Tehnologia ARN mesager ar putea schimba lumea. Este testată în cancere și boli infecțioase

ARN-ul mesager, tehnologia care stă la baza vaccinurilor anti-COVID de la Pfizer-BioNTech și Moderna, este deja testat în alte boli infecțioase: gripă, malarie, rabie, HIV și altele. Ne putem aștepta ca vaccinuri existente cum sunt cele antigripale să fie înlocuite cu unele de tip ARN mesager. Tehnologia are șanse mari să fie eficientă și în tratarea cancerului. Dacă nu ne confruntam cu această pandemie, am fi avut de așteptat mulți ani până când lumea științifică reușea să-i demonstreze eficiența.

În 1985, când a plecat din Ungaria comunistă împreună cu soțul și fiica în vârstă de 2 ani, Katalin Karikó nu avea nici telefon, nici card de credit și nu cunoștea pe nimeni la destinație, în Statele Unite. Urma să ocupe o poziție postdoctorală la Universitatea Temple, din Philadelphia, și a plecat din țara natală cu doar 900 de lire sterline ascunse în ursulețul de pluș al fiicei. În Ungaria, îi era permis să schimbe doar 100 de dolari, iar restul banilor i-a obținut prin vânzarea mașinii familiei pe piața neagră. „A fost un bilet doar dus”, spunea Karikó pentru Business Insider, care i-a publicat povestea impresionantă de viață.

Un vis care a distrus cariere și a falimentat companii

Două decenii mai târziu, biochimista Katalin Karikó a făcut o descoperire care a pus bazele uneia dintre cele mai mari realizări ale științei moderne: vaccinurile pe bază de ARN mesager. Drumul până aici nu a fost nici pe departe ușor pentru ea. 

În 1990, Karikó era profesor și cercetător la Universitatea din Pennsylvania când a făcut prima cerere de finanțare pentru cercetarea terapiei pe bază de ARN mesager. Din acel moment, și-a dedicat întreaga carieră acestei tehnologii despre care avea convingerea încă de pe atunci că va revoluționa medicina. Ani la rând, cererile de finanțare i-au fost respinse, una după alta.

În 1995, a fost retrogradată din funcția pe care o deținea la Universitatea din Pennsylvania. În aceeași perioadă, a fost diagnosticată cu cancer și tot atunci, soțul ei a fost reținut în Ungaria vreme de 6 luni din cauza unei probleme cu viza. Chiar și așa, zi de zi, de la 6 dimineața, uneori și în weekenduri sau de sărbători, Karikó a continuat să studieze tehnologia ARNm. „Din afară părea o nebunie, dar am fost fericită în laborator”, povestește ea. 

Karikó a primit patentul pentru tehnica de obținere a ARNm, dar Universitatea din Pennsylvania a vândut dreptul de proprietate intelectuală pe care îl deținea asupra ei. Atunci a ajuns la concluzia că nu-și va putea folosi experiența în centrul unversitar, așa că, în 2013, a decis să se alăture unui start-up care nu avea nici măcar o adresă web la acea vreme: BioNTech, compania germană de biotehnologie care a dezvoltat în 2020 un vaccin împotriva COVID-19 alături de gigantul farmaceutic Pfizer.

După mai bine de 40 de ani dedicați dezvoltării tehnologiei ARN mesager, Karikó, în vârstă de 65 de ani acum, este vicepreședinte senior al BioNTech. Ca ea au fost și alți cercetători care și-au riscat cariera doar pentru a demonstra că tehnologia ARN mesager are o utilitate. În toți acești ani, comunitatea științifică i-a privit cu foarte mult scepticism, iar o parte dintre companiile care au mizat pe această inovație au ajuns în pragul falimentului. 

,,Era greu de crezut că un ARN mesager, care e o moleculă extraordinar de fragilă, poate să ajungă să fie introdusă în celule, să fie recunoscută de ribozomi și să dea naștere unor proteine. De aceea, proiectele de cercetare în această direcție nu primeau finanțări. În SUA, dacă ești cercetător și nu ai proiecte finanțate, companiile renunță la tine, lucru care s-a întâmplat și cu Katalin Karikó. Toți cei care au lucrat în astfel de start-up-uri au niște povești foarte interesante”, ne-a spus profesorul universitar doctor Simona Ruță, şef al disciplinei de Virusologie și Prorector pentru cercetare ştiinţifică al Universității de Medicină și Farmacie ,,Carol Davila” din Bucureşti.

Ce este tehnologia ARN mesager

ARN mesager părea atunci o tehnologie imposibil de pus în practică și o bună parte din comunitatea științifică o privea cu scepticism. Paradoxal, interesul pentru cercetarea ei creștea de la un an la altul.

Motivul: se bazează pe un principiu foarte frumos, ispititor pentru oamenii de știință, și anume că cea mai bună ,,fabrică” de medicamente este propriul nostru corp. Explicăm ce este această tehnologie ARN mesager împreună cu prof. dr. Simona Ruță, care desfășoară activități de cercetare la Institutul de Virusologie ,,Ştefan S. Nicolau” din București, unde este şeful departamentului Viroze emergente. 

În celulele noastre există niște ,,fabrici” de proteine care se numesc ribozomi – cunoscuți datorită biologului George Emil Palade, singurul român laureat al Premiului Nobel pentru Medicină. Palade a descris structura acestor ,,fabrici” care sintetizează proteine celulare. Aceste proteine stau la baza noilor celule care sunt produse în organism și a tuturor mediatorilor imunității, dar și a altor procese, precum coagularea sângelui și regenerarea țesuturilor. 

,,Practic, toate procesele metabolice importante din corpul nostru au nevoie de proteine și noi ne fabricăm singuri aceste proteine. Le fabricăm după un set de instrucțiuni genetice, iar acest set este ARN-ul mesager. El se sintetizează de milioane de ori în cursul vieții noastre pentru a genera noi și noi proteine”, explică specialistul. 

Prin această tehnologie inovatoare pot fi introduse în organism molecule sintetice de ARN mesager care oferă instrucțiuni pentru fabricarea unei proteine virale. Proteina astfel obținută devine un ,,antrenor” al sistemului imun. Ca să poată să recunoască și să neutralizeze eficient un virus sau orice alt patogen, sistemul imun are nevoie de un antrenament, de o ,,marionetă” cu care să se obișnuiască, să învețe cum să recunoască agresorul și să știe cum să-l neutralizeze eficient. 

,,Asta furnizează vaccinurile bazate pe ARN mesager: setul de instrucțiuni genetice care merge către ribozomi, care fabrică proteine. În loc să fabrice proteine celulare, fabrică proteine virale în același mod în care o fac și proteinele din celula noastră”, detaliază profesorul Simona Ruță. Ulterior, aceste proteine virale vor deveni «antrenorul» pentru limfocitele B care sintetizează anticorpi și pentru limfocitele T care învață cum să distrugă celule potențial infectate cu un virus. 

Provocările tehnologiei ARN mesager

La începuturile sale, problema acestei tehnologii era că ARN-ul mesager sintetic nu trecea de mecanismele noastre de apărare. El era degradat de celulele imunitare înainte de a produce un efect. Aici a venit cu a sa contribuție Katalin Karikó, cu o idee pe care unii cercetători o consideră demnă de un Premiu Nobel. Împreună cu imunologul american Drew Weissman, ea a reușit să ,,strecoare” ARN-ul mesager sintetic în organism. 

,,Karikó a descoperit posibilitatea introducerii unor modificări în compoziția ARN-ului mesager sintetic, în cărămizile din care este făcut, în așa fel încât, pe de o parte, să fie mai bine recunoscut de ribozomi și să producă mai eficient proteinele, iar pe de altă parte, ca ARN-ul mesager sintetic să nu mai stimuleze răspunsul imun înnăscut, care poate să degradeze ARN-ul mesager. Acesta este un mecanism de apărare împotriva virusurilor. Toate virusurile ARN stimulează răspunsul imun înnăscut și aceasta este o primă barieră de protecție. Multe dintre ele nu merg mai departe tocmai pentru că sunt degradate de acest răspuns înnăscut. Prin introducerea unor modificări în structura ARN-ului mesager sintetic se evită activarea răspunsului imun înnăscut, iar vaccinurile nu sunt degradate”, explică prof. dr. Simona Ruță. 

Lucrarea publicată de Karikó în 2005 a atras atenția unui grup de cercetători și de investitori din SUA care a pus bazele unei companii specializate în studiul tehnologiei ARN mesager: Moderna. Numele ei conține două cuvinte: modified (engl. modificat) și RNA (engl. ARN). În Germania, Ugur Sahin și Özlem Türeci, doi cercetători căsătoriți, au văzut și ei un potențial uriaș în această tehnologie. BioNTech, una dintre companiile înființate de ei, era specializată în obținerea de tratamente oncologice cu ARN mesager. 

Pandemia a grăbit testarea tehnologiei ARNm

În cele aproape două decenii de la descoperirea lui Karikó, toate companiile farmaceutice mari au testat ARN-ul mesager sintetic împotriva unui număr mare de boli: de la gripă, malarie, infecții cu virusurile Zika, HIV sau citomegalic și până la cancer, hipertensiune arterială, scleroză multiplă sau Alzheimer.

Dintre toate, în stadii mai avansate de cercetare au ajuns vaccinuri ARNm împotriva virusurilor Zika și citomegalovirus. 

În condiții obișnuite, două decenii de studiu reprezintă un timp foarte scurt pentru a aduce pe piață o tehnologie cu totul nouă. În condiții neobișnuite, cum sunt cele pe care le trăim acum, nimic nu este imposibil. Dacă există un lucru bun pe care pandemia de coronavirus l-a adus omenirii, acela este saltul uriaș făcut în cercetarea medicală. 

Nu am fi auzit prea curând despre tehnologia ARN mesager dacă pandemia nu ar fi grăbit lumea științifică să o testeze. ,,Dacă nu ar fi existat acest context, introducerea ei în studii clinice ar fi durat foarte mult. Experimental, se studiază de mulți ani, dar la studii clinice în care să recrutezi voluntari umani și să începi să demonstrezi siguranță și eficacitate se ajunge foarte greu. Pandemia a ajutat din acest punct de vedere. De acum, cercetarea ei va fi cu siguranță accelerată. Va face o revoluție în vaccinologie”, crede profesorul Simona Ruță. 

Toate bolile infecțioase ar putea fi tratate cu ARNm

Teoretic, cu tehnologia ARNm se poate obține orice proteină dorim, țintită împotriva oricărei boli infecțioase. Condiția este știm care este proteina sau proteinele esențiale – fiindcă uneori pot fi mai multe – din structura unui virus care conțin fragmente capabile să stimuleze răspunsul imun. 

Pentru noul coronavirus știam dinainte de pandemie că proteina Spike este proteina esențială. Virusul SARS-CoV-2 a fost o ,,țintă” ușoară pentru producătorii de vaccinuri fiindcă aveau deja această informație.

În urmă cu patru ani, în timpul epidemiei MERS (Sindromul Respirator din Orientul Mijlociu), 18 oameni de știință de la mai multe centre de cercetare americane au semnat împreună o lucrare științifică în care descriau cea mai notabilă caracteristică a virusurilor din familia coronavirusurilor: proteina Spike (S). Așadar, ei le-au decodat vulnerabilitățile cu mult înainte ca noul coronavirus să devină o amenințare globală.

,,Studiul nostru oferă o bază pentru proiectarea vaccinurilor anti-coronavirus”, notau autorii în 2017. Fără efortul lor științific, este posibil ca performanța despre care vorbim cu toții astăzi – vaccinurile ARN mesager împotriva noului coronavirus – să nu fi fost posibilă.

ARN-ul mesager în malarie

De interes pentru studiul tehnologiei ARNm sunt bolile împotriva cărora nu există vaccinuri, dar și bolile pentru care vaccinurile existente sunt prea puțin eficiente. Înainte de pandemie, Moderna avea deja în dezvoltare vaccinuri ARNm împotriva rabiei, malariei, virusului citomegalic, virusului Zika și a altor virusuri pentru care serurile clasice sunt mai greu de obținut.

Un vaccin împotriva malariei ar putea fi una dintre cele mai mari reușite medicale ale secolului, iar tehnologia ARN mesager este foarte promițătoare în acest demers. Malaria este produsă de un parazit transmis prin țânțari numit Plasmodium falciparum, care ,,păcălește” sistemul imun prin diverse tactici. ,,E foarte dificil să antrenezi răspunsul imun să lupte împotriva acestui parazit. În plus, persoanele care fac o dată malarie nu sunt protejate împotriva reinfecțiilor și, atunci, trebuie să se facă întotdeauna profilaxia malariei când mergi într-o zonă endemică. Dacă ar exista un vaccin, ar fi revoluționar, în special pentru Africa”, crede prof. dr. Simona Ruță.  

La ora actuală, există un singur vaccin împotriva malariei. El a fost aprobat recent, se numește Mosquirix și poate fi administrat copiilor cu vârsta cuprinsă între 6 săptămâni și 17 luni, potrivit Agenției Europene pentru Medicamente (EMA). ,,Este un vaccin bazat pe proteine recombinante, însă are o eficacitate modestă, de 30%, în medie. Se administrează în mai multe doze (sunt necesare 4 doze de obicei), ceea ce este foarte greu în zonele din Africa”, potrivit prof. pr. Simona Ruță. 

ARN-ul mesager în infecția cu citomegalovirus

Virusul citomegalic sau citomegalovirusul este un alt patogen împotriva căruia nu există un vaccin autorizat deocamdată, iar tehnologia ARN mesager este promițătoare. Aproape toți oamenii se infectează cu acest virus, dar boala este de cele mai multe ori asimptomatică inițial. 

Virusul rămâne latent în organism, dar se poate reactiva pe fondul diminuării imunității, cu consecințe fatale uneori. ,,În special pentru cei care sunt imunosupresați în vederea unui transplant de organ, reactivările sunt foarte severe. La fel se întâmplă și la pacienții HIV pozitiv. Un vaccin împotriva acestui virus ar fi un mare succes pentru medicină. Moderna avea în lucru un vaccin inovator pentru virusul citomegalic bazat pe tehnica ARN mesager, în care combină 6 molecule de ARN mesager ce stimulau foarte bine răspunsul imun și puteau să confere o protecție superioară oricărei alte formule. Cu acest vaccin se aflau în studii clinice avansate înainte de pandemie”, potrivit prof. Simona Ruță. 

ARN-ul mesager în infecția cu HIV

Au trecut aproape patru decenii de când se încearcă obținerea unui vaccin împotriva virusului HIV, dar mutațiile constante pe care le suferă au făcut imposibil acest demers până acum. În plus, virusul se integrează în ADN-ul celulelor infectate și devine nedetectabil de către sistemul imunitar. Mai multe formule de vaccin pe bază de ARN mesager sunt studiate la ora actuală împotriva infecției cu HIV.

,,În infecția HIV, limfocitele T sunt epuizate practic funcțional. Acționând cu un vaccin bazat pe ARN mesager, reușești să readuci la viață aceste limfocite T și să le faci să acționeze împotriva celulei infectate persistent cu virusul”, explică specialistul.

ARN-ul mesager în gripă

Este de așteptat ca vaccinurile existente să fie înlocuite cu unele care au la bază tehnologia ARNm, iar cele antigripale sunt cap de listă. Virusurile gripale variază în permananță, mult mai mult decât noul coronavirus. 

Problema vaccinurilor antigripale existente este că se află întotdeauna cu un pas în urma virusului. Tulpinile de virusuri gripale care circulă pe un teritoriu sunt monitorizate și comunicate Organizației Mondială a Sănătății, iar pe baza datelor strânse din toate țările se stabilesc tulpinile prevalente la nivel global. Aceste tulpini sunt încorporate în structura unui vaccin nou, dar el ajunge să fie comercializat la aproximativ 6 luni distanță de la comunicarea datelor. Așadar, în fiecare sezon gripal, vaccinul este cu o jumătate de an în urma variabilității virale. 

,,Noi vom avea un vaccin antigripal care corespunde tulpinilor circulante acum 6 luni, numai că, în acest timp, virusul mai variază. În cel mai bun caz, vaccinurile sezoniere au o eficacitate între 50% și 60%. Ideea este să găsim o posibilitate să ne adaptăm mult mai rapid la aceste variații ale virusurilor gripale și să le încorporăm rapid în vaccinuri bazate pe platforme noi și să putem fi mult mai aproape de ceea ce se întâmplă în practică. În acest mod, vom avea o protecție mult mai eficientă”, explică prof. dr. Simona Ruță. 

Mai rapidă, mai flexibilă și mai ieftină

Tehnologia ARN mesager are trei atuuri care o recomandă împotriva unor virusuri cu o variabilitate mare, cum sunt cele gripale. Două dintre aceste atuuri sunt flexibilitatea și rapiditatea procesului de obținere a vaccinurilor. 

Vaccinurile clasice sunt obținute prin izolarea virusului în laborator. Provocarea este că virusurile sunt dificil de izolat, pentru că ele nu cresc decât pe medii vii, pe culturi de celule, iar acesta este un proces laborios, care trebuie să se desfășoare în condiții de biosecuritate crescută, cu atât mai mult când avem de-a face cu un virus emergent, cum este noul coronavirus. Procesul de obținere a vaccinurilor clasice este, așadar, de lungă durată, foarte rigid, foarte puțin adaptabil. Dacă apar variante virale noi, întregul proces trebuie luat de la capăt în cazul vaccinurilor clasice. 

Un vaccin pe bază de ARN mesager poate fi adaptat rapid la noile variante. ,,Acest ARN mesager este ca o înșiruire de litere, un cod genetic. Înșiruirea de litere corespunde unor cuvinte care sunt traduse de către ribozomi în aminoacizi și acești aminoacizi se înșiră unul lângă celălalt ca niște mărgele și alcătuiesc o proteină. În momentul în care apare o variantă, în ea există niște litere modificate. Acestea sunt mutațiile, iar ele pot fi foarte ușor încorporate în structura unui nou ARN mesager care se introduce în organism după aceeași tehnologie  și adaptează răspunsul imun la varianta care circulă”, explică prof. dr. Simona Ruță. 

Cel de-al treilea atu al tehnologiei ARNm este prețul redus. Costurile de obținere a vaccinurilor sunt mai mici decât prin metodele clasice.

Până în pandemie, Moderna avea în dezvoltare un vaccin antigripal pe bază de ARNm. Și Pfizer a investit foarte mult în obținerea unui astfel de ser.

Cred că și vaccinurile clasice de până acum vor fi produse prin astfel de tehnologii inovatoare. Este mult mai rapid, mult mai flexibil și mult mai ieftin. Nici măcar nu îți trebuie unități de producție strict specializate. De obicei, fiecare fabrică produce un singur tip de vaccin din cele clasice. Aici, tehnologia este aceeași. Cineva care sintetizează ARN mesager poate să lucreze pentru orice tip de vaccin. 

Prof. dr. Simona Ruță, şef al disciplinei de Virusologie și Prorector pentru cercetare ştiinţifică al Universității de Medicină și Farmacie ,,Carol Davila” din Bucureşti

ARN-ul mesager în hipertensiune

Vaccinuri obținute prin tehnica ARN mesager sunt testate și ca tratament pentru hipertensiunea arterială. Vorbim în acest caz despre vaccinuri terapeutice, dar principiul este același: toate ARN-urile mesager sintetizează o proteină. 

,,Se pot imagina diferite tipuri de proteine care fie suplinesc funcția unei enzime deficitare, fie contracarează toate modificările care survin în cursul hipertensiunii arteriale. Prin tehnologia ARNm poți să codifici o anumită enzimă care nu funcționează cum trebuie sau un factor de tip vasopresină care ar putea să ajute pacienții cu hipertensiune arterială cronică să nu mai ia tratament cronic de lungă durată sau pe cei cu infarct miocardic să-i ajute la reperfuzie (n.r. – restabilirea fluxului sangvin) după un infarct. Acestea sunt însă studii pilot, în faze foarte experimentale”, mai spune specialistul.

ARN-ul mesager în cancer

Anul viitor, sunt așteptate primele medicamente oncologice pe bază de ARN mesager, ne-a spus dr. Dan Jinga, medic primar oncolog la Neolife Medical Center. Ele vor fi administrate deocamdată doar în cadrul unor studii clinice de amploare. 

,,Trebuie să precizăm că va mai trece o vreme până când aceste concepte se vor transfera în niște medicamente valide, acceptate de ghidurile clinice și identificate și în România. Nu trebuie să ne facem iluzia că aceste medicamente vor ajunge cu mare viteză în România, pornind din Statele Unite. În acest moment, sunt în derulare studii experimentale de fază 1 și 2, și nu adresate publicului larg deocamdată. După cum se mișcă știința, probabil că în 5 ani vor fi disponibile”, potrivit dr. Jinga. 

Utilitatea tehnologiei ARN mesager în cancer este studiată din anii 2000. Segmente mici de ARN au fost identificate în sângele oamenilor, atât sănătoși, cât și bolnavi, însă rolul lor a fost inițial neglijat. ,,S-a crezut că ele sunt rezultatul unor procese de degradare a ARN-ului de-a lungul timpului. Ulterior, s-a constatat că aceste micro-ARN-uri pot fi identificate în reglarea unor mecanisme foarte sofisticate în producerea celulei maligne, în procesul de apoptoză (de distrugere a celulelor maligne)”, spune medicul Dan Jinga. 

Pornind de la această observație, cercetătorii s-au întrebat dacă ar putea să influențeze evoluția unui cancer producând sintetic ARN mesager. ,,S-a constatat că poți să produci ARN-uri anti, care să le inhibe pe cele exagerat produse și implicate în declanșarea unui cancer – și atunci blochezi întregul proces de carcinogeneză – sau că poți să produci ARN-uri cu rol favorabil – mimetice cu ARN-ul natural favorabil”, explică specialistul.

Tehnologia ARN mesager este studiată cel mai mult pe leucemie și melanom, fiindcă sunt ușor manevrabile din punct de vedere genic. ,,Au niște modificări genice foarte bine puse în evidență, astfel încât manevrarea se poate face ușor. Cercetările au intrat și pe hepatocarcinom și pe cancerul de colon”, spune dr. Dan Jinga. 

Primele studii clinice care au testat terapia ARN mesager în cancer au fost demarate din 2014. Pionier în cercetarea ARN-ului mesager în cancer este MD Anderson Cancer Center de la Universitatea Texas, care este cel mai mare institut de cancer din lume. Laboratorul de terapeutică experimentală și leucemie al Universității Texas este condus de un român, George Călin, care a plecat acum mai bine de 20 de ani de la Institutul Oncologic din Cluj. 

ARN-ul mesager va fi încă o ,,armă” împotriva cancerului

Orice terapie oncologică nouă, promițătoare atrage interesul bolnavilor, dar este puțin probabil ca terapia pe bază de ARN mesager să poată fi administrată tuturor. Ea va fi o strategie în cancer, dar nu singura. 

Ca specialist, nu cred că terapia pe bază de ARN mesager va fi singura opțiune oncologică. Va fi una dintre strategii. Te poți aștepta ca această terapie să aibă perioada ei de glorie, după care să cadă în umbră, în favoarea altor căi. 

Dr. Dan Jinga, medic primar oncolog

,,Întotdeauna când apare o terapie nouă, cum a fost imunoterapia, toți bolnavii și-o doresc, dar vom vedea că nu toate cancerele vor fi manevrabile prin terapia cu ARN mesager. Vor exista anumite cancere unde va avea eficiență. Va rămâne și această strategie ca una dintre multiplele strategii pe care le avem. Va fi o tehnologie adaptată unor subtipuri de cancer, o terapie validă cu o indicație precisă și va face parte dintr-un armament mult mai larg al medicinei și al oncologiei”, conchide dr. Jinga.