19.3.2024 | Svátek má Josef


VĚDA: Odysea vakcinačních stříkaček

30.11.2021

Cesta tzv. mRNA vakcín z laboratoří do injekčních stříkaček lékařů po celém světě byla zdlouhavá a komplikovaná, ale vyplatila se. Revoluční typ očkovacích látek bude chránit lidstvo nejen proti nemoci covid-19.

Nebylo překvapením, když mezi objevy oceněnými letošními Nobelovými cenami chyběly mRNA vakcíny. O přínosu těchto principiálně nových očkovacích látek pochybuje mezi experty jen málokdo, nominace na toto ocenění se ale uzavíraly už 1. února. A v té době ještě přínos očkování proti covid-19 nebil do očí tak jako dnes. Do budoucna však mRNA vakcíny k horkým kandidátům na toto vrcholné vědecké ocenění nepochybně patří.

„Je to objev, který si nominaci zcela jistě zaslouží,“ jednoznačně konstatoval generální tajemník Královské švédské akademie věd Göran Hansson. „Chce to ale ještě nějaký čas.“

Nobelovské výbory ale nebudou mít jednoduchou úlohu. Může se totiž zdát, že mRNA vakcíny spadly z nebe, ale jejich historie je ve skutečnosti dlouhá a spletitá, takže vybrat ty, kteří zásadně přispěli ke klíčovým průlomům, nebude jednoduché.

Od Pasteurových časů se k očkování proti nakažlivým chorobám používaly buď oslabení, nebo usmrcení původci onemocnění. Neslo to ale s sebou potíže jak při výrobě vakcín, tak i při jejich podávání. Moderní věda nabídla náhradu v podobě molekul, jež jsou pro dané původce typické a dokážou nabudit imunitní systém k dostatečně silné obranné reakci. Pro zacílený atak nepotřebuje imunitní systém znát původce choroby do všech detailů, stačí mu jen pár typických poznávacích znaků. Často jde o bílkovinné molekuly, jež nesou původce choroby na svém povrchu. V případě koronaviru SARS-CoV-2 je to tzv. S-protein, jehož prostřednictvím se virus váže na lidské buňky, aby do nich pronikl a namnožil se.

Překážky a rezignace

Už v 80. letech minulého století vědci nutili buňky k produkci cizích bílkovin tím, že do nich vpravili molekuly mRNA. Zkratka mRNA pochází z anglického messenger ribonucleic acid, který se do češtiny překládá jako informační nebo mediátorová ribonukleová kyselina. mRNA slouží buňkám jako plánek pro výrobu bílkoviny. Základním fíglem mRNA vakcín je, že se do organismu nevpraví hotová bílkovina typická pro původce choroby, ale „návod“ na výrobu bílkoviny v podobě mRNA, a očkovaný člověk si tak bílkovinu pro navození imunity vyrobí sám. Vakcíny na principu mRNA slibovaly vyšší bezpečnost, účinnost a v neposlední řadě i jednodušší výrobu, jenže cesta k naplnění ambiciózních vizí byla dlouhá a trnitá.

Produkce potřebné mRNA se výrazně zjednodušila v roce 1984, když harvardští vědci vyvinuli systém pro její syntézu, který se používá se dodnes. Další tvrdé oříšky ale teprve čekaly na rozlousknutí, mRNA je od přírody labilní. To s sebou nese některé výhody. Poté, co mRNA vakcína zajistí produkci bílkoviny a navodí potřebnou imunitu, se očkovací látka z organismu člověka rychle vytratí. Pro skladování a transport očkovací látky je labilita vážnou komplikací. Tváří v tvář těmto problémům mnoho týmů od vývoje mRNA vakcín upustilo.

V roce 1993 například dosáhli výrazného úspěchu vědci z francouzské společnosti Transgéne, když pomocí mRNA navodili u myší imunitu vůči vybranému viru. Vedoucí týmu Pierre Meulien tehdy odhadoval, že dokončení vývoje vakcíny vyjde na sto milionů eur. Své šéfy o tuhle částku ale vůbec nepožádal, protože mu bylo jasné, že by ji do projektu s nejistým výsledkem neinvestovali. Vedení Transgéne vidělo jako zbytečné i udržování patentu na mRNA vakcínu a nechalo ho propadnout.

Vyřešené problémy

Vědci, kteří věřili na mRNA vakcíny, byli ve vědecké komunitě za exoty. Ingmar Hoerr působící na univerzitě v německém Tübingenu navodil, podobně jako Meulien, u myší imunitu k viru injekcí mRNA. Založil firmu CureVac, kde chtěl ve vývoji vakcíny pokračovat, ale nikdo v jeho projekt nevěřil. V rozhovoru pro vědecký týdeník Nature si Hoerr zavzpomínal, jak na jedné konferenci referoval o svých experimentech a z první řady mu oponoval slovutný laureát Nobelovy ceny slovy: „To, co nám tu říkáte, je naprostá blbost!“

Hoerr nakonec skepsi investorů zlomil a výzkum v CureVacu rozjel. Z pomalého obratu k lepšímu se těšily i další týmy. Na univerzitě v Mohuči zkoumali mRNA vakcíny manželé Ugur Sahin a Özlem Türeciová. Pro založení vlastní soukromé firmy BioNTech se rozhodli v roce 2007 a od investorů k tomu tenkrát získali 150 milionů eur.

Další významnou překážku na cestě k úspěchu mezitím vyřešila Katalin Kariköová a Drew Weissman, kteří na Pensylvánské univerzitě vyvíjeli mRNA vakcínu proti HIV. Jejich první očkovací látky vyvolávaly u laboratorních myší silnou zánětlivou reakcí, imunitní systém vnímal molekuly mRNA jako cizorodou látku a tvrdě na ně útočil. Kariköová a Weissman proto mírně modifikovali jeden ze stavebních kamenů mRNA a dosáhli toho, že imunitní systém vůči takto modifikované mRNA oslepl. Bílkovina vyrobená myším organismem podle návodu modifikované mRNA však imunitu i nadále spolehlivě navozovala.

Také Karikövá a Weissman narazili na zeď nedůvěry. Vědecké časopisy odmítaly studii s jejich průlomovým objevem otisknout, Kariköová nedostala na další výzkum grant a univerzita jí snížila plat. V zástupu nevěřících Tomášů se ale našly i výjimky: třeba biolog Derrik Rossi pracující na Bostonské dětské klinice věřil modifikované mRNA natolik, že se rozhodl jejímu využití věnovat v nově založené firmě. Program podniku stál a padal s využitím modifikované mRNA, pojmenoval tuto společnost Moderna.

Dnes se nabízí výrobcům vakcín více možností, jak mRNA vakcíny pro imunitní systém zneviditelnit. Recept Kariköové a Weissmana však byl pro klima v tomto odvětví výzkumu klíčový. Ukázal totiž, že problémy spojené s mRNA vakcínami nejsou nepřekonatelné a dají se vyřešit. Investoři byli díky tomu ochotni i nadále výzkum podporovat.

Optimismu bylo zapotřebí, protože vědci se prali s klíčovým problémem, jak zajistit v těle očkovaného člověka průnik mRNA do nitra buněk. Řešení našel biochemik Pieter Cullis z Univerzity Britské Kolumbie v kanadském Vancouveru. Smíchal modifikovanou mRNA se čtyřmi různými tukovými molekulami a navodil podmínky pro vznik mikroskopických tukových bublinek. Ty uzavřely mRNA ve svém nitru a ochránily ji před nežádoucím spontánním rozkladem. Při vzájemném kontaktu bublinky s buňkami splynou a mRNA se dostane do nitra buněk. Tukové bublinky, tzv. lipidové nanočástice, naplněné mRNA se dnes vyrábějí celkem snadno ve velkém a do svých očkovacích látek je používají všichni výrobci mRNA vakcín.

Covidový finiš

Vyřešení klíčových kamenů úrazu technologie mRNA vakcín vneslo do vývoje těchto očkovacích látek zásadní obrat. Znovu do něj začaly investovat i velké farmaceutické firmy, jako houby po dešti vyrůstaly malé biotechnologické společnosti, které cítily svou šanci. Úspěchy se však stále nedostavovaly. V roce 2020 měla Moderna v počáteční fázi testů na dobrovolnících hned devět různých mRNA vakcín. Uspěla jen s jednou, a to pouze částečně. S firmou to vypadalo bledě, ale pandemie covid-19 jí nabídla jednu z posledních šancí na záchranu.

Rok 2020 tak potvrdil platnost Pasteurova rčení, že náhoda přeje připraveným. Firmy, které šly až doposud při vývoji mRNA vakcín od fiaska k fiasku, se dokázaly z chyb a omylů poučit. Vědci věděli, čemu se mají při vývoji očkovací látky proti covidu-19 vyhnout a na co si musí dávat pozor. Moderna prokázala jednu z obrovských předností mRNA vakcín, když vytvořila první prototyp očkovací látky už koncem ledna 2020, jen pár dní poté, co čínští vědci zveřejnili kompletní dědičnou informaci koronaviru SARS-CoV-2. BioNTech měl pomalejší start, ale když se spojil s farmaceutickým gigantem Pfizer, nabral i jeho vývoj a testování vakcíny proti koronaviru na obrátkách. Výsledkem byly dvě nejpoužívanější mRNA vakcíny proti covidu-19. Jsou to zároveň první dvě očkovací látky tohoto typu, které obstály. Jsou si velmi podobné: tvoří je mRNA ze stavebních kamenů modifikovaných metodou Kariköové a Weissmana. Obě uzavírají tuto mRNA do lipidových nanočástic, jež vyvinul Pieter Cullis.

Budoucnost mRNA vakcín

Když začal na začátku roku 2020 hon na novou účinnou vakcínu, sázel na mRNA outsidery jen málokdo. Očkovací látky založené na mRNA ale prokázaly nesporné přednosti: lze je připravit velmi rychle, mají nečekaně vysokou účinnost přesahující 90 %, jsou bezpečné a u očkovaných lidí nevyvolávají ve větší míře vážnější nežádoucí reakce.

Dobrou perspektivu zaručuje mRNA vakcínám fakt, že se dají velmi snadno modifikovat, a výrobci tak mohou držet krok s evolucí nových variant původců infekčních chorob. Plně to platí i pro vakcíny proti koronaviru SARS-CoV-2. Zdlouhavý vývoj mRNA vakcín má navíc za následek, že drtivé většině patentů buď vypršela platnost, nebo budou platné už jen krátce. Modifikaci mRNA podle Kariköové a Weissmana vyprší platnost patentu za pět let. Experti se shodují v tom, že na mRNA vakcínách už se toho mnoho nového k patentování nenabízí. Produkci vakcín tak nebudou brzdit dohady o patentová práva a licence.

Vakcíny Pfizeru a Moderny proti SARS-CoV-2 jsou prvními vlaštovkami, po kterých brzy přijdou další očkovací látky na bázi mRNA. Jejich vývoj a testy už běží naplno. Moderna klinicky testuje mRNA vakcíny proti chřipkovým virům, cytomegaloviru vyvolávajícímu mononukleózu a dalším původcům infekčních chorob. Vědci z Yaleovy univerzity nedávno oznámili velmi slibné výsledky testů mRNA vakcíny proti klíšťatům. To by byla první očkovací látka zacílená nikoli na původce chorob, ale na jejich přenašeče.

První vavříny sbírají i vědci, kteří stáli u zrodu mRNA vakcín. Katalin Kariköová a Drew Weissman získali nejštědřeji dotovanou vědeckou cenu Breakthrough v oboru přírodních věd. Spolu s Rossim, Sahinem a Türeciovou dostali také prestižní španělskou Cenu kněžny asturské. Pokud se hovoří o kandidátech na Nobelovu cenu, která se uděluje nejvýše trojici vědců, pak padají nejčastěji jména Kariköová, Weissman a Cullis. Vědců, kteří se během dlouhé a spletité historie mRNA vakcín přičinili o to, že dnes technologie konečně slouží lidstvu, byla ale dlouhá řada.

„Tady si nemůže nikdo přisvojovat zásluhy. Když budeme hovořit o lipidových nanočásticích, musíme hovořit o stovkách a možná tisících lidí, kteří společně pracovali na tom, aby nanočástice byly v pravou chvíli k dispozici,“ uznává v rozhovoru pro Nature Pieter Cullis.

„Každý včetně mne přispěl svou trochou,“ dodává k tomu Katalin Kariköová.

Autor je biolog

LN, 27.11.2021