История мРНК вакцин – от технологии до современных вакцин

Один из самых частых аргументов противников вакцинации от COVID-19 – «как можно доверять только что придуманным вакцинам». Однако это не так. В предыдущей части статьи  мы рассказывали, как обкатывалась технология использования мРНК для использования ее в качестве лекарственного средства, в этой – поговорим о том, как из этой технологии получились современные  вакцины, и, самое главное, – кому же давать за это Нобелеку?1

Статья опирается на обзор журнала Nature.

Маленькая лошадка

Помимо особенностей самой мРНК, которую разные ученые из разных стран мира доводили до идеала более 40 лет, есть и еще одна немаловажная составляющая успешности мРНК-вакцины – ее транспорт и защитник, липидные наночастицы (LNP, SLNs, sLNPs, solid lipid nanoparticles), небольшие структуры, имеющие верхний слой из жира, который не растворяется в воде. Липиды защищают мРНК от разрушения, проносят ее через организм и доставляют непосредственно в клетки. Благодаря липидной оболочке мРНК может проникнуть через клеточную плазматическую мембрану и достичь цитозоля, то есть содержимого клетки.

Липидные наночастицы – это смесь четырех жирных молекул: три отвечают за поддержку формы и стабильность, а четвертая, называемая ионизируемым липидом, является ключевым элементом успешности липидной наночастицы. Это вещество заряжается положительно в лабораторных условиях, что так же, как и липосомы, разработанные Фельгнером и испытанные Мэлоуном в конце 1980-х годов, позволяет ему лучше взаимодействовать с остовом мРНК. Но ионизируемые липиды, в отличие от липосом Фельгнера, в физиологических условиях (например, в кровотоке) возвращают себе нейтральный заряд, что ограничивает их токсическое воздействие на организм.

Более того, коктейль из четырех липидов позволяет дольше хранить лекарство (или вакцину) и поддерживать его стабильность в организме. Фактически, он – залог успешного производства мРНК-вакцины.

Жирные споры

Отец LNP – вернее отцы, потому что технологию разрабатывала команда ученых – Иэн Маклахлан и Питер Куллис, биохимики из Университета Британской Колумбии в Ванкувере, Канада. Последний также являлся главой лаборатории, совершившей открытие, и нескольких компаний, которые он основал или возглавлял, работавших с LNP. Иэн Маклахлан был научным директором небольших компаний Protiva Biotherapeutics и Tekmira Pharmaceuticals, сыгравших основную роль в разработке системы липидной доставки.

В конце 90-х Маклахлан и Куллис работали над низкомолекулярным препаратом для химиотерапии, а также искали способ упаковать ДНК или РНК в липидную оболочку и безопасно доставить их в клетки. У них получалось упаковывать короткие фрагменты ДНК в липосомы, но более крупные молекулы, необходимые для генной терапии, никак не удавалось «завернуть». Тогда усилия было решено разделить: родительская компания продолжила разрабатывать перспективный препарат для химиотерапии, а Маклахлан в 2000-м «отпочковался» со своим липидным проектом в другую компанию, которую назвали Protiva Biotherapeutics. Вскоре ее сотрудникам удалось заставить липиды упаковывать генетический материал: Лорн Палмер и Ллойд Джеффс придумали подавать в один из патрубков Т-образного смесителя раствор липидов в этаноле, а в противоположный – солевой раствор с генетическим материалом. Затем ученые «выстреливали» двумя этими растворами навстречу друг другу. При столкновении липиды образовали плотную наночастицу, которая мгновенно инкапсулировала генетический материал. Метод был очень прост и эффективен. В отличие от предыдущих методик, он работал2.

Команда Маклахлана тут же разработала новую наночастицу, состоящую из четырех видов липидов. Материнская компания Маклахлана тоже использовала эти липиды в ранних экспериментах, но ее липосомы были пузырьковыми, а у наночастицы Маклахлана имелось твердое ядро. Подчиненные Маклахлана также вычислили и точные соотношения четырех липидов и детально описали свой метод доставки в патенте.

После этого Protiva заключила договор с биотехнологической компанией Alnylam из Массачусетса, чтобы работать над РНК-средством на основе метода РНК-интерференции, когда подавляется активность поврежденных генов, вызывающих заболевания. Вскоре к ним присоединилась и материнская компания, которая не достигла успеха в разработке своего химиотерапевтического препарата, а потому вернулась к совершенствованию систем доставки, придуманных Маклахланом. Их детище, патисиран, в настоящее время одобрено для лечения редкого наследственного заболевания.

Патисиран, торговое наименование Onpattro – это лекарственный препарат для лечения заболеваний периферической нервной системы, связанных с наследственным  амилоидозом, вызванным аномальным накоплением белка транстиретина. Патисиран подавляет синтез транстиретина путем РНК-интерференции. Молекула лекарства представляет собой короткую двухцепочную РНК, в которой ряд нуклеотидов модифицирован. Одна из цепей РНК связывается с молекулой матричной РНК транстиретина, что приводит к угнетению синтеза этого белка, а так как у пациентов, страдающих наследственной амилоидной полинейропатией, наблюдается повышенная его продукция, ее угнетение снижает патологическую нагрузку на нервную систему и другие органы.

Однако патисиран стал и яблоком раздора между учеными. Спор вспыхнул из-за того, что Protiva и ее материнская компания независимо друг от друга работали с Alnylam над системой липидной доставки. Куллис стал судиться с Маклахланом.  

В 2008 году Protiva поглотила то, что осталось от материнской компании, а Куллис и его группа создали новую фирму, работающую над липидными наночастицами. И спор вспыхнул снова. В нашем рассказе он занимает довольно важное место, потому что именно вокруг патентов на систему доставки сейчас и разворачивается большая часть скандалов, связанных с мРНК-вакцинами. Не вдаваясь в подробности глубоко, отметим, что Tekmira (так назывался в то время поглощенный компанией Маклахлана остаток исходной компании) получила свои 65 миллионов долларов и десятки патентов, а новая компания Куллиса Acuitas Therapeutics – ограниченную лицензию на систему доставки Маклахлана для создания мРНК-продуктов с нуля3.

После того, как средства на основе РНК-интерференции начали показывать многообещающие результаты в клинических испытаниях, липидными наночастицами заинтересовались многие. Так, Acuitas Therapeutics начала общий проект с группой Вайсмана и несколькими компаниями, производящими мРНК, и стала тестировать различные соединения мРНК-LNP. Одно из этих соединений теперь можно найти в антикоронавирусных вакцинах от BioNTech и CureVac. А Каталин Карико, автор новаторской модифицированной мРНК, еще с 2006 года пытавшаяся упросить Маклахлана упаковать ее детище в липидную оболочку, в 2013-м лично прилетела на встречу с руководством Tekmira и сказала, что готова работать в Ванкувере под руководством Маклахлана. Tekmira ей отказала.

Moderna тоже начала переговоры с Маклахлановской Tekmira, но зашла в тупик. Тогда Moderna стала сотрудничать с Acuitas Therapeutics Куллиса. Это послужило причиной нового витка патентных скандалов.

Acuitas выдала Moderna сублицензию на технологию липидной доставки для создания мРНК-вакцины против гриппа, что возмутило держателей патента, Tekmira (к тому времени Маклахлан, совершенно деморализованный необходимостью судебных слушаний, из компании ушел, а его коллега, с которым они разрабатывали свои липиды, Мюррей, переименовал компанию в Arbutus BioPharma). В итоге патент вернулся к исходному правообладателю, однако Moderna было разрешено использовать его в разработке четырех препаратов, которую она уже начала.

Arbutus BioPharma снова переименовали – сейчас она называется Genevant Sciences, и именно ей принадлежат права на липидную систему доставки и ее коммерческое использование. На основе этой системы, например, разрабатывались пять программ мРНК-онкотерапии от BioNTech.  

Moderna же решила продолжить судебный путь. В июле 2020-го, когда исследования ее антиковидной вакцины шли полным ходом, Бюро по патентам и товарным знакам США отказало фирме в требовании аннулировать несколько патентов на систему доставки Маклахлана. Теперь Moderna ждет решения апелляционного суда.

Рождение индустрии

Но вернемся к мРНК в нулевые. К концу 2000-х уже несколько крупных фармацевтических компаний начали заниматься мРНК. Например, в 2008 году и Novartis, и Shire создали подразделения по исследованию мРНК: первые  сосредоточилось на вакцинах, а вторые – на лекарственных средствах. В том же году начала работать и компания BioNTech, а вскоре в гонку вступили и другие фармакологические стартапы, чему способствовало решение знаменитого DARPA, Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, начать финансирование отраслевых исследователей для изучения РНК-вакцин и лекарств.

Moderna тоже оказалась в этом списке. Так, к 2015 году ей выделили более миллиарда долларов, потому что она пообещала найти способ использовать РНК для стимуляции клеток нашего организма производить лекарства. Такой подход помог бы вылечить заболевания, вызванные отсутствием или дефектом белков. Потерпев в этом начинании неудачу, Moderna выбрала себе менее амбициозную цель – производство вакцин.

Сначала это решение разочаровало многих, потому что вакцины казались менее прибыльным и ограничивающим возможность выбора дальнейшего пути развития делом. До начала 2020 года Moderna успела оттестировать девять мРНК-вакцин-кандидатов от инфекционных заболеваний. Ни одно из испытаний не завершилось успешно. До финальных стадий дошла только одна вакцина.

Но негативный опыт – тоже опыт. И когда случился COVID-19, Moderna моментально включилась в вакцинную гонку, создав вакцину-прототип в течение нескольких дней после того, как последовательность вирусного генома стала доступной. После этого, проведя в сотрудничестве с Национальным институтом аллергологии и инфекционных заболеваний США (NIAID) успешные исследования на мышах, менее чем за десять недель она запустила клинические испытания на людях!

BioNTech также использовала авральный подход. Уже в марте 2020 года BioNTech объединила усилия с фармфирмой Pfizer, и клинические испытания завершились в рекордные сроки – от начала тестирования на людях до получения экстренного одобрения прошло менее восьми месяцев.

Обе эти вакцины, получившие разрешение ВОЗ и локальных фармрегуляторов, используют модифицированную мРНК, «завернутую» в липидные наночастицы.

Чья Нобелевка?

Большинство ученых считают, что Нобелевскую премию должны получить Карико и Вайсман. Они уже получили ряд других премий, в том числе Breakthrough Prizes (самая прибыльная награда в науке) и престижную испанскую Премию принцессы Астурийской за технические и научные исследования. Также Премией принцессы Астурийской за технические и научные исследования были отмечены Фельгнер, Шахин, Тюречи, Росси, и «родители» векторной вакцины от COVID-19 Сара Гилберт (вакцинолог из Оксфорда) и фармацевтическая компания AstraZeneca.

Многие также считают, что Карико особенно заслуживает награды, так как ее вклад в исследования и в сообщество исследователей мРНК в целом сложно переоценить. Действительно, как мы уже видели, она не только смогла создать подходящую для лекарственных средств и вакцин  мРНК, но и первой поняла важность открытий в смежной области липидных наночастиц.

Совершенно за пределами внимания общественности остается Иэн Маклахлан, отошедший от дел в 2014-м на фоне нервного срыва из-за судебных разбирательств. Если ВОЗ решит сделать патенты доступными всем, он лишится даже тех малых финансовых отчислений, которые получает как один из авторов систем LNP.

Его конкурент и коллега Куллис имеет лишь одну награду – 5000 долларов от Общества контролируемого высвобождения, профессиональной организации ученых, изучающих препараты с замедленным высвобождением.

Ну а отец заряженных липосом Фельгнер просто очень рад, что все, о чем они мечтали, воплощается сейчас в жизнь.

Примечания

• 1. История мРНК вакцин – как возникала технология
• 2. Jeffs, L. B. et al. A Scalable, Extrusion-Free Method for Efficient Liposomal Encapsulation of Plasmid DNA
• 3. Иэн Маклахлан совершил прорыв, без которого Pfizer и Moderna не смогли бы создать вакцины против COVID-19. Как ученый остался без прав на свои разработки и огромного вознаграждения