دو تا از سه واکسن COVID-19 که تاکنون در ایالات متحده مجاز شده اند از RNA پیام رسان مصنوعی یا mRNA برای محافظت در برابر ویروس کرونا استفاده می کنند. اگرچه این واکسن ها – به ترتیب توسط Pfizer و Moderna ساخته شده اند – اولین نوع از این نوع واکسن ها هستند که در این مقیاس استفاده می شوند ، این لحظه تاریخی بدون دهه های تحقیق قبل از آن ممکن نخواهد بود.
روش های مختلفی برای ساختن واکسن وجود دارد ، اما هدف نهایی هر عکس این است که بدن را با معادل بیولوژیکی پوستر "بیشترین جستجو" آشنا کنیم تا اگر دشمن واقعی هرگز ظاهر شد ، سیستم ایمنی بدن ما می داند چگونه با آن مبارزه کن
برای برخی از واکسن ها ، آن پوستر نسخه ای از یک پاتوژن است که ضعیف شده است – مانند عکس آبله مرغان – یا غیرفعال شده است – مانند اکثر عکس های آنفولانزا – به طوری که در واقع نمی تواند باعث عفونت شود. برای دیگران ، از جمله واکسن های HPV و زونا ، این یک قطعه از آن است ، مانند پروتئین خاصی که در وهله اول برای آلوده کردن سلول ها استفاده می شود.
اما واکسن های mRNA روش دیگری دارند. پل دوپراکس ، ویروس شناس RNA ، که مرکز تحقیقات واکسن دانشگاه پیتسبورگ را هدایت می کند ، به جای سر و کار داشتن با ویروس یا قسمتهای آن ، "زیبایی زیست شناسی ما" را برای محافظت از آن مهار می کند. این واکسن ها به بدن یاد می دهند یکی از ویژگی های تعیین کننده ویروس کرونا – پروتئین سنبله ای آن – را به خاطر بسپارد و ایجاد آنتی بادی هایی را ایجاد می کند که می توانند از آلودگی سلول ها جلوگیری کنند.
DNA ما درون هسته سلولهای ما قرار دارد. هر روز ، مولکول های mRNA به طور مداوم اطلاعات ژنتیکی رمزگذاری شده در آن DNA را از هسته به قسمت های سلول ، به نام ریبوزوم ، حمل می کنند که می تواند آن پیام ها را تفسیر کرده و سپس پروتئین هایی را انجام دهد که فرآیندهای بیولوژیکی ضروری را انجام می دهند. بدون آن زندگی غیرممکن است.
دوپرس گفت: "تقریباً هر سلول در بدن من در این لحظه خاص میلیاردها و میلیاردها و میلیاردها RNA پیام رسان تولید می کند."
بیشتر بخوانید: س essentialالات متداول واکسن COVID-19 ضروری
واکسنهایی که از mRNA مصنوعی استفاده می کنند ، یک نوع mRNA دیگر به لژیون مولکولهای دیگر اضافه می کنند که "در تجارت روزمره" در بدن ما کار می کنند و از آن برای ساختن پروتئینی استفاده می کنند که سیستم ایمنی بدن آن را می بیند و باعث ایجاد آنتی بادی علیه ما می شود و Duprex اضافه کرد.
حدود 20 سال پیش ، کار دو محقق – درو ویسمن و کاتالین کاریکو – به غلبه بر دو مانع اصلی که مانع استفاده از فن آوری mRNA شده بودند کمک کرد: یک اثر التهابی بر بدن که باعث آزمایش حیوانات آزمایشگاهی و طبیعت شکننده می شود. از خود مولکول ، که هر دو مانع از کاربرد آن است.
با وجود این پیشرفت ها و تحقیقات فراوانی که از آن زمان انجام شده است ، این واقعیت همچنان باقی است که دو واکسن mRNA مورد استفاده امروزه اولین نوع واکسن در نوع خود هستند. دوپرس گفت: این ممکن است تا حدی باشد زیرا ایجاد علاقه و بودجه برای حمایت از پیگیری علم "غیر جریان اصلی" خارج از بحران دشوار است – چیزی که وی آن را "راهی کوتاه بینانه برای تفکر در مورد زیست شناسی" توصیف کرد.
اکنون فقط در میان یک همه گیری ویرانگر ، این فناوری به شهرت اصلی رسیده است. ویسمن گفت: "با توجه به انتخاب ، ترجیح می دهم از سال گذشته خودداری كنم." "اما ما این کار را نکردیم و اکنون RNA آینده ما خواهد بود."
در اینجا نگاهی داریم به چگونگی دقیقاً این واکسن ها برای دستیابی به این شاهکار و برخی از موفقیت های مهم تحقیقاتی که این لحظه را ممکن کرده است.
واکسن های پیام رسان RNA چگونه کار می کنند
به منظور تولید این واکسن ها ، محققان توالی ژنتیکی ویروس کرونا را براساس RNA گرفته و آن را به DNA تبدیل کردند. این مرحله مهم به آنها اجازه می دهد "دستورالعمل" لازم برای ایجاد پروتئین سنبله ، مهندسی mRNA مصنوعی و بسته بندی واکسن های خود را شناسایی کنند.
همانطور که مانیتور آن نشان می دهد mRNA یک پیام رسان است. وظیفه این نوع خاص RNA رساندن پیام به ماشین های سلولی میکروسکوپی به نام ریبوزوم ها است که در سیتوپلاسم سلول های ما واقع شده و مسئول سنتز پروتئین ها هستند. فیلیپ شارپ ، زیست شناس مولکولی و استاد MIT که جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی 1993 را به خاطر کمک به درک ما از RNA به اشتراک گذاشت ، سپس این ریبوزومها آن پیام را برای ساخت پروتئین تفسیر کرده و شروع به اجرای دستورات آن می کنند.
سلولهای دندریتیک ، ناظران سیستم ایمنی بدن ، در پاسخ به عوامل بیماریزا نقش اساسی دارند. آنها در جستجوی مهاجمان خارجی به بدن گشت می زنند و هنگامی که یکی را پیدا می کنند ، شروع به تحریک پاسخ ایمنی می کنند. وایزمن گفت ، هنگامی که این سلول ها با mRNA ای که از طریق واکسیناسیون تزریق شده است مواجه می شوند ، ریبوزوم های آنها پیام را رمزگشایی می کنند و به سلولها اجازه می دهند به طور موقت پروتئین های سنبله ای مشابه پروتئین های موجود در قسمت بیرونی ویروس کرونا را نشان دهند.
وی افزود: "سلولهای دندریتیک پروتئین سنبله را ایجاد می کنند و سپس آن را به سلولهای ایمنی دیگر ارائه می دهند و آنها را فعال می کنند تا پاسخ ایمنی را شروع کنند."
پروتئین ها به سلول های دندریتیک اجازه می دهند تا دو بازیکن اصلی دیگر در سیستم ایمنی بدن – سلول های T و سلول های B – را هشدار دهند که اگر همان سنبله ها را بر روی سلول دیگر ببینند ، باید آنها را به عنوان یک مهاجم خارجی تشخیص دهند و یا آنها را از بین ببرند یا آنتی بادی تولید کنند. تا بلافاصله آنها را خنثی کند.
شارپ گفت: "یک جز memory حافظه از آن جمعیت سلول وجود دارد و این برای مدت طولانی در بدن شما باقی می ماند." "اگر ویروس مشابه شما را آلوده کند ، آن سلولهای حافظه آماده کار هستند. همه آنها برای بیرون ریختن و از بین بردن آن ویروس کامل شده اند. "
mRNA به طور طبیعی با گذشت زمان به سرعت تخریب می شود ، بنابراین پس از رسیدن به هدف خود ، به راحتی خراب می شود. سلولهای دندریتیک که پروتئین سنبله را بیان می کنند ، سرانجام می میرند و سلولهای جدید جایگزین آنها می شوند که همچنان mRNA حاصل از واکسن را می گیرند و در طی حدود دو هفته پس از ایمن سازی ، روند را دوباره تکرار می کنند.
برخی از مردم نسبت به گمانه زنی های بی اساس مبنی بر تأثیر منفی این واکسن ها بر بدن ابراز نگرانی کرده اند. اما تغییر واکسن mRNA در DNA شما غیرممکن است زیرا mRNA مصنوعی فقط در سیتوپلاسم عمل می کند و قادر به ورود به سایر قسمتهای سلولهای ما مانند هسته نیست.
مانند تقریباً همه واکسن ها ، واکسن هایی که از mRNA استفاده می کنند می توانند علائم موقتی مانند تب ، خستگی و درد در محل تزریق را که در طی چند روز از بین می روند ، تحریک کنند. اما آزمایشات بالینی که قبل از مجاز شدن واکسن ها و همچنین موارد بعدی انجام شده است ، همگی نشان می دهد که این واکسن ها هم ایمن هستند و هم در جلوگیری از بیماری های جدی و مرگ موثر هستند.
دوپرس گفت: "ابتلا به این بیماری همیشه ، همیشه بسیار خطرناک تر از تزریق واکسن است."
چگونه به اینجا رسیدیم؟
mRNA برای اولین بار در سال 1990 با هدف تحویل پروتئین های درمانی به عضلات موش تزریق شد. اما طبق گفته ویسمن ، این تلاش "خیلی دور نرفت" ، به دلیل عمده واکنش التهابی ناشی از آن ، که حیوانات را به شدت بیمار می کند.
به این دلیل که هم در حیوانات و هم در سلول ها ، سلول ها دارای تعدادی گیرنده مختلف 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 کنند سلولهای هم سلول خود را از مهاجمان مانند ویروس ها ، باکتری ها یا حتی سلول های تومور تشخیص دهند.
RNA و DNA هر دو از چهار نوکلئوتید تشکیل شده اند. بیش از یک دهه پس از اولین تزریق در موش ها ، ویسمن و کاریکو ، که هم اکنون به عنوان معاون ارشد رئیس BioNTech ، که با Pfizer برای تولید واکسن مشترک خود همکاری می کند ، خدمت می کنند ، راهی را برای قرار دادن یک نوکلئوتید اصلاح شده که به mRNA مصنوعی اجازه می دهد ، کشف کردند. به عنوان یک سلول طبیعی نقاب بزنید و آن گیرنده ها را دور بزنید ، و دیگر التهاب شدید ایجاد نمی کند. همچنین باعث تولید کارآمدتر پروتئین تولید شده توسط mRNA شد.
"کشف بزرگ ما این بود که ما می توانیم RNA را اصلاح کنیم تا غیر التهابی باشد. وایزمن گفت ، و این دو ویژگی مهم داشت ، اما اولین مورد این بود که مقدار پروتئین ساخته شده از RNA را بسیار افزایش می دهد ، "که قدرت را افزایش می دهد.
با حل مشكل التهاب ، ویسمن و كاریكو به دنبال تغییر نحوه تحویل mRNA بودند تا بتوانند در صورت تزریق به بدن ، وظیفه خود را انجام دهند. mRNA ماده ای ذاتی "ناپایدار" یا ناپایدار است که می تواند به سرعت تخریب شود تا جایی که بی اثر شود.
محققان پس از آزمایش حدود 40 نوع مختلف سیستم تحویل ، بلیط طلایی آنها را یافتند: نانوذرات لیپیدی. این "قطرات چربی" mRNA را می پوشانند و اجازه می دهند تا با موفقیت وارد سلولهای ما شود که در یک ماده روغنی نیز محصور شده اند.
واکسن های سنتی معمولاً با مواد کمکی فرموله می شوند که برای تحریک پاسخ ایمنی در گیرندگان آنها طراحی شده اند. در آنچه ویسمن به عنوان یک پیشرفت خوش شانس توصیف کرد ، نانوذرات چربی به عنوان یک کمکی عمل می کند که نوع خاصی از "سلول کمکی" را تحریک می کند که پاسخ آنتی بادی را افزایش می دهد.
"ما از نانوذرات لیپید برای بدست آوردن بسیاری از شکنندگی [problems] استفاده می کنیم ، زیرا این امر از [mRNA] پس از تزریق آن به افراد محافظت می کند ، و باعث می شود این سلول ها [mRNA] را بگیرند و روند واکسن را شروع کنند." ویسمن گفت.
جایی که امروز mRNA قرار دارد
در طی سالهایی که ویسمن و کاریکو به این موفقیت دست یافتند ، تحقیقات mRNA همچنان ادامه دارد. ویسمن و همکاران فعلی وی روی انواع واکسن های mRNA کار کرده اند ، از جمله واکسن آنفلوانزا "جهانی" که می تواند اکثر ویروس های آنفلوانزا را پوشش دهد و تاکنون ثابت کرده است که در آزمایشات حیوانی موثر است.
در مقایسه با سیستم عامل های واکسن سنتی که به یک سری مراحل پیچیده نیاز دارند ، مانند رشد سلول های پستانداران به مقدار زیاد و روند تصفیه ویروس که بسته به عامل بیماری زایی که با آن کار می کنید متفاوت به نظر می رسد ، تولید mRNA اکنون در مقیاس نسبتاً وسیع آسان است.
ویسمن گفت ، به جای اینکه "هر بار که واکسن جدیدی درست می کنید ، دوباره چرخ را اختراع کنید" ، این واکنش با [mRNA,] است ، و تنها کاری که شما باید انجام دهید این است که توالی جدید را برای هر ویروس متصل کنید ، بنابراین تولید واکسن جدید را بسیار آسان می کند. "
واکسنهای Moderna و Pfizer بعد از دو دوز در طی آزمایشات بالینی ، بیش از 90 درصد محافظت ایجاد کردند که قبل از آنکه نسخه های جدید ویروس ، اثر آنها را به میزان ناچیزی کاهش دهد ، انجام شد. حتی در این صورت ، این دو به میزان قابل توجهی از محافظت به گیرندگان ، به ویژه در برابر بیماری های شدید و مرگ را می دهند.
CDC اخیراً تحقیقات جدیدی را منتشر کرده است که نشان می دهد این واکسن ها در شرایط "دنیای واقعی" مانند محل کار ، احتمال آلوده شدن به ویروس کرونا را تا 90 درصد کاهش می دهند.
با توجه به اینکه تاکنون هیچ واکسنی برای ایمن سازی افراد در برابر ویروس کرونا تصویب نشده است و امید اصلی FDA تأمین یکی از حداقل 50 درصد کارایی برای جلوگیری از همه گیری است ، این نتایج نشان دهنده یک نقطه عطف مهم دیگر در سالنامه فناوری RNA است. .
تحقیقات بیشتری در مورد این واکسن ها در دسترس است ، که هر دو مورد طی چند ماه گذشته در ایالات متحده و برخی کشورهای دیگر انجام شده است. علاوه بر ادامه پیگیری داده های ایمنی و کارآیی ، محققان باید بدانند که این واکسن ها از انتقال گیرنده های COVID-19 از گیرندگان جلوگیری می کنند و محافظتی که ارائه می دهند چه مدت است. متخصصان می گویند ، تا زمانی که از پاسخ این سال ها مطلع نشویم ، گیرندگان باید اقدامات احتیاطی همه گیر مانند استفاده از ماسک را دنبال کنند ، حتی بعد از اینکه دو دوز دریافت کردند.
بیشتر بخوانید: به گفته کارشناسان ، چگونه در تابستان از COVID در امان بمانیم
واکسن Johnson & Johnson ، یک نوبت تزریق است که از یک پلت فرم متفاوت و در عین حال مشابه ابتکاری برای ایجاد ایمنی در مقایسه با mRNA استفاده می کند ، همچنین مجاز به استفاده در ایالات متحده است. کارآیی و توانایی بالای آن برای نگهداری در محدوده دما با سختی کمتر ، متخصصان را امیدوار می کند که استفاده از این واکسن به شما کمک می کند تا شکاف های دسترسی واکسن را چه در این کشور و چه در خارج از کشور کاهش دهد.
در بحث استفاده از mRNA مصنوعی ، Duprex گفت: در مقابله با COVID-19 ، واکسن های Pfizer و Moderna’s "راه را هموار کرده اند". و با این حال ، در حالی که او پیش بینی می کند محققان "فقط در اصلاحاتی که امکان تحویل و ثبات بهتر این فناوری را فراهم می کنند" بهتر خواهند شد ، وی خاطرنشان کرد که ما هنوز در اوایل استفاده از کاربرد آن هستیم – همچنین نمی توانیم فرض کنیم که mRNA "داروی بزرگ بعدی" است که همه مشکلات ما را حل خواهد کرد.
دوپرس گفت ، "نکته جالب در این مورد این است که فقط به ما یک قلم موی دیگر برای ایده های بدیع از درمانهای جدید [and] می دهد که کسی در نسل بعدی دانشمندان می تواند نقاشی کند."