Εμβόλια νέας γενιάς: Από το mRNA και τη νανοτεχνολογία στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης

Η πρόοδος των τελευταίων ετών δεν περιορίζεται στην ανάπτυξη νέων εμβολίων, αλλά αλλάζει τον ίδιο τον τρόπο με τον οποίο αυτά σχεδιάζονται, παράγονται, μεταφέρονται και χορηγούνται. Η εμπειρία της πανδημίας Covid-19 επιτάχυνε σημαντικά την αξιοποίηση τεχνολογιών όπως το αγγελιαφόρο (messenger) RNA (mRNA), τα λιπιδικά νανοσωματίδια, την υπολογιστική βιολογία και την τεχνητή νοημοσύνη (ΑΙ). Σήμερα, ορισμένες από αυτές τις τεχνολογίες δεν αποτελούν πλέον πειραματικές προσεγγίσεις αλλά έχουν ήδη περάσει στην κλινική πράξη.

Οι νέες τεχνολογίες στη σύνθεση

Το χαρακτηριστικότερο παράδειγμα είναι η τεχνολογία του mRNA έναντι του ιού SARS-CoV-2. Τα εμβόλια Comirnaty της Pfizer/BioNTech και Spikevax της Moderna απέδειξαν ότι ένα μόριο mRNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα για να δώσει στα κύτταρα τις «οδηγίες» παραγωγής ενός αντιγόνου, χωρίς να απαιτείται η εισαγωγή ολόκληρου του παθογόνου στον οργανισμό.

Η τεχνολογία αυτή έχει πλέον επεκταθεί πέρα από την Covid-19. Το mRESVIA (mRNA-1345) της Moderna, που κωδικοποιεί την προ-σύντηξης μορφή της πρωτεΐνης F του αναπνευστικού συγκυτιακού ιού (RSV), είναι επίσης mRNA εμβόλιο και έχει λάβει ευρωπαϊκή έγκριση για την πρόληψη της νόσου του κατώτερου αναπνευστικού από RSV σε ενήλικες ηλικίας 60 ετών και άνω ή όσους βρίσκονται σε αυξημένο κίνδυνο σοβαρής νόσου.

Η επόμενη εξέλιξη είναι τα αυτο-ενισχυόμενα (self-amplifying) RNA (saRNA) εμβόλια. Σε αυτή την τεχνολογία, το RNA μπορεί να ενισχύσει την παραγωγή του μέσα στο κύτταρο, επιτρέποντας δυνητικά ισχυρή ανοσολογική απάντηση με μικρότερη ποσότητα δραστικού υλικού. Η προσέγγιση βρίσκεται σε πιο πρώιμο στάδιο σε σχέση με τα ήδη εγκεκριμένα mRNA εμβόλια, αλλά θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για το μέλλον.

Η επιτυχία της τεχνολογίας mRNA συνδέεται στενά με τα λιπιδικά νανοσωματίδια (LNPs). Το mRNA είναι ένα ευαίσθητο μόριο και χρειάζεται κατάλληλο σύστημα μεταφοράς ώστε να φθάσει στα κύτταρα. Τα LNPs λειτουργούν ως μικροσκοπικά «οχήματα» που προστατεύουν το RNA και διευκολύνουν την είσοδό του στα κύτταρα. Η έρευνα πλέον προσπαθεί να δημιουργήσει ακόμη πιο εξελιγμένα νανοσωματίδια, με καλύτερη σταθερότητα, ελεγχόμενη απελευθέρωση και μεγαλύτερη δυνατότητα στόχευσης συγκεκριμένων κυττάρων του ανοσοποιητικού. Παράλληλα, αναπτύσσονται πρωτεϊνικά νανοσωματίδια, τα οποία μπορούν να παρουσιάζουν πολλά αντίγραφα ενός αντιγόνου στην επιφάνειά τους και να ενισχύουν την αναγνώριση από το ανοσοποιητικό σύστημα.

Στόχος η αποφυγή των ετήσιων εμβολιασμών

Ένα άλλο πεδίο έρευνας αφορά τη στροφή από τα εποχικά σε καθολικά εμβόλια, όπως στην περίπτωση του ιού της γρίπης. Η συνεχής αντιγονική εξέλιξη του ιού επιβάλλει την περιοδική αναπροσαρμογή των εμβολίων. Η σύγχρονη έρευνα αναζητά επομένως αντιγονικούς στόχους που μεταβάλλονται λιγότερο, καθώς και πολυ-αντιγονικές νανοσωματιδιακές κατασκευές. Ο στόχος είναι ένα εμβόλιο που θα προστατεύει από περισσότερα στελέχη και ενδεχομένως θα μειώνει την ανάγκη για συχνές αναπροσαρμογές.

Εξελίσσεται και ο τρόπος χορήγησης

Οι μικροβελόνες (microneedles) και τα διαδερμικά patches αποτελούν μια από τις σημαντικότερες τεχνολογίες υπό ανάπτυξη. Οι μικροβελόνες διεισδύουν μόνο στα επιφανειακά στρώματα του δέρματος, όπου υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση ανοσολογικών κυττάρων. Θεωρητικά μπορούν να μειώσουν τον πόνο και το άγχος που συνδέεται με την ένεση, ενώ ορισμένες τεχνολογίες μπορούν να βελτιώσουν τη σταθερότητα του εμβολίου και να περιορίσουν τις απαιτήσεις της ψυχρήςαλυσίδας συντήρησης και μεταφοράς.

Μια ακόμη σημαντική κατεύθυνση είναι τα ενδορρινικά και γενικότερα βλεννογονικά εμβόλια. Τα περισσότερα σημερινά εμβόλια προκαλούν κυρίως συστηματική ανοσία. Η χορήγηση από τη ρινική οδό επιδιώκει να δημιουργήσει ανοσολογική απάντηση ήδη στην πύλη εισόδου του παθογόνου, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής τοπικής IgA. Ωστόσο, η αποτελεσματική πρόκληση βλεννογονικής ανοσίας στον άνθρωπο παραμένει πρόκληση.

Η ΑΙ σε όλο τον κύκλο ζωής του εμβολίου

Ίσως η πιο βαθιά αλλαγή όμως να μην αφορά ένα συγκεκριμένο εμβόλιο αλλά τον τρόπο με τον οποίο ανακαλύπτουμε το επόμενο εμβόλιο με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης (ΑΙ). Παραδοσιακά, ο σχεδιασμός ενός εμβολίου απαιτούσε μεγάλο αριθμό δοκιμών για να εντοπιστεί ποιο τμήμα ενός παθογόνου μπορεί να προκαλέσει ισχυρή και κατάλληλη ανοσολογική απάντηση. Σήμερα, αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης μπορούν να αναλύουν τεράστιες βάσεις δεδομένων γονιδιωμάτων και πρωτεϊνικών αλληλουχιών και να προβλέπουν ποια αντιγόνα ή επίτοποι έχουν τις μεγαλύτερες πιθανότητες να αναγνωριστούν από το ανοσοποιητικό σύστημα.

Η ΑΙ μπορεί επίσης να βοηθήσει στην πρόβλεψη της τρισδιάστατης δομής πρωτεϊνών, στην επιλογή συντηρημένων περιοχών ενός μεταβαλλόμενου ιού, στην πρόβλεψη αλληλεπιδράσεων αντιγόνου-αντισώματος και στην επιλογή επιτόπων που μπορούν να αναγνωριστούν από διαφορετικούς πληθυσμούς μέσω των μορίων HLA.

Οι αλγόριθμοι μπορούν επίσης να συμβάλουν και στη βελτιστοποίηση της αλληλουχίας του mRNA εμβολίου, με στόχο καλύτερη έκφραση της επιθυμητής πρωτεΐνης και κατάλληλα χαρακτηριστικά σταθερότητας.

Στο μέλλον, η ΑΙ αναμένεται να χρησιμοποιείται όχι μόνο πριν από την ανάπτυξη ενός εμβολίου αλλά σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής του: από την ανάλυση της γονιδιακής εξέλιξης ενός παθογόνου και την πρόβλεψη νέων παραλλαγών έως την επιλογή αντιγόνων, τον σχεδιασμό της παραγωγής και την ανάλυση δεδομένων από πραγματικές συνθήκες χρήσης. Αξίζει όμως να τονίσουμε ότι η ΑΙ δεν αποδεικνύει ότι ένα εμβόλιο είναι αποτελεσματικό. Παράγει υπολογιστικές προβλέψεις, οι οποίες πρέπει να επιβεβαιωθούν εργαστηριακά, προκλινικά και τελικά σε καλά σχεδιασμένες κλινικές μελέτες. Η μεγαλύτερη αξία της βρίσκεται στην ικανότητά της να μειώνει τον χρόνο και το κόστος της αναζήτησης και να επιτρέπει στους ερευνητές να εξετάζουν πολύ περισσότερες πιθανότητες από όσες θα ήταν εφικτές μόνο με τις κλασικές μεθόδους.

Συμπερασματικά, το βασικό μήνυμα είναι ότι η «νέα γενιά» εμβολίων έχει ήδη ενταχθεί στην κλινική πράξη με τα mRNA εμβόλια έναντι του SARS-CoV-2 και του RSV. 'Aλλες τεχνολογίες, όπως τα saRNA, τα προηγμένα νανοσωματίδια, τα βλεννογονικά εμβόλια, οι μικροβελόνες και ο υπολογιστικός σχεδιασμός με ΑΙ, βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης. Στο άμεσο μέλλον, όλες αυτές οι νέες τεχνολογίες θα λειτουργούν συμπληρωματικά, με τελικό στόχο εμβόλια που σχεδιάζονται ταχύτερα, που παρέχουν αποτελεσματικότητα και ευρεία προστασία, που είναι ευκολότερα στη χορήγηση και περισσότερο προσβάσιμα στον πληθυσμό τόσο σε εθνικό όσο και σε διεθνές επίπεδο.

Πηγή: Φαρμακευτικός Κόσμος #209.