חיסוני mRNA ל-Covid-19 זוכים בפרס נובל לרפואה 2023 | מגזין קוונטה

ועדת נובל העניקה את פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 2023 קטלין קריקו ו דרו ויסמן על עבודתם החלוצית בפיתוח טכנולוגיית חיסון mRNA, שאיפשרה תגובה חיסונית בזמן למגפת קוביד-19. חיסונים נגד נגיף ה-SARS-CoV-2 מיוחסים בסיוע בבלימת התפשטות המגיפה ובחיסכון בין 14.4 מיליון ו-19.8 מיליון חיים רק בשנה הראשונה לשימוש בהם; חיסוני mRNA מילאו תפקיד מרכזי בהישג זה.

במשך עשרות שנים, מדענים מרחבי העולם ניסו להשתמש ב-mRNA (RNA שליח) כתרופה. תאים משתמשים באופן טבעי ב-mRNA, המבוסס על DNA גנטי, כהוראות לייצור חלבונים. חוקרים שאפו לפתח כלים ליצירת רצפי mRNA חדשניים - כאלה שמקודדים לחלבונים ויראליים, למשל - במעבדה, ולאחר מכן להכניס את מולקולות ה-mRNA הללו לתאים. לאחר מכן, התאים יתרגמו את רצפי ה-mRNA הללו לחלבונים ויראליים, ובכך יזהירו את המערכת החיסונית להקים הגנה מפני הנגיף. למעשה, חיסון ה-mRNA הופך תאים למפעלים לחלבונים ויראליים כאסטרטגיה למלחמה בתוקפים ויראליים.

עם זאת, הניסיונות הראשונים להשתמש ב-mRNA כדי לייצר תגובה חיסונית נכשלו מכיוון שתאים זיהו בקלות רבה מדי את מולקולות ה-mRNA שהוכנסו כפולשים והשמידו אותן.

בשנת 2005, תוך כדי עבודה משותפת באוניברסיטת פנסילבניה, קאריקו וויסמן גילה דרך לכוונן מעט את רצף הנוקלאוטידים של מולקולות ה-mRNA, כך שיוכלו לחמוק מעבר למעקב חיסוני תאי ולהימנע מלעורר תגובה דלקתית מסיבית. הם המשיכו להופיע 2008 ו 2010שמולקולות mRNA שעברו שינוי יכולות לייצר רמות גבוהות של חלבונים. פריצות דרך אלו הפכו את טכנולוגיית ה-mRNA ליישימה ליצירת חיסונים בטוחים ויעילים.

רק 15 שנים מאוחר יותר, השיטות הוכחו על הבמה העולמית. בתחילת 2021, בקושי שנה לאחר התפרצות מגיפת קוביד-19 לראשונה ברחבי העולם, חברות תרופות מרובות השתמשו בכלי ה-mRNA של Karikó ו-Weissman כדי להפעיל חיסונים נגד הנגיף. המגיפה שימשה הוכחה לקונספט של החיסונים, והצלחתם סייעה להוציא את העולם מהשלב הקטלני ביותר של המגיפה.

התגליות של קאריקו וויסמן "שינו באופן מהותי את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו mRNA מקיים אינטראקציה עם מערכת החיסון שלנו והייתה לה השפעה גדולה על החברה שלנו במהלך מגיפת קוביד-19 האחרונה", אמר ריקארד סנדברג, חבר ועדת נובל, במהלך ההכרזה הבוקר. חיסונים, הן מהזן הקונבנציונלי והן מהזן ה-mRNA, "הצילו מיליוני חיים, מנעו קוביד-19 חמור, הפחיתו את עומס המחלות הכולל ואיפשרו לחברות להיפתח שוב". 

מהו mRNA?

RNA שליח הוא גדיל יחיד של קוד גנטי שהתא משתמש בו כהוראות לייצור חלבונים. מולקולות mRNA מקורן בתאים והן חלקי מפתח בתפקודים תאיים יומיומיים: הן השליחים הנושאים רצפי DNA מתומללים אל מחוץ לגרעין המוגן אל הציטופלזמה של התא, שם ניתן לתרגם אותם לחלבונים על ידי האברונים הנקראים ריבוזומים. ריבוזום קורא את הגדיל, ומתרגם קבוצות של אותיות גנטיות לרצפים של חומצות אמינו. המחרוזת הארוכה של חומצות אמינו שנוצרת לאחר מכן מתקפלת לחלבון המתאים.

כיצד פועלים חיסוני mRNA Covid-19?

מדענים למדו לכתוב קוד mRNA כדי ליצור חלבונים חדשים - כולל חלבונים שיכולים לעזור לתאים לזהות וירוסים שמעולם לא ראו. טכנולוגיית ה-mRNA שפותחה על ידי זוכי פרס נובל שואלת את מכונות ייצור החלבון של התאים, וגורמת לתאים לייצר חלבונים ויראליים שמכינים את מערכת החיסון לזהות וירוס נתון אם יתקלו בו מאוחר יותר.

כאשר הוא מוכנס לתאים, החיסון Covid-19 מספק את המתכון להכנת חלבון ה"ספייק" SARS-CoV-2, שנמצא על פני השטח החיצוניים של הנגיף. לאחר מכן תאים משתמשים בהוראות אלה כדי לייצר את חלבון הספייק כאילו נדבקו בנגיף האמיתי. זה כמו סבב תרגול חסינות: ה-mRNA מקדם את מערכת החיסון לזהות חלבון SARS-CoV-2 ספייק אמיתי, כך שאם אדם נחשף מאוחר יותר לנגיף, המערכת החיסונית "תזכור" במהירות כיצד להניע תגובה להילחם בו.

מה הייתה פריצת הדרך שהובילה להצלחת החיסונים?

בתחילת שנות ה-2000, מכשול עיקרי לטכנולוגיית ה-mRNA היה שהיא עוררה תגובה דלקתית גדולה בתאים. תאים זיהו את ה-mRNA שהוכנס כחומר זר וניסו להיפטר ממנו, והכניסו את מערכות ההגנה הסלולריות להילוך יתר. לאחר שהבינו שלעתים קרובות תאים משנים את ה-mRNA המקורי שלהם, קאריקו וויסמן החליטו לראות מה יקרה אם הם גם ישתנו מעט את הקוד הגנטי של ה-mRNA שהם מציגים.

בתגלית פורצת דרך שפורסם ב-2005, הם דיווחו שהתגובה הדלקתית כמעט ונעלמה. בשנים שלאחר מכן, הם שיפרו עוד יותר את הטכנולוגיה כדי להגדיל מאוד את מספר החלבונים שהתאים יכלו לייצר על בסיס רצף ה-mRNA.

האם נעשה שימוש בחיסוני mRNA כדי להילחם במחלות לפני המגיפה?

מספר חברות וחוקרים בדקו את ההבטחות של חיסוני mRNA לפני המגיפה כדי להילחם בנגיפים כמו זיקה ו-MERS-CoV, הדומה ל-SARS-CoV-2. אבל אף אחד מהחיסונים לא אושר נכון לשנת 2020, כאשר התפרצה מגיפת קוביד-19. הפריסה המוצלחת של חיסוני mRNA במהלך המגיפה הוכיחה את הרעיון של הטכנולוגיה, והפכה לקרש קפיצה לעידוד השימוש בה למניעה או טיפול במחלות אחרות.

מהם היתרונות של חיסוני mRNA על פני מסורתיים יותר?

ההבטחה של חיסוני mRNA היא שניתן לפתח אותם בקלות ובמהירות. בדרך כלל לוקח יותר זמן - בטווח הזמן של שנים - למדענים ליצור ולבדוק חיסונים מסורתיים, שהם לרוב גרסה מוחלשת או דנטורטית של וירוס אמיתי. וגם לאחר פיתוח חיסון מסורתי, על המדענים לפנות מכשול שני - ללמוד כיצד לגדל כמויות גדולות של וירוסים או חלבונים במעבדה - לפני שיוכלו לייצר את התרופה בקנה מידה המוני הנדרש כדי לחסן מיליוני או מיליארדי אנשים.

בשנת 2020, ברגע שחוקרים פרסמו את המבנה והקוד הגנטי של חלבון הספייק SARS-CoV-2, החוקרים התחילו לעבוד. בתוך מספר חודשים, ענקיות התרופות פייזר ומודרנה השתמשו בטכנולוגיית mRNA לפיתוח חיסונים שחיסנו נגד הנגיף. הם הצליחו לייצר חיסון המוני mRNA במהירות, להוביל ניסויים קליניים כדי להוכיח שהחיסונים בטוחים ויעילים, ולאחר מכן לתת את הבדיקות הראשונות לציבור עד אביב 2021. זה היה אפשרי מכיוון שניתן להשתמש בכלי mRNA ליצירת מגוון רחב. של חלבונים ללא צורך בטיפוח שיטות חדשות לגידול וירוסים בקנה מידה המוני.

כיצד ישמש חיסוני mRNA כעת?

כפי שציין סנדברג בדבריו בהכרזה על פרס נובל, "לחיסוני ה-mRNA המוצלחים נגד קוביד-19 הייתה השפעה עצומה על העניין בטכנולוגיות מבוססות mRNA." טכנולוגיות mRNA משמשות כעת לפיתוח חיסונים נגד מחלות זיהומיות אחרות, מתן חלבון טיפולי וטיפול בסרטן.

מאמר זה יעודכן בפרטים נוספים במהלך היום.