Η Επιτροπή Νόμπελ απένειμε το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής 2023 σε Καταλίν Καρίκο και Ντρου Βάισμαν για την πρωτοποριακή τους εργασία στην ανάπτυξη της τεχνολογίας εμβολίων mRNA, η οποία κατέστησε δυνατή την έγκαιρη απόκριση του εμβολίου στην πανδημία του Covid-19. Τα εμβόλια κατά του ιού SARS-CoV-2 πιστώνονται ότι συμβάλλουν στον περιορισμό της εξάπλωσης της πανδημίας και στην εξοικονόμηση μεταξύ 14.4 εκατομμύρια και 19.8 εκατομμύρια ζωές μόλις τον πρώτο χρόνο χρήσης τους. Τα εμβόλια mRNA έπαιξαν σημαντικό ρόλο σε αυτό το επίτευγμα.

Για δεκαετίες, επιστήμονες από όλο τον κόσμο επιδίωκαν τη χρήση του mRNA (αγγελιοφόρος RNA) ως φάρμακο. Τα κύτταρα χρησιμοποιούν φυσικά mRNA, με βάση το γενετικό DNA, ως οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών. Οι ερευνητές στόχευαν να αναπτύξουν εργαλεία για να δημιουργήσουν νέες αλληλουχίες mRNA - αυτές που κωδικοποιούν ιικές πρωτεΐνες, για παράδειγμα - στο εργαστήριο, και στη συνέχεια να εισάγουν αυτά τα μόρια mRNA στα κύτταρα. Τα κύτταρα στη συνέχεια θα μεταφράσουν αυτές τις αλληλουχίες mRNA σε ιικές πρωτεΐνες, ειδοποιώντας έτσι το ανοσοποιητικό σύστημα να δημιουργήσει μια άμυνα ενάντια στον ιό. Στην πραγματικότητα, το εμβόλιο mRNA μετατρέπει τα κύτταρα σε εργοστάσια για ιικές πρωτεΐνες ως στρατηγική για την καταπολέμηση των ιικών εισβολέων.

Ωστόσο, οι πρώτες προσπάθειες χρήσης mRNA για την παραγωγή ανοσοαπόκρισης απέτυχαν επειδή τα κύτταρα αναγνώρισαν πολύ εύκολα τα εισαγόμενα μόρια mRNA ως εισβολείς και τα κατέστρεψαν.

Το 2005, ενώ εργάζονταν μαζί στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, ο Karikó και ο Weissman ανακάλυψαν ένας τρόπος για να τροποποιήσετε ελαφρά την αλληλουχία νουκλεοτιδίων των μορίων mRNA, έτσι ώστε να μπορούν να περάσουν κρυφά από την κυτταρική ανοσολογική επιτήρηση και να αποφύγουν την πυροδότηση μιας μαζικής φλεγμονώδους απόκρισης. Συνέχισαν να εμφανίζονται 2008 και 2010 ότι τα τροποποιημένα μόρια mRNA θα μπορούσαν να παράγουν υψηλά επίπεδα πρωτεϊνών. Αυτές οι ανακαλύψεις έκαναν την τεχνολογία mRNA εφαρμόσιμη για τη δημιουργία ασφαλών και αποτελεσματικών εμβολίων.

Μόλις 15 χρόνια αργότερα, οι μέθοδοι αποδείχθηκαν στην παγκόσμια σκηνή. Στις αρχές του 2021, μόλις ένα χρόνο μετά την πρώτη έκρηξη της πανδημίας Covid-19 σε όλο τον κόσμο, πολλές φαρμακευτικές εταιρείες είχαν χρησιμοποιήσει τα εργαλεία mRNA της Karikó και της Weissman για να αναπτύξουν εμβόλια κατά του ιού. Η πανδημία χρησίμευσε ως απόδειξη της ιδέας για τα εμβόλια και η επιτυχία τους βοήθησε να βγει ο κόσμος από την πιο θανατηφόρα φάση της πανδημίας.

Οι ανακαλύψεις των Karikó και Weissman «άλλαξαν θεμελιωδώς την κατανόησή μας για το πώς το mRNA αλληλεπιδρά με το ανοσοποιητικό μας σύστημα και είχαν σημαντικό αντίκτυπο στην κοινωνία μας κατά τη διάρκεια της πρόσφατης πανδημίας Covid-19», δήλωσε ο Rickard Sandberg, μέλος της Επιτροπής Νόμπελ, κατά τη σημερινή πρωινή ανακοίνωση. Τα εμβόλια, τόσο των συμβατικών όσο και των ποικιλιών mRNA, «έχουν σώσει εκατομμύρια ζωές, έχουν αποτρέψει τον σοβαρό Covid-19, έχουν μειώσει το συνολικό βάρος της νόσου και έχουν επιτρέψει στις κοινωνίες να ανοίξουν ξανά».

Τι είναι το mRNA;

Το αγγελιοφόρο RNA είναι μια μονή αλυσίδα γενετικού κώδικα που το κύτταρο χρησιμοποιεί ως οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών. Τα μόρια mRNA είναι εγγενή στα κύτταρα και αποτελούν βασικά μέρη των καθημερινών κυτταρικών λειτουργιών: Είναι οι αγγελιοφόροι που μεταφέρουν τις μεταγραφόμενες αλληλουχίες DNA από τον προστατευμένο πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, όπου μπορούν να μεταφραστούν σε πρωτεΐνες από τα οργανίδια που ονομάζονται ριβοσώματα. Ένα ριβόσωμα διαβάζει τον κλώνο, μεταφράζοντας ομαδοποιήσεις γενετικών γραμμάτων σε αλληλουχίες αμινοξέων. Η μακρά σειρά αμινοξέων που προκύπτει στη συνέχεια διπλώνεται στην κατάλληλη πρωτεΐνη.

Πώς λειτουργούν τα εμβόλια mRNA Covid-19;

Οι επιστήμονες έμαθαν να γράφουν κώδικα mRNA για να σχηματίσουν νέες πρωτεΐνες - συμπεριλαμβανομένων πρωτεϊνών που μπορούν να βοηθήσουν τα κύτταρα να αναγνωρίσουν ιούς που δεν έχουν δει ποτέ. Η τεχνολογία mRNA που αναπτύχθηκε από τους νικητές του βραβείου Νόμπελ δανείζεται τον μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών των κυττάρων, ωθώντας τα κύτταρα να παράγουν ιικές πρωτεΐνες που ενεργοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίσει έναν δεδομένο ιό εάν τον αντιμετωπίσουν αργότερα.

Όταν εισάγεται λαθραία σε κύτταρα μέσα σε κάψουλες λιπιδικών νανοσωματιδίων, το εμβόλιο Covid-19 παρέχει τη συνταγή για την παραγωγή της πρωτεΐνης «ακίδας» του SARS-CoV-2, η οποία βρίσκεται στην εξωτερική επιφάνεια του ιού. Στη συνέχεια, τα κύτταρα χρησιμοποιούν αυτές τις οδηγίες για να παράγουν την πρωτεΐνη ακίδας σαν να είχαν μολυνθεί από τον πραγματικό ιό. Είναι σαν ένας γύρος εξάσκησης ανοσίας: Το mRNA ενεργοποιεί το ανοσοποιητικό σύστημα για να αναγνωρίσει μια πραγματική πρωτεΐνη ακίδας SARS-CoV-2, έτσι ώστε εάν ένα άτομο εκτεθεί αργότερα στον ιό, το ανοσοποιητικό σύστημα θα «θυμηθεί» γρήγορα πώς να ενεργοποιήσει μια απάντηση για την καταπολέμηση του.

Ποια ήταν η σημαντική ανακάλυψη που οδήγησε στην επιτυχία των εμβολίων;

Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ένα σημαντικό εμπόδιο στην τεχνολογία mRNA ήταν ότι πυροδότησε μια σημαντική φλεγμονώδη απόκριση στα κύτταρα. Τα κύτταρα αναγνώρισαν το εισαγόμενο mRNA ως ξένο υλικό και προσπάθησαν να απαλλαγούν από αυτό, θέτοντας τα κυτταρικά αμυντικά συστήματα σε υπερκίνηση. Αφού συνειδητοποίησαν ότι τα κύτταρα συχνά τροποποιούν το δικό τους φυσικό mRNA, ο Karikó και ο Weissman αποφάσισαν να δουν τι θα συνέβαινε εάν τροποποιούσαν ελαφρώς και τον γενετικό κώδικα του mRNA που εισήγαγαν.

Σε μια σημαντική ανακάλυψη που δημοσιεύθηκε το 2005, ανέφεραν ότι η φλεγμονώδης απόκριση είχε σχεδόν εξαφανιστεί. Στα χρόνια που ακολούθησαν, έδειξαν ότι τέτοιες τροποποιήσεις θα μπορούσαν επίσης να αυξήσουν σημαντικά τον αριθμό των πρωτεϊνών που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τα κύτταρα με βάση την αλληλουχία mRNA.

Χρησιμοποιήθηκαν εμβόλια mRNA για την καταπολέμηση ασθενειών πριν από την πανδημία;

Ορισμένες εταιρείες και ερευνητές είχαν δοκιμάσει τις υποσχέσεις εμβολίων mRNA πριν από την πανδημία για την καταπολέμηση ιών όπως ο Zika και ο MERS-CoV, ο οποίος είναι παρόμοιος με τον SARS-CoV-2. Όμως κανένα από τα εμβόλια δεν είχε εγκριθεί για δημόσια χρήση από το 2020, όταν ξέσπασε η πανδημία Covid-19. Η επιτυχής ανάπτυξη των εμβολίων mRNA κατά τη διάρκεια της πανδημίας απέδειξε την ιδέα της τεχνολογίας και έγινε εφαλτήριο για την ενθάρρυνση της χρήσης της για την πρόληψη ή τη θεραπεία άλλων παθήσεων.

Ποια είναι τα οφέλη των εμβολίων mRNA έναντι των πιο παραδοσιακών εμβολίων;

Η υπόσχεση των εμβολίων mRNA είναι ότι μπορούν να αναπτυχθούν εύκολα και γρήγορα. Συνήθως χρειάζεται περισσότερος χρόνος - σε χρονική κλίμακα ετών - για να δημιουργήσουν και να δοκιμάσουν οι επιστήμονες παραδοσιακά εμβόλια, τα οποία είναι συχνά μια εξασθενημένη ή μετουσιωμένη εκδοχή ενός πραγματικού ιού. Και ακόμη και μετά την ανάπτυξη ενός παραδοσιακού εμβολίου, οι επιστήμονες πρέπει να ξεπεράσουν ένα δεύτερο εμπόδιο - να μάθουν πώς να αναπτύσσουν μεγάλους όγκους ιού ή πρωτεΐνης στο εργαστήριο - προτού μπορέσουν να παράγουν το φάρμακο στη μαζική κλίμακα που απαιτείται για την ανοσοποίηση εκατομμυρίων ή δισεκατομμυρίων ανθρώπων.

Το 2020, μόλις οι ερευνητές δημοσίευσαν τη δομή και τον γενετικό κώδικα της πρωτεΐνης ακίδας SARS-CoV-2, οι ερευνητές έπιασαν δουλειά. Μέσα σε αρκετούς μήνες, οι φαρμακευτικοί γίγαντες Pfizer και Moderna είχαν χρησιμοποιήσει την τεχνολογία mRNA για να αναπτύξουν εμβόλια που ανοσοποιούνταν κατά του ιού. Κατάφεραν να παράγουν γρήγορα μαζικά εμβόλιο mRNA, να οδηγήσουν κλινικές δοκιμές για να αποδείξουν ότι τα εμβόλια ήταν ασφαλή και αποτελεσματικά και στη συνέχεια να χορηγήσουν τα πρώτα εμβόλια στο κοινό μέχρι την άνοιξη του 2021. Αυτό ήταν δυνατό επειδή τα εργαλεία mRNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μεγάλης ποικιλίας πρωτεϊνών χωρίς να χρειάζεται να καλλιεργηθούν νέες μέθοδοι για την ανάπτυξη ιών σε μαζική κλίμακα.

Πώς θα χρησιμοποιούνται τώρα τα εμβόλια mRNA;

Όπως σημείωσε ο Sandberg στις παρατηρήσεις του στην ανακοίνωση του βραβείου Νόμπελ, «Τα επιτυχημένα εμβόλια mRNA κατά του Covid-19 είχαν τεράστιο αντίκτυπο στο ενδιαφέρον για τεχνολογίες που βασίζονται σε mRNA». Οι τεχνολογίες mRNA χρησιμοποιούνται τώρα για την ανάπτυξη θεραπευτικών συστημάτων χορήγησης πρωτεϊνών και θεραπειών για τον καρκίνο, καθώς και εμβολίων κατά άλλων μολυσματικών ασθενειών.