Het Nobelcomité heeft de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde 2023 toegekend aan Katalin Kariko en Drew Weissman voor hun pionierswerk in de ontwikkeling van mRNA-vaccintechnologie, die een tijdige vaccinreactie op de Covid-19-pandemie mogelijk maakte. Er wordt gezegd dat vaccins tegen het SARS-CoV-2-virus helpen de verspreiding van de pandemie tegen te gaan en tussen de 14.4 miljoen en 19.8 miljoen levens in slechts het eerste jaar van gebruik; mRNA-vaccins speelden een belangrijke rol in die verwezenlijking.

Tientallen jaren lang hebben wetenschappers van over de hele wereld het gebruik van mRNA (messenger-RNA) als medicijn nagestreefd. Cellen gebruiken van nature mRNA, gebaseerd op genetisch DNA, als instructies voor het maken van eiwitten. Onderzoekers wilden in het laboratorium hulpmiddelen ontwikkelen om nieuwe mRNA-sequenties te creëren – die bijvoorbeeld coderen voor virale eiwitten – en die mRNA-moleculen vervolgens in cellen te introduceren. De cellen vertalen deze mRNA-sequenties vervolgens in virale eiwitten, waardoor het immuunsysteem wordt gewaarschuwd om zich tegen het virus te verdedigen. In feite verandert het mRNA-vaccin cellen in fabrieken voor virale eiwitten als een strategie om virale aanvallers af te weren.

De eerste pogingen om mRNA te gebruiken om een ​​immuunrespons te produceren mislukten echter omdat cellen de geïntroduceerde mRNA-moleculen te gemakkelijk als indringers herkenden en deze vernietigden.

In 2005, toen ze samenwerkten aan de Universiteit van Pennsylvania, Karikó en Weissman ontdekt een manier om de nucleotidesequentie van de mRNA-moleculen enigszins aan te passen, zodat ze voorbij de cellulaire immuunbewaking kunnen sluipen en kunnen voorkomen dat er een enorme ontstekingsreactie ontstaat. Ze bleven binnenkomen 2008 en 2010 dat gemodificeerde mRNA-moleculen hoge niveaus van eiwitten zouden kunnen produceren. Deze doorbraken maakten mRNA-technologie toepasbaar voor het creëren van veilige en effectieve vaccins.

Slechts 15 jaar later werden de methoden op het wereldtoneel bewezen. Begin 2021, amper een jaar nadat de Covid-19-pandemie voor het eerst over de hele wereld uitbrak, hadden meerdere farmaceutische bedrijven de mRNA-instrumenten van Karikó en Weissman gebruikt om vaccins tegen het virus uit te rollen. De pandemie diende als proof-of-concept voor de vaccins, en het succes ervan hielp de wereld uit de dodelijkste fase van de pandemie te komen.

De ontdekkingen van Karikó en Weissman “veranderden fundamenteel ons begrip van hoe mRNA interageert met ons immuunsysteem en hadden een grote impact op onze samenleving tijdens de recente Covid-19-pandemie”, zei Rickard Sandberg, lid van het Nobelcomité, tijdens de aankondiging van vanochtend. Vaccins, zowel van de conventionele als van de mRNA-variëteiten, “hebben miljoenen levens gered, ernstige Covid-19 voorkomen, de algehele ziektelast verminderd en samenlevingen in staat gesteld zich weer open te stellen.”

Wat is mRNA?

Messenger-RNA is een enkele genetische codestreng die de cel gebruikt als instructies om eiwitten te maken. mRNA-moleculen zijn inheems in cellen en zijn sleutelonderdelen van alledaagse cellulaire functies: zij zijn de boodschappers die getranscribeerde DNA-sequenties uit de beschermde kern naar het celcytoplasma transporteren, waar ze kunnen worden vertaald in eiwitten door de organellen die ribosomen worden genoemd. Een ribosoom leest de streng en vertaalt groepen genetische letters in sequenties van aminozuren. De lange reeks aminozuren die ontstaat, vouwt zich vervolgens op tot het juiste eiwit.

Hoe werken mRNA Covid-19-vaccins?

Wetenschappers hebben geleerd mRNA-code te schrijven om nieuwe eiwitten te vormen, waaronder eiwitten die cellen kunnen helpen virussen te herkennen die ze nog nooit hebben gezien. De door de Nobelprijswinnaars ontwikkelde mRNA-technologie leent de eiwitproductiemachines van de cellen, waardoor cellen virale eiwitten gaan produceren die het immuunsysteem voorbereiden om een ​​bepaald virus te herkennen als ze het later tegenkomen.

Wanneer het Covid-19-vaccin de cellen binnen wordt gesmokkeld in capsules met lipide-nanodeeltjes, levert het het recept voor het maken van het SARS-CoV-2 ‘spike’-eiwit, dat zich op de buitenoppervlakte van het virus bevindt. Cellen gebruiken deze instructies vervolgens om het spike-eiwit te produceren alsof ze door het echte virus zijn geïnfecteerd. Het lijkt op een oefenronde voor immuniteit: het mRNA bereidt het immuunsysteem voor op het herkennen van een feitelijk SARS-CoV-2-piekeiwit, zodat als een persoon later wordt blootgesteld aan het virus, het immuunsysteem zich snel zal ‘herinneren’ hoe het een virus op gang moet brengen. reactie om ertegen te vechten.

Wat was de doorbraak die tot het succes van de vaccins leidde?

Aan het begin van de jaren 2000 was een groot obstakel voor de mRNA-technologie dat deze een grote ontstekingsreactie in cellen teweegbracht. Cellen herkenden het geïntroduceerde mRNA als vreemd materiaal en probeerden zich ervan te ontdoen, waardoor de cellulaire afweersystemen op scherp kwamen te staan. Nadat ze zich realiseerden dat cellen vaak hun eigen natieve mRNA wijzigen, besloten Karikó en Weissman om te kijken wat er zou gebeuren als ze ook de genetische code van het mRNA dat ze introduceerden enigszins zouden aanpassen.

In een baanbrekende ontdekking die in 2005 werd gepubliceerd, rapporteerden ze dat de ontstekingsreactie vrijwel verdwenen was. In de jaren die volgden lieten ze zien dat dergelijke aanpassingen ook het aantal eiwitten dat de cellen konden maken op basis van de mRNA-sequentie enorm konden vergroten.

Werden mRNA-vaccins vóór de pandemie gebruikt om ziekten te bestrijden?

Een aantal bedrijven en onderzoekers hadden vóór de pandemie de beloften van mRNA-vaccins getest om virussen zoals Zika en MERS-CoV, vergelijkbaar met SARS-CoV-2, te bestrijden. Maar geen van de vaccins was goedgekeurd voor openbaar gebruik vanaf 2020, toen de Covid-19-pandemie uitbrak. De succesvolle inzet van mRNA-vaccins tijdens de pandemie bewees het concept van de technologie en werd een springplank voor het aanmoedigen van het gebruik ervan om andere aandoeningen te voorkomen of te behandelen.

Wat zijn de voordelen van mRNA-vaccins ten opzichte van meer traditionele vaccins?

De belofte van mRNA-vaccins is dat ze gemakkelijk en snel kunnen worden ontwikkeld. Het kost wetenschappers doorgaans meer tijd – op een tijdschaal van jaren – om traditionele vaccins te maken en te testen, die vaak een verzwakte of gedenatureerde versie van een echt virus zijn. En zelfs nadat een traditioneel vaccin is ontwikkeld, moeten wetenschappers nog een tweede hindernis overwinnen – leren hoe ze grote hoeveelheden virussen of eiwitten in het laboratorium kunnen kweken – voordat ze het medicijn op grote schaal kunnen produceren dat nodig is om miljoenen of miljarden mensen te immuniseren.

In 2020, zodra onderzoekers de structuur en genetische code van het SARS-CoV-2-spike-eiwit publiceerden, gingen onderzoekers aan de slag. Binnen enkele maanden hadden de farmaceutische giganten Pfizer en Moderna mRNA-technologie gebruikt om vaccins te ontwikkelen die tegen het virus immuniseerden. Ze waren in staat om snel een mRNA-vaccin op grote schaal te produceren, klinische onderzoeken te leiden om te bewijzen dat de vaccins veilig en effectief waren, en vervolgens tegen het voorjaar van 2021 de eerste prikken aan het publiek toe te dienen. Dit was mogelijk omdat mRNA-instrumenten kunnen worden gebruikt om een ​​grote verscheidenheid aan vaccins te genereren. van eiwitten zonder dat er nieuwe methoden hoeven te worden ontwikkeld voor het op grote schaal kweken van virussen.

Hoe zullen mRNA-vaccins nu worden gebruikt?

Zoals Sandberg opmerkte in zijn opmerkingen bij de aankondiging van de Nobelprijs: “De succesvolle mRNA-vaccins tegen Covid-19 hebben een enorme impact gehad op de belangstelling voor op mRNA gebaseerde technologieën.” mRNA-technologieën worden nu gebruikt om therapeutische eiwitafgiftesystemen en kankerbehandelingen te ontwikkelen, evenals vaccins tegen andere infectieziekten.