miniatura|Transcrición do ARNm in vitro, activación da inmunidade innata e adaptativa.|upright=1 Unha vacina de ARNm é un tipo de vacina que usa unha copia dunha molécula de ARN mensaxeiro (ARNm ou mRNA) para producir unha resposta inmune. A vacina entrega moléculas dun ARNm que codifica un antíxeno ás células inmunitarias, as cales usan o ARNm deseñado como molde para construír unha proteína allea ao organismo, que normalmente sería producida por un patóxeno infeccioso (como, por exemplo, un virus) ou por unha célula cancerosa. Estas moléculas de proteínas estimulan unha resposta inmunitaria adaptativa que ensina ao corpo a identificar e destruír o patóxeno correspondente ou as células cancerosas. O ARNm é entregado no interior do corpo por unha coformulación do ARN encapsulado en nanopartículas lipídicas que protexen as febras de ARN e axudan á súa absorción nas células. miniatura|Vídeo que mostra como funciona unha vacina de ARNm|thumbtime=156 A reactoxenicidade, a tendencia dunha vacina a producir reaccións adversas, é similar á das vacinas convencionais non de ARN. As persoas susceptibles a ter unha resposta autoinmune poden ter unha reacción adversa ás vacinas de ARN mensaxeiro. As vantaxes das vacinas de ARNm sobre as vacinas tradicionais son as seguintes: a facilidade para deseñalas, a velocidade e baixo custo de produción, a indución de inmunidade celular e humoral e a falta de interacción co ADN xenómico. Aínda que algunhas vacinas de ARN mensaxeiro, como a vacina da COVID-19 de Pfizer–BioNTech, teñen a desvantaxe de necesitar almacenamento ultrafrío antes da súa distribución; outras vacinas de ARNm, como a de Moderna, CureVac e Walvax, non teñen esa necesidade.
Na terapéutica de ARN as vacinas de ARN mensaxeiro espertaron un considerable interese, como as vacinas da COVID-19. En decembro de 2020, Pfizer–BioNTech e Moderna obtiveron autorización para as súas vacinas da COVID-19 baseadas no ARNm. O 2 de decembro, a Axencia Reguladora de Medicinas e produtos Sanitarios (MHRA) do Reino Unido foi o primeiro regulador de medicamentos que aprobou a vacina de ARNm, autorizando o uso xeral da vacina de Pfizer–BioNTech. O 11 de decembro, a Administración de Medicinas e Alimentos (FDA) dos Estados Unidos emitiu unha autorización de uso de emerxencia para a vacina de Pfizer–BioNTech e unha semana despois autorizou tamén a vacina de Moderna.
Historia Primeiras investigacións miniatura|Liña de tempo dalgúns descubrimentos clave e avances no desenvolvemento da tecnoloxía de fármacos baseados no ARNm.
A primeira transfección con éxito de ARNm empaquetado dentro dunha nanopartícula liposómica nunha célula publicouse en 1989. O ARNm "espido" (ou non protexido) feito no laboratorio inxectouse un ano máis tarde no músculo de ratos. Estes estudos foron a primeira proba de que o ARNm transcrito in vitro cun xene elixido podía entregar a información xenética para producir unha proteína desexada dentro dun tecido celular vivo e iso levou á proposta conceptual das vacinas de ARNm.Patent: WO1990011092 ; Inventors: Philip L. Felgner, Jon Asher Wolff, Gary H. Rhodes, Robert Wallace Malone, Dennis A. Carson; Assignees: Vical Inc., Wisconsin Alumni Research Foundation; Title: "Expression of Exogenous Polynucleotide Sequences in a Vertebrate "; (Cita: "O presente invento relaciónase coa introdución de secuencias de ADN e ARN espidas nun vertebrado para conseguir a expresión controlada dun polipéptido. É útil en terapia xénica, vacinación e en calquera situación terapéutica na cal un polipéptido debería administrarse a células in vivo"; Exemplo 8: vacinación de ARNm de ratos para producir a proteína gpl20 do VIH); Data de prioridade: 21 de marzo de 1989; data de publicación: 4 de outubro de 1990.
En 1993 observouse que o ARNm encapsulado en liposomas que codifica un antíxeno estimulaba células T en ratos. Ao ano seguinte desenvolveuse o ARNm autoamplificante ao incluír un xene dun antíxeno viral e un xene que codificaba unha replicase. O método foi utilizado en ratos tanto para provocar respostas inmunitarias humorais coma celulares contra un patóxeno viral. Ao ano seguinte observouse que un ARNm que codificaba un antíxeno tumoral orixinaba unha resposta inmunitaria similar contra as células cancerosas en ratos.
Desenvolvemento
O primeiro ensaio clínico en humanos no que se usaban células dendríticas ex vivo transfectadas con ARNm que codificaba antíxenos tumorais (vacina de ARNm do cancro terapéutica) empezou en 2001. Catro anos despois, informouse do uso con éxito de nucleósidos modificados como método par transportar ARNm ao interior de células sen activar o sistema de defensa do corpo. Os resultados dos ensaios clínicos dunha vacina de ARNm inxectada directamente no corpo contra células tumorais publicáronse en 2008.
BioNTech en 2008 e Moderna en 2010 fundáronse para desenvolver biotecnoloxías de ARNm. A axencia de investigación dos Estados Unidos DARPA lanzou nesa época un programa de investigación biotecnolóxica chamado ADEPT para desenvolver as tecnoloxías emerxentes para o exército dos Estados Unidos. A axencia recoñeceu o potencial da tecnoloxía dos ácidos nucleicos para a defensa contra pandemias e empezou a investir neste eido. Os investimentos de DARPA foron vistos como un voto de confianza nesta tecnoloxía que, á súa vez, animou outras axencias gobernamentais e investidores privados a investir na tecnoloxía do ARNm. DARPA concedeu nesa época unha subvención de 25 millóns de dólares a Moderna.
Os primeiros ensaios clínicos humanos usando unha vacina de ARNm contra un axente infeccioso (da rabia) empezou en 2013. Nos seguintes anos comezaron os ensaios clínicos de vacinas de ARNm para outros varios virus. As vacinas de ARNm para uso humano foron estudadas para axentes infecciosos como os virus da influenza, virus Zika, citomegalovirus e virus Chikungunya.
En marzo de 2022 Moderna anunciou o desenvolvemento de vacinas de ARNm para 15 doenzas, que eran: Chikungunya, COVID-19, febre hemorráxica de Crimea-Congo, dengue, ébola, VIH/SIDA, malaria, enfermidade do virus Marburg, febre de Lassa, coronavirus relacionado coa MERS (MERS-CoV), infección polo virus Nipah e henipavirus, febre do Val do Rift, febre grave con síndrome de trombocitopenia, tuberculose e febre de Zika.
Aceleración A pandemia de COVID-19 e a secuenciación do virus causante SARS-CoV-2 a principios de 2020, levou a un rápido desenvolvemento das primeiras vacinas de ARNm aprobadas. BioNTech e Moderna en decembro dese mesmo ano obtiveron a aprobación das súas vacinas da COVID-19 baseadas en ARNm. O 2 de decembro, sete días despois do seu ensaio final de oito semanas, a Axencia Reguladora de Medicinas e produtos Sanitarios do Reino Unido (MHRA) converteuse no primeiro regulador de medicinas global en aprobar unha vacina de ARNm, outorgando unha autorización de emerxencia para a vacina da COVID-19 de Pfizer–BioNTech BNT162b2 para o seu uso xeral. O 11 de decembro, a FDA nos Estados Unidos deu unha autorización de emerxencia para a vacina da COVID.19 de Pfizer–BioNTech e unha semana despois unha aprobación similar para a vacina de Moderna. Outras vacinas de ARNm continúan desenvolvéndose.
Mecanismo
miniatura|upright=1|Unha ilustración do mecanismo de acción dunha vacina de ARNm.
O obxectivo dunha vacina é estimular o sistema inmunitario adaptativo para crear anticorpos que se unan con precisión a un determinado patóxeno. Os marcadores presentes no patóxeno ao que se unen os anticorpos son os antíxenos.
As vacinas tradicionais estimulan unha resposta de anticorpos ao inxectar no corpo antíxenos, un microorganismo ou virus atenuado (debilitado), un virus inactivado, ou un vector viral recombinante que codifica un antíxeno (virus portador inofensivo cun transxene que codifica o antíxeno). Estes antíxenos e virus son preparados e cultivados fóra do corpo.
A diferenza das anteriores, as vacinas de ARNm introducen un fragmento de curta vida creado sinteticamente da secuencia de ARNm dun virus na persoa que vai ser vacinada. Estes fragmentos de ARNm son captados polas células dendríticas por medio da fagocitose. As células dendríticas usan a súa maquinaria interna (ribosomas) para ler o ARNm e producir os antíxenos virais que codifica o ARNm. O corpo degrada os fragmentos de ARNm en poucos días despois da súa introdución. Aínda que as células non inmunes poden potencialmente absorber o ARNm da vacina, producir antíxenos e expoñelos na súa superficie, as células dendríticas absorben glóbulos de ARNm moito máis doadamente. Os fragmentos de ARNm son trasladados ao citoplasma e non afectan o ADN xenómico do corpo, localizado separadamente no núcleo celular.
Unha vez que a célula hóspede produce os antíxenos virais, comezan os procesos normais do sistema inmunitario adaptativo. Os antíxenos son rotos en cachos polos proteasomas. Despois as moléculas do complexo maior de histocompatibilidade (MHC) de clase I e II únense ao antíxeno e transpórtano á membrana plasmática, "activando" as células dendríticas. Unha vez activadas, as células dendríticas migran aos ganglios linfáticos, onde presentan o antíxeno a células T e B. Isto desencadea a produción de anticorpos especificamente afíns ao antíxeno, ao cal se unirán, o que finalmente ten como resultado a inmunidade a ese antíxeno.
ARNm
miniatura|Os compoñentes ARNm importantes para expresar a secuencia do antíxeno. O compoñente central dunha vacina de ARNm é o seu construto de ARNm. O ARNm transcrito in vitro xérase a partir dun ADN de plásmido preparado por enxeñaría xenética, que ten un promotor da ARN polimerase e unha secuencia que corresponde á do construto de ARNm. Combinando a ARN polimerase do fago T7 e o ADN do plásmido, o ARNm pode ser transcrito no laboratorio. A eficacia da vacina depende da estabilidade e estrutura do ARNm deseñado.
O ARNm transcrito in vitro ten os mesmos compoñentes estruturais que o ARNm natural en células eucariotas. Ten unha carapucha 5' (5' cap), unha rexión non traducida 5' (5' UTR) e outra 3'-UTR, un marco de lectura aberto (ORF), que codifica o antíxeno relevante, e unha cola 3'-poli(A). Modificando estes compoñentes do ARNm sintético, poden potenciarse a estabilidade e a capacidade traducional do ARNm e, á súa vez, mellora a eficacia da vacina.
O ARNm pode mellorarse usando análogos sintéticos da 5'-cap, o cal aumenta a estabilidade e incrementa a tradución da proteína. De xeito similar, poden alterarse os elementos reguladores nas rexións non traducidas 5' e 3', e a lonxitude da cola poli(A) é optimizada, para estabilizar o ARNm e incrementar a produción de proteínas. Os nucleótidos do ARNm poden ser modificados para á vez diminuír a activación da inmunidade innata e incrementar a vida media do ARNm na célula hóspede. A secuencia de ácido nucleico e o uso dos codóns inflúe na tradución da proteína. Enriquecendo a secuencia con contido en guanina-citosina mellora a estabilidade e vida media do ARNm e, á súa vez, a produción da proteína. Tamén mellora a produción de proteínas a substitución de codóns raros por codóns sinónimos usados frecuentemente pola célula hóspede.
Entrega da vacina no interior do corpo
miniatura|Pincipais métodos de liberación e transporte de moléculas para vacinas de ARNm. Para que unha vacina teña éxito debe entrar suficiente ARNm no citoplasma da célula hóspede para estimular a produción de antíxenos específicos. Porén, a entrada de moléculas de ARNm enfróntase a diversas dificultades. Non só son moléculas de ARNm demasiado grandes para cruzar a membrana plasmática por difusión simple, están tamén cargadas negativamente, igual que a membrana plasmática, o que causa unha mutua repulsión electrostática. Ademais, o ARNm é degradado doadamente polas RNAases na pel e no sangue.