedkoopAce2 CONSTITUTIVE KNOCKOUT (tien of twee tienduizenden dollars per regel). Het is waar dat u soms geld kunt besparen - koop slechts een paar individuen en fok ze in het laboratorium - maar dit verlengt de preklinische testfase.
En als we het financieringsprobleem nog kunnen oplossen, blijft de tijd een onoverkomelijke moeilijkheid. Rizvanov zei dat vaccins meestal maanden en jaren nodig hebben om zich te ontwikkelen. "Zelden minder dan een jaar, meestal meer", zegt hij. Het hoofd van het Federaal Medisch en Biologisch Agentschap (ze ontwikkelen een vaccin op basis van een recombinant eiwit) Veronika Skvortsova stelde voorFMBA van Rusland ontvangt in juni 2020 de eerste testresultaten van prototypes van coronavirusvaccinsdat het voltooide vaccin binnen 11 maanden kan verschijnen.
Er zijn verschillende stadia waarin het proces kan worden versneld. De meest voor de hand liggende is ontwikkeling. Het Amerikaanse bedrijf Moderna heeft het voortouw genomen omdat het al lange tijd mRNA-vaccins ontwikkelt. En om er nog een te maken, hadden ze genoeg van het gedecodeerde genoom van het nieuwe virus. Russische teams uit Moskou en Kazan werken ook al enkele jaren aan hun technologie en vertrouwen op de resultaten van tests van hun eerdere vaccins tegen andere ziekten.
Het ideaal zou een platform zijn waarmee u snel een nieuw vaccin kunt maken op basis van een sjabloon. Onderzoekers van de Moscow State University broeden zulke plannen uit.
"Op het oppervlak van ons deeltje", zegt Karpova, "kunnen we de eiwitten van verschillende virussen plaatsen en tegelijkertijd beschermen tegen COVID-19, SARS en MERS. We denken zelfs dat we dergelijke uitbraken in de toekomst kunnen voorkomen. Er zijn 39 coronavirussen, waarvan sommige dicht bij de menselijke coronavirussen lijken, en het is volkomen duidelijk wat het is om de soortbarrière te overwinnen (een virus van vleermuizen naar mensen laten springen. - Ongeveer. N + 1.). Maar als er een vaccin is zoals Lego, kunnen we er het eiwit van een of ander virus op doen dat ergens is ontstaan. We doen dit binnen twee maanden - we zullen deze eiwitten vervangen of toevoegen. Als een dergelijk vaccin in december 2019 beschikbaar was geweest, en de mensen in ieder geval in China waren ingeënt, zou dit zich niet verder hebben verspreid. "
De volgende fase is preklinisch testen, dat wil zeggen werken met proefdieren. Het is niet het langste proces, maar het kan op zijn kosten worden gewonnen in combinatie met klinische proeven bij mensen. Moderna deed precies dat - het bedrijf beperkte zich tot een snelle veiligheidscontrole en ging direct over op menselijk onderzoek. Het is echter de moeite waard eraan te denken dat het medicijn dat ze probeert, een van de veiligste is. Omdat Moderna geen virussen of recombinante eiwitten gebruikt, is de kans klein dat de vrijwilligers bijwerkingen krijgen - het immuunsysteem heeft simpelweg niets om agressief op te reageren. Het ergste dat kan gebeuren, is dat het vaccin niet effectief is. Maar dit moet nog worden geverifieerd.
Maar de productie van vaccins is blijkbaar geen beperkende fase. "Dit is niet moeilijker dan de gebruikelijke biotechnologische productie van recombinante eiwitten", legt Rizvanov uit. Volgens hem kan de plant in een paar maanden tijd een miljoen doses van zo'n vaccin produceren. Olga Karpova geeft een vergelijkbare schatting: drie maanden voor een miljoen doses.
Heeft u een vaccin nodig?
Of het de moeite waard is om op klinische onderzoeken te bezuinigen, is een betwistbaar punt. Ten eerste is het een langzaam proces op zich. In veel gevallen moet het vaccin in verschillende fasen worden toegediend: als het virus zich niet vanzelf in het lichaam vermenigvuldigt, wordt het snel uitgescheiden en is de concentratie onvoldoendeAviaire influenza A-viruspandemische paraatheid en vaccinontwikkelingom een ernstige immuunrespons op te wekken. Daarom zal zelfs een eenvoudige test van de effectiviteit minstens enkele maanden duren, en artsen zullen de veiligheid van het vaccin voor de gezondheid van vrijwilligers een heel jaar lang controleren.
Ten tweede is COVID-19 juist het geval wanneer het voor velen onpraktisch lijkt om menselijke proeven te versnellen.
Het sterftecijfer als gevolg van de ziekte wordt tegenwoordig geschat op enkele procenten, en deze waarde zal waarschijnlijk verder worden verlaagd zodra duidelijk wordt hoeveel mensen asymptomatisch aan de ziekte hebben geleden. Maar als het vaccin nu wordt uitgevonden, zal het aan miljoenen mensen moeten worden toegediend, en zelfs kleine bijwerkingen kunnen resulteren in het aantal ziekten en sterfgevallen dat vergelijkbaar is met de infectie zelf. En het nieuwe coronavirus is verre van "boos" genoeg om, in de woorden van Rizvanov, "alle veiligheidsoverwegingen volledig terzijde te schuiven". De wetenschapper is van mening dat in de huidige situatie het meest effectief is quarantaine.
Volgens Karpova is er in de nabije toekomst echter geen dringende behoefte aan een vaccin. "Het is niet nodig om mensen te vaccineren tijdens een pandemie, dit is niet in overeenstemming met de epidemieregels", legt ze uit.
Galina Kozhevnikova, hoofd van de afdeling Infectieziekten van de RUDN Universiteit, is het met haar eens. “Tijdens een epidemie wordt helemaal geen vaccinatie aanbevolen, zelfs geen routinematige vaccinatie die in het vaccinatieschema is opgenomen. Omdat er geen garantie is dat een persoon niet in de incubatietijd zit, en of op dit moment van toepassing is vaccin, bijwerkingen en verminderde effectiviteit van vaccinatie zijn mogelijk, "zei Kozhevnikova, die de vraag beantwoordde N + 1.
Er zijn gevallen, voegde ze eraan toe, waarin een noodvaccinatie nodig is om gezondheidsredenen, in een situatie waarin het om leven en dood gaat. Tijdens de uitbraak van miltvuur in Sverdlovsk in 1979 werd bijvoorbeeld iedereen gevaccineerd, werden duizenden mensen dringend gevaccineerd en in 1959 werd in Moskou tijdens een uitbraak van pokkenKokorekin, Alexey Alekseevich - "Wikipedia" uit India door kunstenaar Alexey Kokorekin.
“Maar het coronavirus is absoluut niet zo'n verhaal. Uit wat er gebeurt, zien we dat deze epidemie zich ontwikkelt volgens de klassieke wetten van acute luchtwegaandoeningen ”, zegt Kozhevnikova.
Vaccinontwikkelaars bevinden zich dus altijd in een lastige situatie. Hoewel er geen virus is, is het bijna onmogelijk om een vaccin te maken. Zodra het virus verscheen, blijkt dat het eergisteren had moeten gebeuren. En als het achteruitgaat, verliezen fabrikanten hun klanten.
Er moet echter een vaccin worden gegeven. Dit is niet gebeurd tijdens eerdere uitbraken van coronavirusinfecties - zowel MERS als SARS stopten te snel en het onderzoek verloor geld. Maar als er sinds 2004 geen SARS-gevallen in de wereld zijn waargenomen, dateert het laatste geval van MERS uit 2019 en kan niemand garanderen dat de uitbraak niet zal terugkeren. Bovendien zou een vaccin tegen eerdere infecties een strategisch platform kunnen bieden voor toekomstige vaccinontwikkeling.
Karpova merkt op dat zelfs na het verval van deze uitbarsting COVID-19 een andere is mogelijk. En in dit geval zou de staat een vaccin klaar moeten hebben. "Dit is niet het soort vaccin waarmee alle mensen worden gevaccineerd, zoals de griep", zegt ze. "Maar in geval van nood met een nieuwe uitbraak, zou de staat een dergelijk vaccin moeten hebben, evenals een testsysteem."
Lees ook🧐
- Hoe zal de pandemie van het coronavirus zich ontwikkelen en hoe zal deze eindigen?
- Waarom klopt het gerucht dat het nieuwe coronavirus in een laboratorium is gekweekt niet
- 5 belangrijke vragen over het leven tijdens de coronavirus-epidemie