By 
Випадкове відкриття обернулося несподіваним успіхом, коли команда міждисциплінарних дослідників BU створила нову вдосконалену вакцину проти COVID. Все почалося в лабораторії. Двоє докторантів Бостонського університету, Джошуа МакГі (ENG’26) і Джек Кірш (ENG’23), створювали та тестували різні типи РНК — ланцюги рибонуклеїнової кислоти, побудовані з ланцюжків хімічних сполук, які називаються нуклеотидами, які допомагають виконувати генетичні інструкції в клітинках. Вони мали намір перевірити, чи можуть послідовності РНК, створені з невеликими змінами в їхніх нуклеотидах, працювати. Провівши десятки експериментів, вони зайшли в глухий кут.
«Спочатку це була невдача, — каже Макгі.
Десятиліття досліджень розкрили таємниці РНК у живих клітинах. Без нього наші клітини не могли б виконувати такі фундаментальні завдання, як побудова інших клітин, перенесення амінокислот з однієї частини клітини в іншу або формування імунної відповіді на віруси.
Але нещодавно вчені з’ясували, як використовувати РНК для лікування, спрямованого на боротьбу з генетичними захворюваннями та раком. Вони також навчилися використовувати матричну РНК (мРНК) для виготовлення вакцин проти COVID-19. Експерименти, які проводять Макгі та Кірш, спрямовані на використання РНК для доставки рятівних ліків і створення більш ефективних вакцин, ніж ми маємо сьогодні.
Зміщення фокусу на самоампліфікуючу РНК
Працюючи разом з Марком Ґрінстаффом, почесним професором біомедичної інженерії та хімії Вільяма Фейрфілда Уоррена з університету, та Вілсоном Вонгом, доцентом біомедичної інженерії Інженерного коледжу, вони почали говорити про те, що робити далі — і що робити з хімічними компонентами, які залишилися з початкових експериментів. Вони вирішили зосередитися на модифікації хімічної структури менш відомого типу РНК, що називається самопідсилювальною РНК (saRNA), яка виготовляється в лабораторії та реплікується кілька разів у клітині, щоб виробляти більшу кількість білків. запрограмований на виготовлення.
Новий метод спрацював: їх модифікована saRNA відтворювалася в чашці Петрі.
«Нашою реакцією на це було сильне хвилювання, а також звичайний вчений, який думав: «Чи правильно ми зробили?», — каже Макгі. «Ми поверталися, щоб робити це знову і знову. І ми отримали ті самі результати».
Результати поклали початок річному дослідницькому проекту, який перемістився з хімічної лабораторії Ґрінстаффа в лабораторію генної інженерії Вонга до Національної лабораторії нових інфекційних захворювань BU (NEIDL), де вони випробували свою модифіковану saRNA як вакцину проти вірусу COVID- 19. Вони виявили, що менша доза їх нової вакцини для мишей захищала їх від хвороби так само добре, як і поточні вакцини мРНК. Їхні висновки опубліковані в Nature Biotechnology.
Назустріч людським випробуванням
Пройдуть роки подальших випробувань, перш ніж цю вакцину можна буде схвалити для людей. Незважаючи на те, що існує один тип вакцини saRNA, схвалений минулого року для використання в Японії, дослідники сподіваються, що їх модифікована версія зробить технологію більш привабливою для виробників ліків, а також подолає проблеми використання saRNA як вакцини.
«Проблема зі звичайною самопідсилювальною РНК полягає в тому, що є два конкуруючих процеси: РНК намагається виробляти все більше білка, і водночас імунна система руйнує його», — каже Грінстафф. Стандартні мРНК COVID-вакцини повідомляють клітинам виробляти спайковий білок, який імітує справжній вірус. Це, у свою чергу, змушує імунну систему працювати і боротися з вірусом. Але вакцина saRNA йде на крок далі, повторюючи ці інструкції клітині знову і знову, створюючи більше механізмів для створення спайкових білків. Більше білка означає, що вам не потрібна така висока доза, і імунна система запам’ятовує, як боротися з вірусом протягом більш тривалого періоду.
«Тож ідея полягає в тому, що це може дати вам тривалу експресію білка, навіть якщо використовувати меншу дозу», — каже Грінстафф.
Інша проблема полягає в тому, що saRNA може викликати надто сильну реакцію, яка може призвести до неприємних побічних ефектів — гірших, ніж у сучасних вакцин проти COVID, які зазвичай викликають у деяких людей легку лихоманку або біль.
Ґрінстафф, Вонг і команда тісно співпрацювали з Флоріаном Дуамом, доцентом кафедри вірусології, імунології та мікробіології Школи медицини Чобаніан і Аведісіан BU та одним із основних викладачів NEIDL. Він і його команда провели дослідження під назвою «вірусний виклик», щоб оцінити, чи може вакцина проти COVID-19, створена за допомогою модифікованої технології saRNA, ефективніше захищати мишей від важкої хвороби COVID-19, ніж попередні вакцини saRNA і мРНК.
«Аспект вірусного виклику був особливо важливим», — каже Дуам. «Це показало, як дуже низька доза цієї нової технології saRNA здатна захищати мишей від смертельної хвороби набагато ефективніше, ніж традиційні saRNA та мРНК вакцини проти COVID-19 у аналогічній дозі», — каже Дуам, що нова вакцина, яка містить модифіковані нуклеотиди називається m5C (5-метилцитидин), також викликала дуже низькі рівні запалення після вакцинації, порівнянні з мРНК-вакцинами.
«Потрібно ще багато роботи, щоб розкрити всі переваги цієї технології перед іншими існуючими підходами до РНК-вакцин», — каже Дуам. Але це був багатообіцяючий початок.
Наступне питання полягає в тому, чи може їх модифікована saRNA забезпечити більш тривалий захист від вірусної інфекції порівняно з існуючими вакцинами на основі РНК у подібній дозі.
Більш перспективні методи лікування
Крім вакцин проти COVID, розроблена командою добре переносима saRNA може відкрити двері для інших видів лікування та генної терапії.
«Зрештою, це система, яка виробляє білок», — каже Вонг. «Система доставки генів».
Для генетичного розладу saRNA може бути запрограмована на виробництво відсутнього гена або заміну дефектного, каже Вонг. Для лікування раку легенів, молочної залози та інших видів раку «ми можемо змусити його виробляти протипухлинні ліки від хвороби, яка потребує високої дози та вироблення великої кількості білка».
«Ось чому ми в захваті від нашої технології самопідсилення РНК, оскільки ми вважаємо, що можемо знизити дозу, необхідну для використання деяких із цих терапевтичних застосувань», — говорить Вонг. «Так ми це уявляємо».
Нещодавно Ґрінстафф отримав першу нагороду Trailblazer Engineering Impact Award від Національного наукового фонду, яка супроводжується грантом у розмірі 3 мільйонів доларів США, щоб продовжити дослідження технології saRNA — те, що може «фундаментально змінити парадигму генної інженерії», згідно з NSF.
«Зараз ми робимо так багато роботи, щоб глибше зрозуміти те, що ми відкрили», — каже Макгі, який консультується Вонгом і Ґрінстаффом. «Є багато публікацій, які припускають, що дослідження саРНК також будуть невдалими. Це допомогло мені зрозуміти, що це нормально пробувати те, що інші люди вважають невдалим, тому що, хто знає, вони можуть помилятися».
Comments