دو شرکت مدرنا و فایزر چطور روند ساخت واکسن را از نو ابداع کردند؟

نخستین نتایج به دست آمده از دو واکسن برجسته کووید-۱۹ نشان می‌دهند که باید منتظر تاثیراتی فراتر از متوقف کردن پاندمی کنونی باشیم: این واکسن‌ها نشان می‌دهند که زمان استفاده از تکنولوژی‌های مبتنی بر ژنتیک فرا رسیده و این فناوری می‌تواند راهگشای متدهای درمانی تازه برای سرطان، بیماری‌های قلبی و همینطور بیماری‌های عفونی باشد.

این تکنولوژی تازه که البته به صورت تمام و کمال کارایی‌اش به اثبات نرسیده، آر‌ان‌ای پیام‌رسان (یا Messenger RNA یا به اختصار mRNA) دارد و وظیفه‌اش، ارسال دستورالعمل‌های ژنتیک به بدن است. تا به امروز هیچ واکسن mRNA نداشته‌ایم که جوازهای سازمان‌های پزشکی را دریافت کند. اما همین تکنولوژی به فونداسیون واکسن‌های مدرنا و فایزر برای کووید-۱۹ تبدیل شده است.

در چند وقت اخیر شنیده‌ایم که هر دو واکسن تا ۹۰ درصد در پیشگیری از علائم رایج کووید-۱۹ موفق ظاهر می‌شوند. این یعنی واکسن‌های کنونی، عملکردی کاملا مشابه با برخی از واکسن‌های قدیمی دارند و در عین حال، در مدت زمان بسیار کوتاه‌تری تولید شده‌اند.

ویلیام شافنر، پروفسور درمان پیشگیرانه در دانشگاه واندربیلت می‌گوید «این علمی متعلق به قرن بیست و یکم است». او معتقد است که داده‌های مثبت به دست آمده از واکسن‌های مبتنی بر mRNA به خوبی نشان می‌دهند که در آینده پتانسیل‌های فراوان برای مبارزه با همه‌گیری بیماری‌های عفونی خواهیم داشت.

از زمان ظهور کرونا ویروس جدید به عنوان تهدیدی جهانی، مقامات حوزه سلامت کاملا روی تولید واکسن متمرکز بوده‌اند تا بلکه بتوانند جهان را به حالت عادی بازگردانند. واکسن‌ها از آن جهت حیاتی تلقی می‌گردند که در صورت واکسینه شدن افراد کافی، ویروس دیگر به آسانی شیوع نمی‌یابد؛ نه حتی در میان افرادی که ایمنی چندانی در برابرش ندارند. در حال حاضر نزدیک به ۵۰ واکسن مختلف با تکنولوژی‌های گوناگون داریم که همگی در فاز آزمایش‌های بالینی به سر می‌برند.

عرضه واکسن‌ها به بازار معمولا چندین سال طول می‌کشد. در تکنولوژی‌های قدیمی، محققان زمان زیادی را صرف پرورش یک ویروس یا پروتئینی در ویروس می‌کردند که هنگام تزریق به بدن، واکنشی ایمنی را به همراه می‌آورد. واکسن‌های سرخک، زونا و دیگر نمونه‌های قدیمی، از یک ویروس غیر فعال یا تضعیف شده استفاده می‌کنند تا بدن به ساخت سیستم ایمنی مورد نیاز برانگیخته شود.

پروسه تولید چنین واکسن‌هایی که معمولا درون تخمک یا راکتورهای زیستی عظیم صورت می‌گیرند، شدیدا وقت‌گیر است. توسعه واکسن‌های قابل تزریق نیز نیز معمولا یک دهه یا بیشتر زمان می‌برند. آران‌ای پیام‌رسان قرار است با استفاده از سامانه مولکولی خود بدن، این زمان را به شکل چشمگیری کاهش دهد. mRNA اساسا به سلول‌ها آموزش می‌دهد که چطور می‌توان پروتئینی مشابه به نمونه موجود در ویروس ساخت و به این ترتیب، واکنش ایمنی بدن فعال می‌شود.

mRNA تنها یکی از انواع RNA موجود در سلول‌ها است و به صورت طبیعی تولید می‌شود. داریم در مورد نوعی زنبور کارگر مولکولی صحبت می‌کنیم که دستورالعمل‌های نوشته شده در دی‌ان‌ای را در اختیار سلول‌ها می‌گذارد. با توجه به این نقش مهم، محققان برای مدتی طولانی در حال گمانه‌زنی راجع به یافتن کارکردی تازه برای آن بوده‌اند تا سلول‌ها تبدیل به کارخانه‌های کوچک تولید دارو یا واکسن تبدیل شوند.

با mRNA، توسعه واکسن تبدیل به چالشی مهندسی می‌شود و دیگر صرفا یک چالش علمی نیست. به محض شناسایی توالی ژنتیک یک پاتوژن، کمپانی‌ها می‌توانند با سرعتی نسبتا بالا به تولید واکسن‌های mRNA بپردازند. محققان از توالی ژنتیکی ویروس هدف برای برنامه‌نویسی mRNA استفاده خواهند کرد.

دکتر آنتونی فاچی، مدیر انستیتوی آلرژی و بیماری‌های عفونی آمریکا طی ماه نوامبر اخیر در ژورنال Nature Reviews Immunology نوشت که: «mRNA این پتانسیل را دارد که تبدیل به بستری برای تولید سریع و انعطاف‌پذیر واکسن تبدیل شود. با آغاز کردن کار از توالی ژنتیکی، واکسن‌های mRNA می‌توانند ظرف چند هفته تولید شوند».

توسعه سریع

شرکت Moderna که در سال ۲۰۱۰ با تمرکز کامل بر mRNA تاسیس شد، به فاصله دو ماه از یافتن توالی خارهای پروتئینی موجود در سطح کرونا ویروس، دوز کافی برای آغاز آزمایش‌های انسانی روی ۴۵ را تولید کرد. با دسترسی به یک بستر از پیش آماده، مدرنا توانست به سرعت به طراحی دارو یا واکسن جدیدی مبتنی بر mRNA بپردازد. این چیزی است که استفان بانسل، مدیرعامل مدرنا، آن را «نرم‌افزار حیات» می‌نامد.

اوگر ساهین، هم‌موسس شرکت آلمانی BioNTech در روز ۲۵ ژانویه، یعنی چندین روز پیش از اینکه نخستین مورد ابتلا به کووید-۱۹ در آلمان مشاهده شود، توانسته بود طرحی کلی از ۱۰ واکسن mRNA بالقوه را روی کامپیوتر منزلش به نمایش درآورد. تمام این‌ها به لطف رمزگشایی سریع ژنوم کرونا ویروس جدید توسط محققان سراسر جهان بود. یکی از آن ۱۰ واکسن بالقوه، تبدیل به فونداسیون واکسن کووید کنونی شد.

او سپس به سراغ فایزر رفت، شرکتی که در سال ۲۰۱۸ شروع به همکاری با BioNTech کرده بود تا با یکدیگر یک واکسن آنفلوانزای مبتنی بر mRNA بسازند. دکتر ساهین و همسرش، اوزلم تورچی، BioNTech را در سال ۲۰۰۸ تاسیس کردند و برای بیش از ۲۵ سال مشغول پژوهش mRNA بوده‌اند.

فایزر از آن جهت به mRNA علاقه‌مند شد که فورا دریافت واکسن‌های مبتنی بر این تکنولوژی چقدر سریع تولید می‌شوند و چه پتانسیل‌هایی برای ایجاد واکنش ایمنی قدرتمندتر نسبت به واکسن‌های سنتی دارند. این را کاترین جنسن، مدیر تحقیقات واکسن فایزر می‌گوید.

دکتر جنسن می‌گوید که RNA ظاهرا از هر تکنولوژی دیگری که آنتی‌بادی تولید می‌کنند یا به واکنش سلول‌های تی منجر می‌شوند، در تحریک سیستم ایمنی بهتر عمل می‌کند. بستر mRNA اساسا کاملا مصنوعی است. mRNA مولکولی است که می‌توانیم آن را با سرعت بسیار بسیار زیادی تولید کنیم و نیازی به هیچ ارگانیسم زنده نیست - نه ویروس زنده، نه سلول زنده، نه تخم و نه هیچ چیز دیگر.

واکسن‌های دو شرکت AstraZeneca PLC و Johnson & Johnson مبتنی بر تکنولوژی‌ای هستند که از ویروس سرماخوردگی عادی برای ارسال دستورالعمل‌های ژنتیکی به سیستم ایمنی استفاده می‌کند تا تدابیر امنیتی لازم در بدن به کار گرفته شوند. ضمنا ویروس‌های سرماخوردگی عادی به گونه‌ای دستکاری می‌گردند که منجر به عفونت در بدن نشوند.

از همین تکنولوژی در واکسن ابولای Johnson & Johnson استفاده شد که امسال توانست جواز لازم را از رگولاتوری‌های اروپایی دریافت کند. واکسن‌های J&J و AstraZeneca اکنون در آزمایش‌های بالینی نهایی به سر می‌برند و طی هفته‌ها یا ماه‌های آتی، شاهد انتشار نخستین نتایج خواهیم بود.

در این بین شرکت Merck & Co رویکردی سنتی‌تر در پیش گرفته و به دنبال ساخت واکسنی است که ویروسی تضعیف شده را وارد بدن می‌کند و منجر به شکل‌گیری واکنش ایمنی می‌شوند. Merck می‌گوید چنین واکسنی حفاظت طولانی‌مدت‌تر در برابر کووید-۱۹ را نسبت به دیگر تکنولوژی‌ها به ارمغان خواهد آورد، اما در عین حال توسعه آن بیشتر از ورژن‌های مبتنی بر mRNA زمان می‌برد.

علی‌رغم نتایج ابتدایی و نویدبخش واکسن‌های مدرنا و فایزر، هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که نمی‌دانیم. مثلا اینکه واکسن تا چه مدت از ما در برابر کووید-۱۹ محافظت می‌کند و ضمنا تا چه میزان در واکسینه کردن اقشار حساس جامعه، مانند افراد مسن موثر ظاهر می‌شود.

هم مدرنا و هم فایزر اکنون منتظر کسب اطلاعات بیشتر راجع به میزان امنیت واکسن خود هستند. سازمان غذا و داروی آمریکا نیز می‌خواهد تا دو ماه بعد از تزریق واکسن به بدن افراد مختلف، اثرات جانبی جدی دارو را از نزدیک پایش کند. واکسن‌های mRNA ضمنا محدودیت‌هایی نیز دارند که مشابه‌شان را در واکسن‌های تولید شده برای دیگر بیماری‌ها مشاهده نکرده‌ایم.

برای مثال واکسن‌ها باید در دمای زیر صفر نگهداری شوند و همین باعث شده مقامات حوزه سلامت و همینطور بیمارستان‌ها، جستجو برای فریزرهای مخصوص را آغاز کنند. فایزر اکنون نوعی کانتینر خاص برای نگه‌داری واکسن ساخته و زنجیره تامین‌کنندگان خودش را نیز برای توزیع واکسن فراهم آورده. واکسن‌های فعلی باید در دو دوز با فاصله سه الی چهار هفته دریافت شوند تا واکنش ایمنی لازم به وجود آید. بنابراین دریافت‌کنندگان واکسن باید مورد پایش قرار بگیرند تا از دریافت هر دو دوز اطمینان حاصل شود.

درکی تازه

تلاش برای مهندسی mRNA به گونه‌ای که قادر به مبارزه با بیماری‌ها باشد، یک دهه پیش آغاز شد و با پیشرفت سریع در علم ژنتیک، به ثمره نشست. درو وایزمن ایمنی‌شناس و کاتالین کاریکو، زیست‌شناس مولکولی، بیشتر از ۲۰ سال شروع به کار روی mRNA در آزمایشگاه‌های دانشگاه پنسیلوانیا کردند.

دکتر وایزمن می‌گوید نه‌تنها به خاطر پتانسیل RNA در تولید پروتئین‌های مبارزه‌گر با بیماری‌ها، بلکه به خاطر میزان ایمنی آن نیز بود که به این حوزه علاقه‌مند شد. او توضیح می‌دهد که: «[متوجه شدیم که RNA] درون ژنوم ادغام نمی‌شود. هیچ راهی وجود نداشت که شما با یک اتفاق نامساعد ژنومیک مواجه شوید». او می‌گوید که به شکلی متناقض، اوایل دهه ۲۰۰۰ شاهد ظهور یک روش درمانی مبتنی بر ژن در فرانسه بودیم که باعث بروز سرطان خون در بدن افرادی که اختلالات سیستم ایمنی داشتند می‌شد.

دکتر کاریکو که کار روی mRNA را اواخر دهه ۱۹۷۰ و در کشور مجارستان آغاز کرد نیز می‌گوید که همتایانش برای بیش از سه دهه، نسبت به تلاش‌های او بدبین بودند.«این تکنولوژی تا پیش از امروز هیچ شانسی برای اثبات خودش نداشت - اما حالا دارد خودش را اثبات می‌کند».

دکتر وایزمن مواد mRNA را از دکتر کاریکو دریافت کرد که آن موقع مشغول تست سلول‌های تومور بود. وایزمن سپس به آزمایش نمونه‌های در سلول‌های ایمنی پرداخت. خودش می‌گوید: «نتایج کاملا اشتباه بودند».

مشکل زمانی آغاز شد که محققان شروع به تست mRNA در حیوانات کردند و معلوم شد با تزریق آن و ایجاد واکنش ایمنی، در بدن التهاب ایجاد می‌گردد. در همان آزمایش‌ها، دوز بالای mRNA به راحتی موش‌ها را می‌کشت. به همین ترتیب، دکتر وایزمن و دکتر کاریکو در صدد حل مشکل التهاب بدن برآمده و شروع به دستکاری mRNA کردند.

آن‌ها دریافتند که با ایجاد یک تغییر در نوکلئوزید -یکی از بلوک‌های تشکیل‌دهنده RNA- می‌توان کاری کرد که واکنش ایمنی منجر به التهاب نشود و از سوی دیگر، RNA راهش را به سلول‌های انسان باز کرده و دستورالعمل ساخت پروتئین دلخواه را با موفقیت به مقصد برساند. وایزمن و کاریکو پتنت تکنولوژی خود را به ثبت رساندند و لایسنس آن بعدا به مدرنا و BioNTech فروخته شد. در سال ۲۰۱۴ نیز دکتر کاریکو به BioNTech پیوست تا نقش نایب رییس ارشد را ایفا کند.

مدرنا سال‌ها روی بهبود هرچه بیشتر تکنولوژی‌اش متمرکز بود. یکی از چالش‌های اصلی، یافتن پوسته درست بود که بتواند mRNA را تا رسیدن به سلول انسانی همراه کند و در این مسیر توسط آنزیم‌های طبیعی بدن انسان نابود نشود. این شرکت اکنون mRNA را درون محفظه‌ای قرار دهد می‌دهد که از نوعی چربی به نام ریزذرات لیپید تشکیل شده. آزمایش این پوسته در سال ۲۰۱۵ روی انسان‌ها آغاز شد.

مدرنا هم چند سال پیش شروع به همکاری با محققین انستیتوی ملی سلامت آمریکا کرد تا واکسن‌هایی برای برخی بیماری‌های عفونی خاص بسازد. همین همکاری راهگشای تیم‌های دو سازمان بود تا در ماه ژانویه امسال به سرعت کار روی واکسن کووید-۱۹ را آغاز کنند.

مارک مولیگن، مدیر مرکز واکسن در مرکز سلامت Langone در نیویورک می‌گوید: «موفقیت ابتدایی واکسن‌های mRNA به ما مقداری شجاعت خواهد داد تا از این تکنولوژی در دیگر واکسن‌های هدفمند آینده نیز استفاده کنیم».مدرنا تا به امروز در روند مطالعات خود چندین واکسن پیشگیرانه و مبتنی بر mRNA توسعه داده است، از جمله یک واکسن برای سیتومگالوویروس که در صورت ابتلای مادران حامله به آن، فرزندشان دچار مشکلات سلامتی فراوان خواهد شد. این واکسن عموما امن بود و پاسخ ایمنی مطلوب را در نخستین پژوهش‌ها ایجاد کرد. اما روند تست کماکان ادامه دارد.

مدرنا هم در همکاری با Merck مشغول آزمایش اینست که واکسن‌های مبتنی بر mRNA می‌توانند سرطان را درمان کنند یا خیر. روند درمان براساس جهش‌های یافت شده در سلول‌های تومور هر بیماری شخصی‌سازی می‌شود. mRNA در کنار داروی کیترودا که مخصوص سرطان است، در بدن برخی بیماران نتایجی نویدبخش از خود به جای گذاشته، خصوصا بیماری که به سرطان سر و گردن مبتلا شده‌اند.

BioNTech هم به توسعه واکسن‌های mRNA برای درمان سرطان‌های پستان، پوست و لوزالمعده ادامه خواهد داد. این کمپانی مشغول توسعه چندین داروی مختلف برای سرطان است و داروی سرطان پوست اکنون نیمی از آزمایش‌های لازم را پشت سر گذاشته است.دکتر ساهین می‌گوید یکی از مزایای واکسن‌های mRNA «اینست که می‌توانند به سرعت پاسخی بهتر به کاهش سطح ایمنی یا جهش‌های ویروسی دهند و همین باعث می‌شود سایر واکسن‌ها کمتر موثر باشند.» او می‌گوید که در صورت دریافت جوازهای لازم از رگولاتوری‌ها، mRNA می‌تواند «دسته‌بندی کاملا جدیدی از داروها را ایجاد کند».

نخستین نتایج به دست آمده از دو واکسن برجسته کووید-۱۹ نشان می‌دهند که باید منتظر تاثیراتی فراتر از متوقف کردن پاندمی کنونی باشیم: این واکسن‌ها نشان می‌دهند که زمان استفاده از تکنولوژی‌های مبتنی بر ژنتیک فرا رسیده و این فناوری می‌تواند راهگشای متدهای درمانی تازه برای سرطان، بیماری‌های قلبی و همینطور بیماری‌های عفونی باشند.