Szczepionki mRNA, wektorowe i podjednostkowe – przewodnik po COVID-19

W wyniku dużego rozproszenia prac oraz zaangażowania różnych producentów powstały produkty wykorzystujące odmienne konstrukcje. W oparciu o nie możemy podzielić szczepionki przeciwko COVID-19 na trzy główne rodzaje szczepionek różniące się nie tylko budową, ale także procesem powstawania, warunkami przechowywania oraz skutecznością. Każda szczepionka na COVID-19 działa według innego mechanizmu, co sprawia, że nazwy szczepionek na COVID reprezentują różne technologie medyczne.

Jakie są rodzaje szczepionek na COVID wykorzystujących technologię mRNA?

Szczepionka mRNA to najnowsza generacja szczepionek, która zapewnia łatwość projektowania, szybki czas produkcji, wysoki profil bezpieczeństwa oraz dużą immunogenność. Są to szczepionki syntetyczne, których produkcja nie wymaga pracy z czynnikiem zakaźnym, czyli wirusem. Zamiast poddawać go procesowi atenuacji lub inaktywacji potrzebny jest tylko fragment jego informacji genetycznej, co znacznie upraszcza cały proces produkcji i pozwala na skrócenie czasu potrzebnego do stworzenia szczepionki. Co istotne, przy ich produkcji używa się systemów bezkomórkowych, co pozwala wyeliminować ryzyko skażenia żywymi drobnoustrojami. Ten rodzaj szczepionek stanowi prawdziwą rewolucję w medycynie prewencyjnej.

Pierwsze badania nad wykorzystywaniem mRNA do transferu informacji genetycznej prowadzono już na początku lat 90. XX wieku. Tę technologię wykorzystywano w badaniach nad szczepionkami przeciw wirusowi CMV, Zika, grypie czy wściekliźnie. Ponadto z powodzeniem wykorzystywana jest przy opracowywaniu szczepionek przeciwnowotworowych i w działaniach terapeutycznych [1]. Dzisiaj szczepionka mRNA reprezentuje jeden z najbardziej innowacyjnych rodzajów szczepionek dostępnych na rynku medycznym.

Pfizer/BioNTech, Moderna oraz Curevac

Szczepionki mRNA firm: Pfizer/BioNTech, Moderna oraz Curevac zawierają matrycowy kwas rybonukleinowy, kodujący białko S wirusa, zamknięty w nanocząsteczkach lipidowych. Te nazwy szczepionek na COVID reprezentują najbardziej zaawansowaną technologię medyczną dostępną obecnie. Białko S jest białkiem fuzyjnym zlokalizowanym na powierzchni wironu, które składa się z podjednostki S1, odpowiedzialnej za wiązanie z receptorem ACE2, oraz podjednostki S2, która umożliwiają połączenie z błoną komórki ludzkiej. Białko S stanowi główny antygen indukujący odpowiedź immunologiczną organizmu [2]. Kapsułka lipidowa otaczająca mRNA zapewnia funkcję ochronną i transportową.

Po wstrzyknięciu do organizmu pokonuje ona błonę komórkową, przedostając się do znajdujących w komórce gospodarza rybosomów, gdzie na podstawie dostarczonego mRNA syntetyzowane jest białko S wirusa SARS-CoV-2 [3]. Nowo powstałe białko pobudza odporność humoralną oraz komórkową, w wyniku których dochodzi do wytwarzania przeciwciał neutralizujących i limfocytów T. Zawarty w szczepionce mRNA nie ma zdolności do samokopiowania, nie przenika również do jądra komórkowego oraz nie ulega odwrotnej transkrypcji do DNA. Po ograniczonych obecnością adenozyn cyklach translacji mRNA ulega degradacji, a z racji, iż nie mamy do czynienia z całym wirusem, a jedynie jego fragmentem, nie ma także zagrożenia w postaci wywołania choroby [2].

Szczepionki firmy Pfizer/BioNTech oraz Moderna posiadają skuteczność na poziomie 95% [4]. Te rodzaje szczepionek wykazują jedną z najwyższych skuteczności spośród wszystkich dostępnych preparatów przeciwko COVID-19.

Czym charakteryzują się szczepionki wektorowe jako rodzaje szczepionek na COVID?

Szczepionki wektorowe stanowią kolejny ważny rodzaj szczepionek przeciwko COVID-19, które opierają się na wykorzystaniu fragmentów innych wirusów do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Główną zaletą stosowania wektorów wirusowych jest ich zdolność do wywołania silnej odpowiedzi immunologicznej, zarówno humoralnej jak i komórkowej [7] oraz wysokie bezpieczeństwo i skuteczność. Ten typ szczepionki na COVID-19 wykorzystuje sprawdzoną technologię, która była już wcześniej testowana w innych zastosowaniach medycznych.

Szczepionka wektorowa została po raz pierwszy opracowana w 1972 roku [8], co czyni ją jedną z bardziej doświadczonych technologii wśród różnych rodzajów szczepionek. Wektory adenowirusowe są najlepiej przebadanymi wektorami wirusowymi i testuje się je m.in. w licznych badaniach klinicznych leków przeciwnowotworowych, jak również w szczepionkach. Preparaty wektorowe wykorzystują część wirusa, który zmodyfikowano tak, aby nie stanowił zagrożenia dla życia i nie był dodatkowo zakaźny. Za pomocą inaktywowanego adenowirusa do komórek organizmu wprowadzana jest sekwencja kodująca pełnej długości białko S wirusa SARS-CoV-2, poprzedzona sekwencją wiodącą tkankowego aktywatora plazminogenu [9]. Sekwencja tPA jest adjuwantem białkowym i pozwala na wydajną sekrecję powstającego antygenu na zewnątrz komórki, co zwiększa jego immunogenność [9-10].

Gdy komórki w ciele człowieka zaczynają wytwarzać białko S, uruchamia się odpowiedź immunologiczna [11-13]. Kod zawarty w szczepionce zawiera wyłącznie informacje potrzebne do wytworzenia pojedynczego białka. Tak, jak w przypadku szczepionek mRNA również nie powoduje choroby, co sprawia, że wszystkie rodzaje szczepionek przeciwko COVID-19 są bezpieczne pod tym względem.

Szczepionka AstraZeneca

Szczepionka AstraZeneca składa się z szympansiego wektora adenowirusowego, który był wcześniej testowany w przypadku wirusa MERS-CoV [10,14,15]. Z jego genomu usunięto regiony E1 i E3, co pozwoliło na uzyskanie wirusa, który nie jest zdolny do replikacji i może pomieścić kasetę genową większych rozmiarów [16]. Powodem zastosowania adenowirusa pochodzenia zwierzęcego jest fakt, że u ludzi nie występuje naturalna odporność przeciwko temu wirusowi, co pozwala na ominięcie potencjalnie istniejącej odpowiedzi odpornościowej przeciwko samemu wektorowi [17,18]. To jedna z najważniejszych nazw szczepionek na COVID dostępnych w Europie. W preparacie Janssen Pharmaceutica NV wykorzystuje się zmodyfikowaną cząsteczkę adenowirusa Ad26, natomiast w preparacie Sputnik V są dwa typy adenowirusa – w pierwszej dawce znajduje się patogen Ad5, a w drugiej Ad26 [19].

Skuteczność szczepionki AstraZeneca po podaniu obu dawek w odstępie sześciu tygodni wynosi 55%. Natomiast, gdy ten okres wydłuży się do trzech miesięcy, skuteczność dochodzi do 82 %. Ponadto wykazano, że szczepionka o 67% zmniejsza transmisję koronawirusa [20]. Skuteczność szczepionki Sputnik V sięga ponad 91% [19]. Natomiast produkt Janssen Pharmaceutica NV, która jako jedyny wymaga podania jednej dawki, w zależności od obszaru geograficznego wynosiła 57-72%. Szczepionki wektorowe mogą być przechowywane w temperaturze 2-8ºC od trzech do nawet sześciu miesięcy, a w -20ºC nawet do dwóch lat [21], co czyni je bardziej praktycznymi niż niektóre rodzaje szczepionek mRNA.

Jakie są szczepionki podjednostkowe wśród rodzajów szczepionek na COVID?

Ostatnim rodzajem szczepionek przeciwko COVID-19 są szczepionki podjednostkowe typu „subunit”. W ich składzie znajdują się oczyszczone i wysoce immunogenne białka wirusowe, które trafiają do komórek prezentujących antygen, a następnie tworzą specyficzną odpowiedź układu immunologicznego. Charakteryzują się większą jednorodnością i powtarzalnością niż szczepionki, które zawierają całe drobnoustroje. Ponadto powodują też mniej działań niepożądanych, jednakże mogą wykazywać mniejszą immunogenność niż wcześniej omawiane preparaty. Technologia, na której się opierają, jest powszechnie znana i stosowana od lat w szczepionkach przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B, krztuścowi czy w niektórych na grypę [22]. Ten rodzaj szczepionek reprezentuje tradycyjne, ale sprawdzone podejście do immunizacji.

Po podaniu białek wirusowych do organizmu człowieka dostają się one do komórek prezentujących antygen. Dzięki temu wytwarza się specyficzna odpowiedź immunologiczna skierowana przeciwko związanym z białkiem antygenom. Tego typu preparatami są produkty firmy Sanofi-GSK oraz Novavax, które stanowią ważne nazwy szczepionek na COVID w kategorii szczepionek podjednostkowych. Mechanizm działania tych szczepionek różni się znacznie od technologii mRNA i wektorowej, ale ostatecznie prowadzi do podobnego efektu ochronnego.

Podsumowanie

Rodzaje szczepionek na COVID-19 różnią się znacznie pod względem mechanizmu działania, skuteczności oraz warunków przechowywania. Szczepionki mRNA, takie jak Pfizer i Moderna, oferują najwyższą skuteczność na poziomie 95%, ale wymagają specjalnych warunków przechowywania. Szczepionki wektorowe, reprezentowane przez nazwy szczepionek na COVID takie jak AstraZeneca czy Janssen, są bardziej praktyczne w przechowywaniu, ale ich skuteczność jest zróżnicowana. Szczepionki podjednostkowe stanowią tradycyjne podejście z dobrym profilem bezpieczeństwa. Wszystkie rodzaje szczepionek przeciwko COVID-19 zapewniają skuteczną ochronę przed ciężkim przebiegiem choroby i są bezpieczne w stosowaniu.