Το «αγγελιοφόρο» εμβόλιο

Η ιστορία του εμβολιασμού ξεκίνησε όταν το 1796 σε μία Βρετανική πόλη, οι γυναίκες που άρμεγαν τις αγελάδες εμφάνιζαν φυσαλίδες στα χέρια τους λόγω μιας μεταδοτικής ασθένειας που έφεραν τα ζώα, συγγενικής της Ευλογιάς. Ο παθολόγος Edward Jenner, παρατήρησε το παράδοξο για εκείνη την εποχή φαινόμενο, αλλά αυτό που τον εξέπληξε ήταν ότι αυτές οι γυναίκες δεν νοσούσαν από την Ευλογιά, μια θανατηφόρα πανδημία της τότε περιόδου. Ο Βρετανός Edward Jenner μετέφερε το πύον από τις φυσαλίδες των γυναικών στο σώμα ενός αγοριού, του James Philips (βλ. Εικόνα 1), ανακαλύπτοντας έτσι το πρώτο εμβόλιο. Μετά την ευφυέστατη και πρωτοποριακή ανακάλυψη του εμβολίου από τον Βρετανό παθολόγο Edward Jenner, ποικίλα είδη εμβολίων έχουν κατασκευαστεί για την αντιμετώπιση μεταδοτικών ασθενειών.

Εικόνα 1: O Βρετανός παθολόγος Edward Jenner εμβολιάζει τον μικρό James Philips [1].

Δυστυχώς, 225 χρόνια μετά από αυτή την ανακάλυψη η ανθρωπότητα για άλλη μια φορά μαστίζεται από μία νέα πανδημία αλλά ταυτόχρονα τάσσεται και αντιμέτωπη με μία νέα τεχνολογία εμβολίων, τα mRNA εμβόλια.

Τί είναι το mRNA εμβόλιο; Πόσο καλά γνωρίζουμε τις συνέπειες του; Πως μπορούμε να εμπιστευτούμε την χορήγηση του, εφόσον ανακαλύφθηκε τόσο γρήγορα; Ερωτήματα καυτά και της τρέχουσας επικαιρότητας, στα οποία δίνονται οι απαντήσεις παρακάτω.

Τι είναι το αγγελιοφόρο RNA (messenger RNA – mRNA);

Όλοι οι οργανισμοί είναι με τέτοιο τρόπο δομημένοι ώστε να παράγουν πρωτεΐνες για την ορθή λειτουργία τους. Μια πρωτεΐνη αποτελείται από μία συγκεκριμένη αλληλουχία. Η πληροφορία για το ποια είναι αυτή η αλληλουχία προέρχεται από τον γενετικό κώδικα, το DNA. Το μόριο που διαμεσολαβεί μεταξύ της πληροφορίας και του παραγόμενου προϊόντος – δηλαδή της πρωτεΐνης – είναι το αγγελιοφόρο RNA (mRNA). Συνοψίζοντας, από το DNA παράγεται το mRNA και από αυτό η πρωτεΐνη (βλ. Εικόνα 2).

       Εικόνα 2: DNA -> mRNA -> Πρωτεϊνη [2].

Το mRNA όμως, είναι ένα ασταθές μόριο που αποικοδομείται γρήγορα καθώς είναι ευάλωτο σε οξείδωση, αλκυλίωση και υδρόλυση από ένζυμα. Γιατί, τότε να επιλεχθεί σε σύγκριση με το DNA που χρησιμοποιείται δεκάδες χρόνια; Σύμφωνα με τα προειρημένα, το mRNA δεν είναι η γενετική πληροφορία αλλά το ενδιάμεσο μόριο μεταξύ της πληροφορίας και της πρωτεΐνης. Οπότε, το mRNA αποτελεί ένα ασφαλέστερο μόριο εφόσον δεν εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου, με αποτέλεσμα να μην αλληλεπιδρά με το ανθρώπινο DNA. Τέλος, έχει τη δυνατότητα να επάγει απόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού, με αποτέλεσμα την εγκαθίδρυση μνήμης.

Σκοπός του mRNA είναι η δημιουργία μνήμης

Η πρόσληψη του mRNA τελείται από τα ανθρώπινα κύτταρα, παράγοντας έτσι την ιική πρωτεΐνη που έδωσε το mRNA εντολή να φτιάξουν. Εφόσον η πρωτεΐνη δεν είναι ανθρώπινη, θα αναγνωριστεί ως αντιγόνο και θα ενεργοποιήσει το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού (βλ. Εικόνα 3). Έτσι, ο οργανισμός θα κρατήσει στο «αρχείο μνήμης» του τη δομή αυτών των πρωτεϊνών ώστε να είναι έτοιμος όταν ξανασυναντηθούν. Η μνήμη αυτή, δεν είναι τίποτα άλλο παρά κύτταρα που αναμένουν τη μόλυνση από τον ιό SARS-CoV-2 και είναι σημαντικά ταχύτερη και αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση του ιου. Επιπλέον, η μνήμη είναι ειδική, δηλαδή η παραπάνω ιδιότητα ισχύει μόνο για τον SARS-CoV-2 και για κανένα άλλο ιό [3]. Είναι κομβικής σημασίας να ειπωθεί ότι κάθε άνθρωπος αναπτύσσει διαφορετικής δυναμικότητας μνήμη και αυτό οφείλεται στο διαφορετικό γενετικό υπόβαθρο αλλά και στον τρόπο ζωής που ακολουθεί ο καθένας μας.

Εικόνα 3. Δομή του mRNA, 5’m7G-ppp-N: αναγνώριση από το ριβόσωμα, 5’UTR: αμετάφραστη περιοχή, Antigen code: 3’UTR: αμετάφραστη περιοχή, 3’(A)n: πολυαδενυλική ουρά [4].

Πως παράγεται ένα μόριο mRNA

Η τεχνολογία παρασκευής ενός μορίου mRNA είναι γνωστή και καλά μελετημένη εδώ και τριάντα χρόνια, αλλά δεν είχε εφαρμοστεί κλινικά σε τόσο μεγάλο βαθμό. Η διαδικασία ξεκινά με την αναγνώριση της πρωτεϊνικής αλληλουχίας, σε αυτή τη περίπτωση μιας ιικής πρωτεΐνης του SARS-CoV-2 και ταυτοποιείται το mRNA από το οποίο προκύπτει [5, 6]. Το επόμενο βήμα είναι η παρασκευή μιας γονιδιωματικής βιβλιοθήκης (βλ. Εικόνα 4), με σκοπό τη μαζική παραγωγή μορίων του ταυτοποιημένου mRNA [4, 7]. Τέλος, το mRNA ως ασταθές μόριο πρέπει να «εγκλωβιστεί» εσωτερικά σε νανοσωματίδια για να μην αλλοιωθεί από τα ανοσοκύτταρα.

Εικόνα 4. Από την παραγωγή στη χορήγηση – mRNA εμβόλια. (1) προσδιορισμός του αντιγόνου στόχου, (2) σχεδιασμός ακολουθίας mRNA με βάση αλγόριθμο, (3) κατασκευή γονιδιωματικής βιβλιοθήκης και εισαγωγή σε νανοσωματίδια, (4) ποιοτικός έλεγχος, (5) ενδομυϊκή χορήγηση και ανοσοποίηση [7].

Η χορήγηση του mRNA γίνεται ενδομυϊκά

Η χορήγηση ενός εμβολίου επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους όπως ενδομυϊκά, ενδοδερμικά, ενδοφλέβια, ενδοσπληνικά, ενδολεμφικά, ενδορηνικά και στον όγκο, ανάλογα με το σκοπό του εμβολίου. Κάθε τρόπος χορήγησης έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του. Για παράδειγμα, κατά την ενδοφλέβια χορήγηση, το μόριο του mRNA αλληλεπιδρά με τις πρωτεΐνες του αίματος με αποτέλεσμα να αποσταθεροποιείται ή να μην φτάνει στο στόχο του. Στην ενδολεμφική χορήγηση, ενώ το mRNA θα προσληφθεί ταχύτατα από τα ανοσοκύτταρα, απαιτείται υπέρηχος για να πραγματοποιηθεί στον λεμφαδένα [8]. Επίσης, η ενδορηνική χορήγηση έχει ώς βασικό εμπόδιο της εφαρμογής της, τη βιοδιαθεσιμότητα του εμβολίου [8]. Έτσι, λόγω των ειρηθέντων σε συνδυασμό με την απλοϊκότητα της ενδομυϊκής μεθόδου, χρησιμοποιείται ευρέως για την χορήγηση των εμβολίων στον ώμο κοντά στον μασχαλιαίο λεμφαδένα.

Προστασία του mRNA από την ενζυμική αποικοδόμηση/αποσύνθεση

Μετά τη χορήγηση ενός ενδομυϊκού εμβολίου, γίνεται η απελευθέρωση των σωματιδίων που μεταφέρουν το ιικό mRNA. Η μεταφορά του mRNA μπορεί να γίνει μέσω οργανικών νανοσωματιδίων, τα οποία εξασφαλίζουν την προστασία του μορίου. Στην παρούσα περίσταση του ιού SARS-CoV-2 αξιοποιούνται οργανικά σωματίδια λιπιδιακής φύσεως [9]. Αυτού του είδους νανοσωματίδια αποτελούνται από φωσφολιπίδια, χοληστερόλη, ιονισμένα λιπίδια και PEG-φωσφολιπίδια (βλ. Εικόνα 5), με καθένα να εκπληρώνει μία συγκεκριμένη λειτουργία [10-13].

Τα υλικά που δρούν ως προστατευτικά νανοσωματίδια του ιικού mRNA είναι μόρια τα οποία υπάρχουν και στον οργανισμό μας, εκτός από την πολυαιθυλενική γλυκόλη (PEG), η οποία έχει δειχθεί ότι σπάνια μεν, αλλά μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές αντιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό [14].

Εικόνα 5. Δομή ενός νανοσωματιδίου που μεταφέρει το mRNA. Όπου PEG-phospholipids: πολυαιθυλενική γλυκόλη εμποδίζει την αλληλεπίδραση με πρωτεΐνες του πλάσματος, Cholesterol: χοληστερόλη για σταθεροποίηση του νανοσωματιδίου, Phospholipids: φωσφορικά λιπίδια για τη σύντηξη και Ionizable lipids: ιονισμένα λιπίδια για την αποφυγή λυσοσωμάτων [3].

Το αναμφισβήτητο είναι ότι τα εμβόλια έχουν σώσει την ανθρωπότητα και έχουν αυξήσει το προσδόκιμο ζωής. Το mRNA εμβόλιο μας εγγυάται πως δεν προκαλεί μεταλλάξεις, αφού δεν αλληλεπιδρά με το DNA των κυττάρων και δεν επιβιώνει στον οργανισμό μας γιατί είναι ασταθές και αποικοδομείται. Είναι λογική η αμφισβήτηση και ο φόβος προς το άγνωστο, αλλά ας δείξουμε εμπιστοσύνη στους ειδικούς που φέρουν έτη εμπειρίας και μελέτης. Στο μέλλον ίσως επέλθει η ανάπτυξη διαφορετικών ειδών mRNA εμβολίων όπως του αυτό-διπλασιαζόμενου και του κυκλικού και κατά συνέπεια άλλος ένας κύκλος αποριών θα εμφανιστεί. Εμείς θα είμαστε εδώ για να σας τις λύσουμε!

Πηγές

1. File:Edward Jenner. Oil painting. Wellcome V0023503.jpg [Internet]. Wikimedia.org. [cited 2021 Jun 18]. Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edward_Jenner._Oil_painting._Wellcome_V0023503.jpg
2. The International Union of Pure, (iupac) AC. Compendium of chemical terminology [Internet]. Iupac.org. [cited 2021 Jun 18]. Available from: https://goldbook.iupac.org/
3. Linares-Fernández S, Lacroix C, Exposito J-Y, Verrier B. Tailoring mRNA vaccine to balance innate/adaptive immune response. Trends Mol Med. 2020;26(3):311–23.
4. Blakney AK, Ip S, Geall AJ. An update on self-amplifying mRNA vaccine development. Vaccines (Basel). 2021;9(2):97.
5. Gebre MS, Brito LA, Tostanoski LH, Edwards DK, Carfi A, Barouch DH. Novel approaches for vaccine development. Cell. 2021;184(6):1589–603.
6. Pardi N, Hogan MJ, Weissman D. Recent advances in mRNA vaccine technology. Curr Opin Immunol. 2020;65:14–20.
7. Gebre MS, Brito LA, Tostanoski LH, Edwards DK, Carfi A, Barouch DH. Novel approaches for vaccine development. Cell. 2021;184(6):1589–603.
8. Kowalzik F, Schreiner D, Jensen C, Teschner D, Gehring S, Zepp F. MRNA-based vaccines. Vaccines (Basel). 2021;9(4):390.
9. Heine A, Juranek S, Brossart P. Clinical and immunological effects of mRNA vaccines in malignant diseases. Mol Cancer. 2021;20(1):52.
10. Wu Z, Li T. Nanoparticle-mediated cytoplasmic delivery of messenger RNA vaccines: Challenges and future perspectives. Pharm Res. 2021;38(3):473–8.
11. Ho W, Gao M, Li F, Li Z, Zhang X-Q, Xu X. Next-generation vaccines: Nanoparticle-mediated DNA and mRNA delivery. Adv Healthc Mater. 2021;10(8):e2001812.
12. Kowalski PS, Rudra A, Miao L, Anderson DG. Delivering the messenger: Advances in technologies for therapeutic mRNA delivery. Mol Ther. 2019;27(4):710–28.
13. Parlea L, Puri A, Kasprzak W, Bindewald E, Zakrevsky P, Satterwhite E, et al. Cellular delivery of RNA nanoparticles. ACS Comb Sci. 2016;18(9):527–47.
14. Sellaturay P, Nasser S, Ewan P. Polyethylene glycol-induced systemic allergic reactions (anaphylaxis). J Allergy Clin Immunol Pract. 2021;9(2):670–5