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COVID-19. Por qué las vacunas de ARN para COVID-19 lideran la investigación

 

La mayoría de las vacunas para el SARS-CoV-2 provocan una respuesta inmune que se dirige a la proteína de pico de coronavirus, que se encuentra en la superficie del virus. Las vacunas de ARN mensajero codifican segmentos de la proteína de pico, y esas secuencias de ARNm son mucho más fáciles de generar en el laboratorio que la proteína de pico en sí. Fuente: Christine Daniloff, MIT; e imágenes de archivo

Muchos años de investigación han permitido a los científicos sintetizar rápidamente vacunas de ARN y administrarlas dentro de las células.

El desarrollo y la prueba de una nueva vacuna suelen llevar al menos de 12 a 18 meses. Sin embargo, poco más de 10 meses después de la publicación de la secuencia genética del virus SARS-CoV-2 , dos compañías farmacéuticas solicitaron la autorización de uso de emergencia de la FDA (EE.UU.) para vacunas que parecen ser altamente efectivas contra el virus.

Ambas vacunas están hechas de ARN mensajero (ARNm), la molécula que las células usan de forma natural para llevar las instrucciones del ADN a la maquinaria de construcción de proteínas de las células. Se han dedicado muchos años de investigación a las vacunas de ARN, que es una de las razones por las que los científicos pudieron comenzar a probar estas vacunas contra Covid-19 tan rápidamente. Una vez que se revelaron las secuencias virales en enero, las compañías farmacéuticas Moderna y Pfizer, junto con su socio alemán BioNTech, tardaron solo unos días en generar candidatos a vacunas de ARNm.

“Lo que es particularmente exclusivo del ARNm es la capacidad de generar rápidamente vacunas contra nuevas enfermedades. Creo que es una de las historias más emocionantes detrás de esta tecnología ”, dice Daniel Anderson, profesor de ingeniería química en el MIT y miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas.

La mayoría de las vacunas tradicionales consisten en formas muertas o debilitadas de un virus o bacteria. Estos provocan una respuesta inmune que permite al cuerpo luchar contra el patógeno real más adelante.

En lugar de administrar un virus o una proteína viral, las vacunas de ARN brindan información genética que permite que las propias células del cuerpo produzcan una proteína viral. El ARNm sintético que codifica una proteína viral puede tomar prestada esta maquinaria para producir muchas copias de la proteína. Estas proteínas estimulan al sistema inmunológico para que genere una respuesta, sin presentar ningún riesgo de infección.

Una ventaja clave del ARNm es que es muy fácil de sintetizar una vez que los investigadores conocen la secuencia de la proteína viral que quieren apuntar. La mayoría de las vacunas para el SARS-CoV-2 provocan una respuesta inmune que se dirige a la proteína de pico de coronavirus, que se encuentra en la superficie del virus y le da al virus su característica forma puntiaguda. Las vacunas de ARN mensajero codifican segmentos de la proteína de pico, y esas secuencias de ARNm son mucho más fáciles de generar en el laboratorio que la proteína de pico en sí.

“Con las vacunas tradicionales, hay que hacer mucho desarrollo. Se necesita una gran fábrica para producir la proteína o el virus, y su cultivo lleva mucho tiempo ”, dice Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch del MIT, miembro del Instituto Koch y uno de los fundadores de Moderna. “La belleza del ARNm es que no lo necesitas. Si inyecta ARNm nanoencapsulado en una persona, entra en las células y luego el cuerpo es su fábrica. El cuerpo se encarga de todo lo demás a partir de ahí ".

Langer ha pasado décadas desarrollando formas novedosas de administrar medicamentos, incluidos ácidos nucleicos terapéuticos como ARN y ADN. En la década de 1970, publicó el primer estudio que mostraba que era posible encapsular ácidos nucleicos, así como otras moléculas grandes, en partículas diminutas y entregarlas al cuerpo. (El trabajo del profesor del Instituto MIT Phillip Sharp y otros sobre el empalme de ARN, que también sentó las bases para las vacunas de ARNm actuales, también comenzó en los años 70).

“Fue muy controvertido en ese momento”, recuerda Langer. “Todos nos dijeron que era imposible y mis primeras nueve subvenciones fueron rechazadas. Pasé unos dos años trabajando en ello y encontré más de 200 formas de hacer que no funcionara. Pero luego, finalmente, encontré una manera de hacerlo funcionar ".

Ese artículo , que apareció en Nature en 1976, mostró que pequeñas partículas hechas de polímeros sintéticos podían transportar y liberar lentamente moléculas grandes como proteínas y ácidos nucleicos. Más tarde, Langer y otros demostraron que cuando se agregaba polietilenglicol (PEG) a la superficie de las nanopartículas, estas podían durar en el cuerpo mucho más tiempo, en lugar de destruirse casi de inmediato.

En los años siguientes, Langer, Anderson y otros han desarrollado moléculas grasas llamadas nanopartículas lipídicas que también son muy efectivas para administrar ácidos nucleicos. Estos transportadores protegen al ARN de la descomposición en el cuerpo y ayudan a transportarlo a través de las membranas celulares. Las vacunas de ARN de Moderna y Pfizer son transportadas por nanopartículas de lípidos con PEG.

El ARN mensajero es una gran molécula hidrófilaNaturalmente, no ingresa a las células por sí solo, por lo que estas vacunas están envueltas en nanopartículas que facilitan su administración dentro de las células. Esto permite que el ARN se entregue dentro de las células y luego se traduzca en proteínas ”, dice Anderson.

En 2018, la FDA aprobó el primer portador de nanopartículas lipídicas para ARN, que fue desarrollado por Alnylam Pharmaceuticals para entregar un tipo de ARN llamado ARNip. A diferencia del ARNm, el ARNip silencia sus genes diana, lo que puede beneficiar a los pacientes al desactivar los genes mutados que causan enfermedades.

Un inconveniente de las vacunas de ARNm es que pueden descomponerse a altas temperaturas, razón por la cual las vacunas actuales se almacenan a temperaturas tan frías. La vacuna contra el SARS-CoV-2 de Pfizer debe almacenarse a -70 grados Celsius (-94 grados Fahrenheit ) y la vacuna Moderna a -20 C (-4 F). Una forma de hacer que las vacunas de ARN sean más estables, señala Anderson, es agregar estabilizadores y eliminar el agua de la vacuna a través de un proceso llamado liofilización, que se ha demostrado que permite almacenar algunas vacunas de ARNm en un refrigerador en lugar de un congelador.

La sorprendente efectividad de estas dos vacunas Covid-19 en los ensayos clínicos de fase 3 (aproximadamente el 95 por ciento) ofrece la esperanza de que no solo esas vacunas ayudarán a poner fin a la pandemia actual, sino también de que en el futuro, las vacunas de ARN pueden ayudar en la lucha. contra otras enfermedades como el VIH y el cáncer, dice Anderson.

Fuente: MIT News Office. https://news.mit.edu/2020/rna-vaccines-explained-covid-19-1211

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