La fabricación de vacunas se describe a menudo como una tarea indeseable. En palabras del Dr. Bill Voigy, uno de los mejores médicos de salud pública del mundo, «Nadie te agradece jamás por salvarlo de una enfermedad que no sabía que iba a contraer». Sin embargo, los profesionales de la salud pública consideran que las vacunas son un excelente retorno de la inversión porque previenen la muerte y la discapacidad, especialmente cuando se administran en la infancia. Entonces, ¿por qué no tenemos vacunas para más enfermedades que se pueden prevenir con vacunas? La razón es que las vacunas deben demostrar tanto una alta eficacia como una tremenda seguridad para garantizar su uso en personas sanas, lo que hace que el desarrollo de productos sea un proceso largo y difícil. Antes de 2020, el tiempo medio desde el inicio del uso de la vacuna hasta la autorización era de 10 a 15 años; El tiempo más corto (para la vacuna contra las paperas) fue de 4 años. Por lo tanto, desarrollar una vacuna para la enfermedad del coronavirus 2019 (Covid-19) en 11 meses fue una hazaña extraordinaria que fue posible gracias a años de investigación básica en nuevas plataformas de vacunas, sobre todo el ARN mensajero (ARNm).^1,2 Las contribuciones del Dr. Drew Wiseman y el Dr. Catalin Carico, ganadores del Premio de Investigación Médica Clínica Lasker-DeBakey 2021, son particularmente dignas de mención.

Los principios detrás de las vacunas de ADN tienen sus raíces en la doctrina central de Watson y Crick: que el ADN se transcribe en ARNm, que a su vez se traduce en proteína. Hace casi tres décadas, se demostró que la introducción de ADN o ARNm en una célula o cualquier organismo da como resultado la expresión de una proteína específica mediante la secuenciación del ADN.³ Poco después, el concepto de vacunas de ADN se validó cuando se demostró que las proteínas expresadas a partir de ADN exógeno inducían una respuesta inmunitaria protectora.⁴ Sin embargo, la aplicación realista de la inoculación de ADN ha sido limitada, inicialmente debido a preocupaciones de seguridad con respecto a la integración del ADN y luego debido a la escasa escalabilidad de la entrega eficiente de ADN al núcleo. Por el contrario, a pesar de ser susceptible a la hidrólisis, el ARNm parece ser más rastreable porque el ADN no necesitaba ser transportado al núcleo; Es funcional en el citosol. Sin embargo, décadas de investigación básica de Weissman y Karikó, inicialmente en sus propios laboratorios y luego de otorgar licencias a dos empresas de biotecnología (Moderna y BioNTech), fueron necesarias para realizar vacunas de ARNm. ¿Cuáles son las claves del éxito?

Figura 1. Figura 1. Identificación celular y resultados clínicos del uso de ARNm modificado y no modificado en vacunas.

Como se muestra en el panel (a), el ARN mensajero (ARNm) no modificado introducido en la célula activa los receptores de reconocimiento de patrones dentro del cuerpo y el citosólico para inducir la muerte celular o una respuesta inflamatoria. Además, el reconocimiento de ARNm no modificado por la proteína quinasa R detiene la síntesis de proteínas y reduce la expresión de antígenos. Las vacunas con ARNm sin modificar muestran una mayor reactividad, una ventana terapéutica estrecha y una menor inmunogenicidad. Como se muestra en el panel B, el ARNm modificado por la adición de pseudouridina no activa los receptores de reconocimiento de patrones intracelulares y celulares y muestra una inflamación y muerte celular reducidas. El fracaso del ARNm alterado para activar la proteína quinasa R da como resultado la expresión continua de la proteína y la inducción de una inmunidad sólida. En la clínica, las vacunas con ARNm muestran una tasa de reacción más baja, una ventana terapéutica más amplia y una inmunidad mejorada, en comparación con las vacunas con ARNm sin modificar. IRF significa factor regulador de interferón, factor nuclear NF, proteína génica inducida por ácido retinoico I RIG-I y receptor similar a TLR.

Tuvieron que superar muchos obstáculos. El ARNm es reconocido por los receptores de reconocimiento de patrones del sistema inmune innato (forma 1), incluidos los miembros de la familia del receptor tipo toll (TLR3 y TLR7 / 8, que detectan el ARN bicatenario y el ARN monocatenario, respectivamente) y la primera vía genética estimulada por ácido retinoico (RIG-I), para inducir una respuesta inflamatoria y muerte celular. (RIG-I es un receptor de reconocimiento de patrones citosólico que reconoce el ARN bicatenario corto y activa el interferón tipo I y, por lo tanto, el sistema inmunológico adaptativo). Por lo tanto, la inyección de ARNm en animales provocó un shock, lo que sugiere que puede haber un límite para un dosis de ARNm que puede usarse en humanos sin efectos secundarios inaceptables. Para explorar formas de mitigar la inflamación, Weissman y Karikó se propusieron comprender la forma en que los receptores de reconocimiento de patrones distinguen los ARN derivados de patógenos de los ARN endógenos. Observaron que muchos ARN intracelulares, como abundantes ARNr, se modificaron significativamente y especularon que estas modificaciones podrían permitir que los ARN endógenos evadieran el reconocimiento inmunológico. Se produjo un avance crítico cuando Weissman y Karikó demostraron que la modificación del ARNm sustituyendo la uridina por pseudouridina altera la activación inmunitaria.⁵ Manteniendo la capacidad de codificar proteínas.⁶ Esta modificación aumentó la producción de proteínas hasta 1000 veces la del ARNm no modificado.⁶ Debido a que el ARNm modificado evita el reconocimiento por la proteína quinasa R, un sensor que reconoce el ARN y luego detiene la traducción de la proteína a través de la fosforilación y activación del factor de inicio de la traducción eIF-2α.⁷ Este ARNm modificado con pseudoridina es la columna vertebral de las vacunas de ARNm autorizadas desarrolladas por Moderna y Pfizer-BioNTech.

Un avance reciente fue determinar la mejor manera de empaquetar el ARNm para protegerlo de la hidrólisis y entregarlo al citosol de la célula. Se han probado varias combinaciones de ARNm en varias vacunas contra otros virus. En 2017, esta prueba condujo a evidencia clínica de una vacuna de ARNm que, cuando se encapsula y administra mediante nanopartículas de lípidos, mejora la inmunogenicidad al tiempo que conserva un perfil de seguridad controlable.⁸ Los estudios de apoyo en animales mostraron que las nanopartículas de lípidos se dirigieron a las células presentadoras de antígenos en el ganglio linfático sangrante y también ayudaron a la respuesta al inducir la activación de un tipo específico de linfocitos T auxiliares foliculares.⁹ Este tipo de linfocitos T aumenta la producción de anticuerpos, el número de células plasmáticas de larga vida y el grado de respuesta de los linfocitos B maduros. Ambas vacunas de ARNm Covid-19 actualmente autorizadas utilizan formulaciones de nanopartículas lipídicas.

Tuvimos la suerte de que estos avances en la investigación básica se hubieran completado antes de la pandemia, por lo que las empresas estaban preparadas para el éxito. Las vacunas de ARNm son seguras, efectivas y escalables; Se han administrado más de mil millones de dosis de vacunas de ARNm, y la capacidad de expandirse aún más para suministrar de 2 mil millones a 4 mil millones de dosis en 2021 y 2022 será vital en la lucha global contra Covid-19. Desafortunadamente, hasta que se logre la máxima magnitud, las disparidades serias continuarán alcanzando estas herramientas que salvan vidas, ya que las vacunas de ARNm se administran principalmente a personas que viven en países de ingresos altos.

En general, el ARNm presagia un nuevo amanecer en el campo de la vacunación y ofrece oportunidades de protección contra otras enfermedades infecciosas, como la mejora de la vacuna contra la influenza y el desarrollo de vacunas para las principales causas de muerte (malaria, VIH y tuberculosis) que se han mantenido relativamente bien. Resistente a los enfoques tradicionales. Ahora se pueden considerar enfermedades como el cáncer que anteriormente se consideraban objetivos desafiantes debido a la baja probabilidad de éxito y la necesidad de vacunación personal. Además de la vacunación, ahora hemos administrado miles de millones de dosis de ARNm y hemos demostrado que es seguro, allanando el camino para otras terapias de ARN, como la sustitución de proteínas, la interferencia de ARN y CRISPR-Cas (una endonucleasa Cas) para la edición de genes.¹⁰ La revolución del ARN acaba de comenzar.

Aunque los logros científicos de Weissman y Karikó ya han salvado millones de vidas, la carrera de Karikó también es parte de la historia, no porque fuera única, sino porque era ordinaria. Ella provenía de un entorno humilde de Europa del Este y emigró a los Estados Unidos para perseguir su sueño de la ciencia, solo para experimentar luchas típicas con el sistema de tenencia estadounidense, años de beca cargados de fondos y degradaciones. Incluso recortó sus salarios para asegurarse de que su laboratorio continúe funcionando y la investigación continúe. El viaje científico de Cariko ha sido difícil y familiar para muchas mujeres, inmigrantes y minorías que están subrepresentadas en el mundo académico. Si tiene la suerte de conocer a la Dra. Cariko, se encontrará cara a cara con el ejemplo de humildad; Quizás ella fue influenciada por esos tiempos difíciles.

El arduo trabajo y los logros de Weissman y Karikó ejemplifican aspectos del proceso científico. Las grandes cosas surgen de los pequeños comienzos, y el trabajo es largo y arduo y requiere perseverancia, sabiduría y visión. Aunque no debemos olvidar que muchas personas en todo el mundo siguen sin vacunas, quienes tenemos la suerte de recibir una vacuna contra el Covid-19 agradecemos su protección. Felicitamos a estos dos científicos clave, cuyo notable trabajo hizo posible estas vacunas. Además, junto a muchos, les agradezco; Les debemos una insondable deuda de gratitud.