دو مورد از سه واکسن COVID-19 که تا کنون در ایالات متحده مجاز شده است از RNA پیام رسان مصنوعی یا mRNA برای محافظت در برابر ویروس کرونا استفاده می کند. اگرچه این واکسنها – که به ترتیب توسط Pfizer و Moderna تولید شده اند – اولین نوع خود در این مقیاس هستند ، اما این لحظه تاریخی بدون چندین دهه تحقیق قبل از آن امکان پذیر نخواهد بود.
روش های مختلفی برای ساخت واکسن وجود دارد ، اما هدف نهایی هر تزریق این است که بدن را با معادل بیولوژیکی یک پوستر "تحت تعقیب ترین" بدن آشنا کنید تا در صورت بروز دشمن واقعی ، سیستم ایمنی بدن ما بداند چگونه با آن مبارزه کنید
برای برخی از واکسن ها ، این پوستر نسخه ای از عامل بیماری زا است که ضعیف شده است – مانند واکسن آبله مرغان – یا مانند بیشتر واکسن های آنفولانزا غیرفعال شده است – به طوری که در واقع نمی تواند باعث عفونت شود. برای دیگران ، از جمله HPV و واکسن های زونا ، این تکه ای از آن بیماری زا است ، مانند پروتئین خاصی که در ابتدا از سلول ها استفاده می کند.
اما واکسن های mRNA رویکرد متفاوتی دارند. پل دوپرکس ، ویروس شناس RNA ، مدیر مرکز تحقیقات واکسن دانشگاه پیتسبورگ ، گفت: این بستر به جای دستکاری در ویروس یا اجزای آن ، از "زیبایی زیست شناسی ما" برای حفاظت استفاده می کند. این واکسن ها به بدن یاد می دهند که یکی از ویژگی های تعیین کننده ویروس کرونا – پروتئین سنبله آن – را به خاطر بسپارد و باعث ایجاد آنتی بادی هایی می شود که می تواند از عفونت سلول ها جلوگیری کند.
DNA ما در داخل هسته سلول های ما قرار دارد. هر روز مولکولهای mRNA اطلاعات ژنتیکی کد شده در آن DNA را از هسته به قسمتهایی از سلولها که ریبوزوم نامیده می شوند ، منتقل می کنند که می توانند این پیامها را تفسیر کرده و سپس پروتئین هایی را که فرآیندهای بیولوژیکی ضروری را انجام می دهند ، بسازند. بدون آن ، زندگی غیرممکن است.
دوپرکس گفت: "تقریباً تک تک سلول های بدن من در این لحظه خاص میلیاردها و میلیاردها و میلیاردها RNA پیام رسان تولید می کنند."
بیشتر بخوانید: سوالات متداول واکسن ضروری COVID-19
واکسن هایی که از mRNA مصنوعی استفاده می کنند ، یک نوع mRNA دیگر به لژیون مولکول های دیگر "که کار روزانه خود را انجام می دهند" در بدن ما اضافه می کنند و از آن "برای ساخت پروتئینی که سیستم ایمنی بدن می بیند و آنتی بادی ها را در برابر ما محافظت می کند و ما را در برابر آن محافظت می کند ، استفاده می کنند. بیماری ، "Duprex افزود.
حدود 20 سال پیش ، کار دو محقق – درو وایسمن و کاتالین کاریکو – به غلبه بر دو موانع اصلی که مانع استفاده از فناوری mRNA می شد کمک کرد: یک اثر التهابی بر بدن که حیوانات آزمایش شده را بیمار می کند و طبیعت شکننده خود مولکول ، که هر دو مانع از کاربرد آن می شوند.
با وجود این پیشرفت ها و تحقیقات زیادی که از آن زمان انجام شده است ، واقعیت این است که دو واکسن mRNA مورد استفاده امروزه اولین نوع خود هستند. این ممکن است تا حدی به این دلیل باشد که ایجاد علاقه و بودجه برای حمایت از پیگیری علم "غیر اصلی" در خارج از بحران دشوار است ، دوپرکس گفت-آنچه او "راه کوته بینانه ای برای اندیشیدن در مورد زیست شناسی" توصیف کرد.
تنها در حال حاضر ، در میان یک بیماری همه گیر ویرانگر ، این فناوری به شهرت اصلی رسیده است. ویسمن گفت: "با توجه به انتخاب ، ترجیح می دادم در سال گذشته اجتناب کنم." اما ما این کار را نکردیم و اکنون RNA آینده ما خواهد بود. "
در اینجا نگاهی داریم به این که دقیقاً چگونه این واکسن ها می توانند این موفقیت را از بین ببرند و برخی از پیشرفت های کلیدی تحقیقاتی که این لحظه را ممکن ساخته است.
نحوه عملکرد واکسن های RNA پیام رسان
به منظور توسعه این واکسن ها ، محققان توالی ژنتیکی مبتنی بر RNA ویروس کرونا را تهیه و آن را به DNA تبدیل کردند. این مرحله مهم به آنها اجازه داد تا "دستورالعمل" لازم برای ایجاد پروتئین سنبله ، مهندسی mRNA مصنوعی مربوطه و بسته بندی واکسن های خود را شناسایی کنند.
mRNA ، همانطور که از نام آن مشخص است ، یک پیام رسان است. این نوع خاص از RNA وظیفه دارد پیامها را به دستگاههای سلولی میکروسکوپی موسوم به ریبوزوم ، که در سیتوپلاسم سلولهای ما واقع شده و وظیفه سنتز پروتئین ها را بر عهده دارد ، برساند. فیلیپ شارپ ، زیست شناس مولکولی و پروفسور MIT که در سال 1993 جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را به دلیل سهم خود در درک RNA ، به اشتراک گذاشت ، توضیح داد که این ریبوزومها آن پیام را برای ساخت پروتئین و شروع به اجرای دستورات آن تفسیر می کنند.
سلولهای دندریتیک ، نگهبانان سیستم ایمنی ، در پاسخ به عوامل بیماری زا نقش اساسی دارند. آنها بدن را در جستجوی مهاجمان خارجی گشت می زنند و هنگامی که یک نفر را پیدا کردند ، شروع به تحریک پاسخ ایمنی می کنند. ویسمن گفت ، هنگامی که این سلول ها با mRNA تزریق شده از طریق واکسیناسیون روبرو می شوند ، ریبوزوم های آنها پیام را رمزگشایی می کند و به سلول ها اجازه می دهد پروتئین های سنبله ای مشابه پروتئین های بیرونی ویروس را موقتاً نمایش دهند.
وی افزود: سلول های دندریتیک پروتئین سنبله را می سازند و سپس آن را به سایر سلول های ایمنی ارائه می دهند و آنها را برای شروع پاسخ ایمنی فعال می کنند.
پروتئین ها به سلول های دندریتیک اجازه می دهند تا به دو عامل کلیدی دیگر سیستم ایمنی – سلول های T و سلول های B – هشدار دهند که در صورت مشاهده این برجستگی ها بر روی هر سلول دیگر ، باید آنها را به عنوان مهاجم خارجی تشخیص دهند و یا آنها را نابود کرده یا آنتی بادی تولید کنند. تا بلافاصله آنها را خنثی کند.
شارپ می گوید: "یک جزء حافظه از آن جمعیت سلولی وجود دارد و در مدت زمان طولانی در بدن شما باقی می ماند." اگر ویروسی مشابه شما را مبتلا کند ، آن سلول های حافظه آماده فعالیت هستند. همه آنها برای بیرون رفتن و کشتن آن ویروس عالی هستند. "
mRNA به طور طبیعی با گذشت زمان به سرعت تخریب می شود ، بنابراین هنگامی که به هدف خود رسید ، به سادگی خراب می شود. سلولهای دندریتیک که بیان کننده پروتئین سنبله بودند در نهایت می میرند و سلولهای جدیدی جایگزین آنها می شود که همچنان mRNA واکسن دار را جمع آوری کرده و طی حدود دو هفته پس از ایمن سازی مجددا این روند را دوباره تکرار می کنند.
برخی از مردم از گمانه زنی های بی اساس مبنی بر اینکه این واکسن ها می توانند بر بدن تأثیر منفی بگذارند ، ابراز نگرانی کرده اند. اما غیرممکن است که واکسن mRNA DNA شما را تغییر دهد زیرا mRNA مصنوعی فقط در سیتوپلاسم عمل می کند و قادر به ورود به سایر قسمت های سلول های ما مانند هسته نیست.
مانند همه واکسن ها ، آنهایی که از mRNA استفاده می کنند می توانند علائم موقتی مانند تب ، خستگی و درد در محل تزریق را ایجاد کنند که ظرف چند روز از بین می رود. اما آزمایشات بالینی که قبل از صدور مجوز واکسن انجام شد ، و همچنین موارد بعدی ، همه نشان می دهد که این واکسن ها هم در جلوگیری از بیماری های جدی و هم در مرگ ایمن و م effectiveثر هستند.
دوپرکس می گوید: "همیشه ، همیشه بسیار خطرناک تر از دریافت واکسن است."
چگونه به اینجا رسیدیم؟
mRNA برای اولین بار در سال 1990 با هدف تحویل پروتئین های درمانی به عضلات موش ها تزریق شد. اما به گفته ویسمن ، این تلاش "تا حد زیادی پیش نرفت" ، تا حد زیادی به دلیل واکنش التهابی قوی که باعث شد حیوانات درگیر را به شدت بیمار کند.
این به این دلیل است که در حیوانات و انسانها ، سلولها دارای گیرنده های مختلفی هستند که می توانند mRNA را به عنوان یک ماده خارجی تشخیص دهند که باید از بین برود. این گیرنده ها به این سلول ها کمک می کند تا سلول های هم نوع خود را از مهاجمان مانند ویروس ها ، باکتری ها یا حتی سلول های توموری تشخیص دهند.
RNA و DNA از چهار نوکلئوتید تشکیل شده اند. بیش از یک دهه پس از اولین تزریق در موش ، ویسمن و کاریکو ، که اکنون به عنوان معاون ارشد در BioNTech ، که با Pfizer برای تولید واکسن مشترک آنها همکاری می کند ، کار می کنند ، راهی برای قرار دادن نوکلئوتید اصلاح شده پیدا کردند که به mRNA مصنوعی اجازه می دهد ماسک زدن به عنوان یک سلول معمولی و دور زدن آن گیرنده ها ، دیگر باعث التهاب شدید نمی شود. همچنین باعث افزایش کارآیی تولید پروتئین با تحریک mRNA شد.
کشف بزرگ ما این بود که می توانیم RNA را تغییر دهیم تا غیر التهابی شود. وایسمن گفت ، و این دارای چند ویژگی مهم بود ، اما اولین مورد این بود که مقدار پروتئین ساخته شده از RNA را بسیار افزایش می دهد.
با حل مشکل التهاب ، ویسمن و کاریکو سپس به اصلاح نحوه انتقال mRNA روی آوردند تا بتواند در صورت تزریق به بدن کار خود را انجام دهد. mRNA ذاتاً "ناپایدار" یا ناپایدار است که می تواند به سرعت بی اثر شود و به سرعت بی اثر شود.
پس از آزمایش حدود 40 نوع مختلف سیستم تحویل ، محققان بلیت طلایی خود را پیدا کردند: نانوذرات لیپیدی. این "قطرات چربی" mRNA را می پوشاند و به آن اجازه می دهد با موفقیت وارد سلول های ما شود که در یک ماده روغنی نیز محصور شده اند.
واکسن های سنتی به طور معمول با مواد کمکی که برای تحریک پاسخ ایمنی در گیرندگان آنها طراحی شده است ، تهیه می شوند. در آنچه ویسمن به عنوان یک پیشرفت خوش شانس توصیف کرد ، نانوذرات لیپیدی به عنوان یک کمکی عمل کردند که یک نوع خاص از "سلول کمکی" را تحریک می کند که پاسخ آنتی بادی را افزایش می دهد.
"ما از نانوذرات لیپیدی برای غلبه بر بسیاری از شکنندگی [problems] استفاده می کنیم ، زیرا پس از تزریق آن به افراد ، [mRNA] محافظت می شود و این سلول ها را تشویق می کند تا [mRNA] را آغاز کرده و فرایند واکسن را آغاز کنند." ویسمن گفت.
جایی که mRNA امروز ایستاده است
در سالهایی که ویسمن و کاریکو این پیشرفت ها را انجام دادند ، تحقیقات mRNA همچنان ادامه دارد. وایسمن و همکاران فعلی وی بر روی انواع واکسن های mRNA ، از جمله واکسن آنفولانزای "جهانی" که می تواند اکثر ویروس های آنفلوانزا را تحت پوشش قرار دهد ، کار کرده و تا کنون در آزمایشات حیوانی م beثر بوده است.
در مقایسه با بسترهای واکسن سنتی که نیاز به یک سری مراحل پیچیده دارد ، مانند رشد سلول های پستانداران در مقادیر زیاد و یک فرآیند تصفیه ویروسی که بسته به عامل بیماری زا که با آن کار می کنید متفاوت به نظر می رسد ، اکنون mRNA به راحتی در مقیاس وسیع تولید می شود.
به جای نیاز به "اختراع مجدد چرخ در هر بار ساخت واکسن جدید" ، ویسمن گفت ، "با [mRNA,] این همان واکنش است و تنها کاری که باید انجام دهید این است که توالی جدید را برای هر ویروس متصل کنید ، به طوری که تولید واکسن جدید را بسیار آسان می کند. "
هر دو واکسن Moderna و Pfizer پس از دو دوز در آزمایشات بالینی که قبل از انواع جدید ویروس تا حدودی اثر بخشی آنها را کاهش داد ، بیش از 90 درصد محافظت ایجاد کردند. با این وجود ، این دو به طور قابل ملاحظه ای از محافظان به ویژه در برابر بیماری شدید و مرگ محافظت می کنند.
CDC به تازگی تحقیقات جدیدی را منتشر کرده است که نشان می دهد این واکسن ها در افراد "واقعی" مانند محیط کار ، شانس ابتلای فرد کاملاً واکسینه شده به ویروس کرونا را تا 90 درصد کاهش می دهد.
با توجه به اینکه تاکنون هیچ واکسنی برای ایمن سازی افراد در برابر هر نوع ویروس کرونا تأیید نشده است و امید اصلی FDA تأمین واکسن با حداقل 50 درصد برای مهار همه گیری بود ، این نتایج یک نقطه عطف مهم دیگر در سالنامه های فناوری RNA است. .
تحقیقات بیشتری در مورد این واکسن ها در پیش است که هر دو در چند ماه گذشته در ایالات متحده و برخی دیگر از کشورها تولید شده است. علاوه بر پیگیری داده های ایمنی و اثربخشی ، محققان باید بدانند که چقدر این واکسن ها از انتقال گیرندگان از انتقال COVID-19 جلوگیری می کند و حفاظت آنها چقدر طول می کشد. کارشناسان می گویند تا زمانی که پاسخ این س questionsالات را نمی دانیم ، گیرندگان باید اقدامات احتیاطی همه گیر مانند استفاده از ماسک را رعایت کنند ، حتی پس از دریافت دوز دارو.
بیشتر بخوانید: به گفته کارشناسان چگونه می توان تابستان امسال از ابتلا به کرونا در امان ماند
واکسن جانسون و جانسون ، تزریق یک دوز که از بستر متفاوت و در عین حال مشابهی برای ایجاد ایمنی در مقایسه با mRNA استفاده می کند ، برای استفاده در ایالات متحده مجاز است. اثربخشی قوی و قابلیت ذخیره سازی آن در محدوده دمایی کمتر ، کارشناسان را امیدوار می کند که عرضه این واکسن به رفع برخی شکاف ها در دسترسی به واکسن در این کشور و خارج از کشور کمک می کند.
در مقابله با COVID-19 ، واکسن های Pfizer و Moderna "راه را هموار کرده اند" ، هنگامی که صحبت از نشان دادن کاربرد mRNA مصنوعی می شود. و با این حال ، در حالی که او پیش بینی می کند که محققان در ایجاد تغییراتی که امکان ارائه و پایداری بهتر این فناوری را فراهم می کند "فقط بهتر خواهند شد" ، او خاطرنشان می کند که ما هنوز در روزهای اولیه استفاده از ابزار آن هستیم – ما همچنین نمی توانیم فرض کنیم که mRNA "داروی بزرگ بعدی" است که همه مشکلات ما را حل خواهد کرد.
اما ، دوپرکس گفت: "نکته زیبا در این مورد این است که به ما یک قلم دیگر برای پالت ایده های جدید درمانگر [and] می دهد که کسی در نسل بعدی دانشمندان قادر خواهد بود [use to] آنها را نقاشی کند."