Ad oggi, i vaccini a mRNA hanno visto il loro maggior campo di utilizzo globale nella lotta alla pandemia di COVID-19. È in corso un’intensa ricerca su molte altre potenziali applicazioni di questa tecnologia vaccinale, il che suggerisce un futuro promettente. Martina Prelog, MD, specialista in medicina pediatrica e adolescenziale presso l’Ospedale universitario di Würzburg in Germania, ha riferito sui principi, sullo stato della ricerca e sulle prospettive di questi vaccini al 25° Forum viaggi e salute del Centro per la medicina dei viaggi a Berlino.
Per comprendere il futuro, l’immunologo ha prima esaminato il passato. “L’induzione di risposte immunitarie cellulari e umorali mediante mRNA iniettato esternamente è stata scoperta negli anni ’90”, ha affermato.
Sfida di instabilità
Ostacoli significativi nelle vaccinazioni contro l’mRNA includevano l’instabilità dell’mRNA e la capacità del sistema immunitario di identificare l’mRNA estraneo come una minaccia e di distruggere i frammenti di mRNA. “La svolta verso la vaccinazione è arrivata grazie alla dottoressa Katalin Karikó, che, insieme al dottor Drew Weissman, entrambi della School of Medicine dell’Università della Pennsylvania, ha scoperto nel 2005 che le modifiche dell’mRNA (sostituendo il nucleoside uridina con pseudouridina) consentono una migliore stabilità della mRNA, ridotta immunogenicità e maggiore capacità traduzionale dei ribosomi”, ha affermato il dott. Prelog.
Con questa scoperta, i due ricercatori hanno aperto la strada allo sviluppo di vaccini a mRNA contro il COVID-19 e altre malattie. Lo scorso anno hanno ricevuto il Premio Nobel per la medicina per la loro scoperta.
Modularitá migliorata
“Dal 2009, i vaccini mRNA sono stati studiati come opzione terapeutica per il cancro”, ha affermato il dott. Prelog. “Dal 2012, sono stati studiati per il virus dell’influenza e il virus respiratorio sinciziale [RSV].” Di conseguenza, diversi vaccini a mRNA sono attualmente in fase di sviluppo o in studi di approvazione. “La tecnologia dell’mRNA offre il vantaggio di rispondere in modo rapido e flessibile alle nuove varianti di agenti patogeni e la capacità di aumentare la produzione quando c’è una forte domanda per un particolare vaccino”.
Vengono utilizzate diverse forme e denominazioni di vaccini mRNA, a seconda dell’applicazione e dell’effetto desiderato, ha affermato il dott. Prelog.
Nei vaccini a mRNA modificati con nucleosidi, le modifiche nella sequenza dell’mRNA consentono all’mRNA di rimanere nell’organismo più a lungo e di indurre la sintesi proteica in modo più efficace.
I vaccini mRNA incapsulati con nanoparticelle lipidiche (LNP) proteggono le sequenze codificanti di mRNA dalla degradazione da parte degli enzimi del corpo e facilitano l’assorbimento dell’mRNA nelle cellule, dove poi innesca la produzione della proteina desiderata. Inoltre, gli LNP sono coinvolti nella stimolazione cellulare e supportano l’effetto autoadiuvante dei vaccini a mRNA, eliminando così la necessità di adiuvanti.
I vaccini a mRNA autoamplificanti includono uno speciale mRNA che si replica nella cellula e contiene una sequenza per la replicasi dell’RNA, oltre alla sequenza codificante per la proteina. Questa composizione consente una maggiore produzione della proteina bersaglio senza la necessità di una quantità elevata di somministrazione di mRNA esterno. Tali vaccini potrebbero innescare una risposta immunitaria più lunga e più forte perché il sistema immunitario ha più tempo per interagire con la proteina.
Immunoterapia contro il cancro
Il Dott. Prelog ha inoltre discusso dei vaccini personalizzati per l’immunoterapia antitumorale. I vaccini personalizzati a mRNA sono adattati alle caratteristiche genetiche e agli antigeni del paziente. Potrebbero essere utilizzati nell’immunoterapia antitumorale per attivare selettivamente il sistema immunitario contro le cellule tumorali.
I vaccini multivalenti a mRNA contengono mRNA che codifica più antigeni anziché una sola proteina per generare una risposta immunitaria. Questi vaccini potrebbero essere particolarmente utili nel combattere gli agenti patogeni con strutture superficiali variabili o mutevoli o nel suscitare protezione contro più agenti patogeni contemporaneamente.
La tecnologia degli anticorpi codificati da mRNA prevede l’introduzione di mRNA nella cellula, che crea catene leggere e pesanti di anticorpi. Questo passaggio porta alla formazione di anticorpi mirati contro le tossine (ad esempio, difterite e tetano), veleni animali, agenti infettivi o cellule tumorali.
Ingegneria genetica
Il dottor Prelog ha anche esaminato le tecniche di ingegneria genetica. Nella terapia rigenerativa o nella terapia sostitutiva proteica, i fibroblasti cutanei o altre cellule vengono trasfettati con mRNA per consentire la conversione in cellule staminali pluripotenti indotte. Questo approccio evita il rischio di integrazione del DNA nel genoma e i rischi di mutazione associati.
Un altro approccio consiste nell’effettuare modifiche post-trascrizionali attraverso l’interferenza dell’RNA. Ad esempio, le strutture dell’RNA possono essere utilizzate per inibire la traduzione delle proteine che causano malattie. Questa tecnica è attualmente in fase di sperimentazione contro l’HIV e tumori come il melanoma.
Inoltre, le tecnologie mRNA possono essere combinate con la tecnologia CRISPR/Cas9 (“forbici genetiche”) per influenzare in modo ancora più preciso la creazione di prodotti genetici. Il vantaggio di questa tecnica è che l’mRNA viene espresso solo transitoriamente, evitando così effetti collaterali indesiderati. Inoltre, l’mRNA viene tradotto direttamente nel citoplasma, portando ad un più rapido avvio dell’editing genetico.
Dei numerosi studi clinici in corso sui vaccini a mRNA, circa il 70% si concentra sulle infezioni, circa il 12% sul cancro e il resto sulle malattie autoimmuni e sui disturbi neurodegenerativi, ha affermato il dottor Prelog.
Ricerca sulle infezioni
La ricerca nel campo delle malattie infettive e dell’oncologia è la più avanzata: i vaccini a mRNA contro l’influenza e il RSV sono già in fase di sperimentazione clinica avanzata, ha detto il dottor Prelog a questa testata giornalistica.
“I vaccini antinfluenzali convenzionali contengono molecole di superficie immunogeniche contro l’emoagglutinina e la neuraminidasi in varie combinazioni di ceppi influenzali A e B e sono prodotti in colture di uova o cellule”, ha affermato. “Si tratta di un processo di produzione dispendioso in termini di tempo che richiede mesi e, in particolare con il processo a base di uova, comporta il rischio di modificare il ceppo del vaccino”.
“Inoltre, i virus dell’influenza subiscono uno spostamento antigenico e vanno alla deriva attraverso la ricombinazione, richiedendo quindi aggiustamenti annuali ai vaccini. Pertanto, questi vaccini antinfluenzali spesso perdono precisione nel colpire i ceppi influenzali stagionali circolanti”.
Diversi vaccini a mRNA in fase di test contengono non solo sequenze codificanti contro l’emoagglutinina e la neuraminidasi, ma anche per le proteine strutturali dei virus dell’influenza. “Questi sono più conservati e mutano meno facilmente, il che significa che potrebbero servire come base per i vaccini universali contro l’influenza pandemica”, ha affermato il dott. Prelog.
Un vantaggio dei vaccini a mRNA, ha aggiunto, è la forte risposta immunitaria cellulare che suscitano. Questa risposta ha lo scopo di fornire una protezione aggiuntiva insieme ad anticorpi specifici. Un vaccino mRNA con sequenze codificanti per la proteina pre-fusione dell’RSV è in fase 3 di sperimentazione per l’approvazione per la vaccinazione in pazienti di età pari o superiore a 60 anni. Mostra un’elevata efficacia anche nei pazienti più anziani e in quelli con comorbidità.
Processo di purificazione elaborato
Il DNA plasmidico di origine batterica viene utilizzato per produrre vaccini a mRNA. I vaccini mRNA per il COVID-19 hanno sollevato preoccupazioni sul fatto che i residui di DNA legati alla produzione potrebbero rappresentare un rischio per la sicurezza e causare malattie autoimmuni.
Questi vaccini “tipicamente subiscono un processo di purificazione molto elaborato”, ha affermato il dott. Prelog. “Ciò comporta la digestione enzimatica con DNasi per frammentare ed esaurire il DNA plasmidico, seguita dalla purificazione utilizzando colonne cromatografiche, in modo che in seguito non rimangano frammenti di DNA rilevanti per la sicurezza”.
Pertanto, il Paul-Ehrlich-Institut ha anche sottolineato che i residui molto piccoli e frammentati di DNA plasmidico di origine batterica nei vaccini mRNA COVID-19 non rappresentano alcun rischio, a differenza del DNA residuo della coltura di cellule animali che potrebbe comportare in altri vaccini.
Prevenzione e terapia
Oltre ai numerosi vantaggi dei vaccini a mRNA (come la rapida adattabilità ad agenti patogeni nuovi o mutati, la scalabilità, la rapida capacità di produzione, l’effetto autoadiuvante, la forte induzione di risposte immunitarie cellulari e la sicurezza), ci sono anche sfide nella tecnologia dell’RNA come una misura preventiva e terapeutica, secondo il dottor Prelog.
“La stabilità e la conservabilità, così come i costi dello sviluppo di nuovi vaccini, svolgono un ruolo, così come gli effetti a lungo termine riguardanti la persistenza degli anticorpi e delle risposte cellulari”, ha affermato. I vaccini a mRNA COVID-19, ad esempio, hanno mostrato una risposta immunitaria cellulare ben mantenuta nonostante la tendenza verso un rapido declino della risposta immunitaria umorale.
“L’esperienza con i vaccini mRNA contro il COVID-19 e i nuovi sviluppi di vaccini basati sulla tecnologia mRNA danno speranza per un uso preventivo e terapeutico efficiente e sicuro, in particolare nei campi delle malattie infettive e dell’oncologia”, ha concluso il dott. Prelog.
Tratto da Chest Physician®