«Их срочно начали размораживать». Почему не готова вакцина от SARS-CoV-2

Татьяна Пичугина. Всемирная организация здравоохранения к началу июня зарегистрировала 136 кандидатов в вакцины против SARS-CoV-2. Десять — на стадии клинических испытаний. Какие разработки лидируют и кому прочат победу, выясняло Kyivweekly.com.

Какие бывают вакцины

Когда вирус или бактерия проникает в организм, иммунная система активирует b- и t-лимфоциты, убивающие патоген и зараженные клетки. Именно этот механизм запускают вакцины, подготавливающие нас к встрече с инфекцией, в том числе коронавирусной.

Вакцины делятся на две большие группы: те, что представляют собой цельную вирусную частицу — ослабленную или убитую, и такие, где активна только часть вируса. Вариантов много. Можно делать инъекцию из вирусного белка, на который реагирует иммунитет (субъединичные вакцины). Или доставлять в организм один-два ключевых гена, присоединив их к геному другого, предварительно обезвреженного вируса (вектора). Или упаковать в искусственные контейнеры вирусные ДНК и РНК и тоже ввести их в кровь.

Значительная часть списка ВОЗ — это ДНК/РНК-вакцины. Синтезировать их относительно просто — не нужно разрешение на работу с опасными вирусами, как в случае живых вакцин, что резко расширяет круг лабораторий. Теоретически быстрее и дешевле наладить промышленное производство — это тоже важно, ведь эффективный препарат должен быть доступным для всех.

"Их срочно начали размораживать". Почему не готова вакцина от SARS-CoV-2

Вирусная частица SARS-CoV-2 несет на поверхности корону из S-белков (от английского spike — шип), которые через мембрану клетки запускают внутрь РНК патогена.

S-белки — это иммунодоминантные антигены, то есть молекулы, которые наша защитная система распознает как врагов. Их уничтожением занимаются антитела. Почему бы не сделать вакцину только из S-белка, отбросив все лишнее? Можно наработать его в лаборатории, очистить и приготовить в виде инъекции. Таков принцип субъединичных вакцин.

Другой путь, гипотетически более простой, — заставить наши клетки производить антиген. Для этого нужно ввести в организм матричную РНК, с которой синтезируются только S-белки или их фрагменты, а дальше на них среагирует иммунная система.

Еще более продвинутый вариант — самореплицирующаяся РНК, или саРНК. Она несет информацию не только об антигене, но и о ферментах-полимеразах, которые ее копируют. Такую молекулу конструируют, например, на основе генома альфа-вируса, убирают из него все ненужное и встраивают участок генома SARS-CoV-2, кодирующий белок-шип.

«Такая длинная РНК, попадая в организм, синтезирует и антигены, и полимеразу, которая потом копирует всю конструкцию. Таким образом мы увеличиваем время действия вакцины и снижаем исходную дозу. Но есть общая для всех РНК-вакцин проблема — эта молекула довольно капризная, быстро разрушается, и, чтобы доставить ее целой в клетки, нужны специальные носители», — рассказывает Андрей Васин, и. о. директора Института биомедицинских систем и биотехнологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Его научная группа вместе с НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева, Научным центром исследований и разработок иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН и Университетом Мэриленда (США) развивает направление саРНК-вакцин.

В большинстве случаев РНК помещают в липидную оболочку. В СПбПУ используют полиэлектролитные микрокапсулы, синтезируемые из синтетических и природных полимеров. Помимо того что их концентрация в организме ничтожно мала, они постепенно разлагаются на безвредные компоненты.

«Мы начали работать над этим два года назад, как раз на случай пандемии. Пока вопросов больше, чем ответов», — отмечает исследователь.

Неизвестно, какова продолжительность иммунитета, вызываемого такой вакциной, а значит, непонятно, сколько инъекций потребуется. Нет ясности и с массовым производством микрокапсул. Впрочем, время еще есть. Проект выйдет на стадию доклинических испытаний не раньше осени.

Мыши с человеческими свойствами

Вакцину создают десятки лет. Необходимы длительные испытания на культурах клеток и животных (доклинические), людях (клинические). Отчасти по этой причине ни одну из РНК-вакцин пока не одобрили к производству. Над ними активно работают последние годы, хотя идея возникла еще в 1990-е. Пандемия коронавируса заставила ученых сильно ускориться: запускать сразу несколько этапов, упростить испытания.

Любую вакцину сначала тестируют на животных. Проверяют безопасность — не вызывает ли она аллергию, высокую температуру, какие-либо побочные эффекты. Оценивают иммуногенность — распознает ли ее иммунная система организма, сколько антител вырабатывается, а также важнейшее свойство — протективность, когда после вакцинации животное заражают вирусом и смотрят, начнется ли болезнь.

«В идеале лучше использовать две животные модели, например мышей и хорьков. В случае коронавируса иммуногенность можно изучать и на стандартных мышах, а вот протективность — только на гуманизированных. В экстренных случаях — испытывать сразу на приматах. Сложность в том, что в мире не так много лабораторий, способных работать с приматами в условиях BSL-3 (высокого уровня биологической безопасности. — Прим. ред.). У таких важное преимущество на стадии доклинических исследований», — объясняет Андрей Васин.

Гуманизированными называют мышей, восприимчивых к человеческим болезням. В природе они не заражаются SARS-CoV-2, но ученые это корректируют редактированием генома.

«Сейчас закупить животных нереально. Единственная доступная линия восприимчивых мышей находится в США в питомнике The Jackson Laboratory. На момент начала пандемии эмбрионы этих животных были заморожены в жидком азоте, их срочно начали размораживать. Спрос космический, в марте заказали более трех тысяч животных! В лаборатории максимально быстро размножают животных с помощью ЭКО, но все равно первые поставки состоятся лишь в конце июня», — описывает ситуацию Нариман Баттулин из лаборатории генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН.

Его научная группа с нуля создает несколько вариантов гуманизированных мышей. Быстрее всего получить особей со встроенной копией гена ACE2 человека — именно он кодирует рецептор мембраны клетки, пропускающий коронавирус внутрь. Несколько сложнее поправить собственный мышиный ген ACE2.

Геном меняют посредством редактора CRISPR-Cas9. Это раствор разных РНК и белков, который вводят микроиглой в эмбрион, состоящий всего из одной клетки. Затем заранее подготовленной к беременности самке мыши делают ЭКО — имплантируют в матку отредактированный эмбрион. Через 20 дней рождаются детеныши.

Процесс очень трудоемкий, требует много ручных операций. А для полноценных испытаний одной вакцины нужно не менее сотни особей.

Баттулин допускает, что те, кто уже приступил к испытаниям на людях или готовится к ним, тестировали свои вакцины-кандидаты, скорее всего, сразу на приматах.

Другой вариант — хорьки и хомяки, которые, согласно опубликованным данным, восприимчивы к SARS-CoV-2 без генной модификации. «Если это так, то они годятся для изучения протективности», — уточняет Васин.

Вирусные векторы вырываются вперед

Среди российских научных групп дальше всех продвинулись в ГНЦ «Вектор» (Новосибирск) и НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи (Москва). Об этом говорили на онлайн-собрании научного совета РАН «Науки о жизни», проведенного на площадке Kyivweekly.com 28 мая.

В Новосибирске готовят несколько вакцин, в том числе на основе ослабленного вируса везикулярного стоматита. Он безвреден для человека, остается только в его геном встроить участки, кодирующие антигены коронавируса. Попав в организм, такой вирусный вектор начинает синтезировать S-белки, чем вызывает иммунный ответ.

К проекту приступили еще в январе, затем в компании BIOCAD создали опытные образцы вакцины, ее тесты на животных показали, что в крови вырабатываются антитела. Как сообщил генеральный директор BIOCAD Дмитрий Морозов, клинические испытания на людях начнутся в июле.

"Их срочно начали размораживать". Почему не готова вакцина от SARS-CoV-2

Вирусный вектор, точнее два вируса, взяли за основу и в НИЦ Гамалеи. Такой подход называется «гетерологичная прайм-буст иммунизация». По словам заместителя директора Дениса Логунова, это позволяет добиться двух видов иммунного ответа — гуморального (антитела) и клеточного цитотоксического, за который отвечают т-лимфоциты. Именно они, как предполагают ученые, играют решающую роль в долговременной защите от коронавируса.

Перспективнее всего вакцины с цельными вирусными частицами патогена, ослабленными или убитыми. Это направление развивают в Федеральном научном центре исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН. Дело в том, что мы не знаем точно, достаточно ли только S-белков для активации иммунитета или нужно что-то еще, поэтому вводить в организм целый вирион надежнее. Однако испытывать такую вакцину следует более тщательно, и для массового производства требуются особые разрешения.

Концепцию НИЦ Гамалеи уже проверили при создании вакцин от вирусов лихорадки Эбола и ближневосточного респираторного синдрома (MERS). Их препарат способен стать альтернативой цельновирионным вакцинам. Сейчас идут клинические испытания и одновременно разрабатывается промышленная технология.