Tehnica ARN, despre care circulă mitul că modifică ADN-ul, în șapte cuvinte cheie: „Copiem ceea ce se întâmplă cu adevărat”

• Principiul unui vaccin este de a instrui sistemul imunitar pentru a recunoaște virusul
• ARN mesager conține informațiile, planul de asamblare, care face posibilă construirea unei bucăți de proteină de virus
• ARN-ul mesager din vaccin nu este extras direct dintr-un virus real
• Aceste ARN-uri sintetice modificate rămân încă inflamatorii într-un mod măsurat, care este necesar pentru eficacitatea vaccinului

În Statele Unite, Food and Drug Administration tocmai a dat undă verde uneia dintre firme, Pfizer / BioNTech, care s-a bazat pe ARN messenger pentru a dezvolta un vaccin împotriva coronavirusului. Ar trebui administrat începând de luni, 14 decembrie. Și de câteva zile în Marea Britanie, prima tara care a aprobat și lansat vaccinarea.

Despre ARN-ul messenger curge multă cerneală, aceast lucru se datorează faptului că este prima dată când această tehnică va fi utilizată într-o campanie de vaccinare. Rapiditatea dezvoltării sale în raport cu alți candidați la vaccin este de asemenea evidentă, la fel ca și nivelurile de eficacitate raportate până acum.

În acest articol, dezvoltăm câteva aspecte ale acestei tehnici, în șapte cuvinte cheie, pentru cei cărora le place să înțeleagă puțin mai departe: mesager, sintetic, inflamație, nanoparticule, timp de înjumătățire, stabilitate și siguranță.

1. Messenger

Este un cuvânt care poate intriga. Messenger de ce? Să începem cu mica rutină a celulelor noastre. Acestea conțin ADN-ul nostru („acid dezoxiribonucleic”, compus din nucleotidele A, C, G și T), sub formă de cromozomi. În acest ADN se găsesc toate informațiile pentru a construi proteinele de care corpul nostru are nevoie. ADN-ul rămâne în nucleul celular în timp ce fabricarea proteinelor are loc în afara acestuia (vorbim despre „mașini celulare”, o mică instalație de producție, care se găsește în afara nucleului: în citoplasmă). Pentru a trece de la unul la altul, pentru a aduce informațiile la fabrica de producție, aveți nevoie de un „mesager”: o copie a bucăților de ADN. Aceasta copie este scrisa într-o limbă ușor diferită – un cod, un alfabet -: ARN („acid ribonucleic”, alcătuit din nucleotidele A, C, G și U). Acesta este motivul pentru care vorbim despre ARN messenger.

Principiul unui vaccin este de a instrui sistemul imunitar pentru a recunoaște virusul. Pentru a face acest lucru, spre deosebire de alte tehnici convenționale, aici nu injectăm virus inactivat sau proteine ​​virale … Injectăm un ARN mesager, care va fi procesat, citit, de către fabrica noastră de producție celulară. Mai precis, acest ARN mesager conține informațiile, planul de asamblare, care face posibilă construirea unei bucăți de proteină de virus (aici, în acest caz, proteina „spike”, care este o proteină prezentă pe suprafața virusului.).

În cele din urmă, rezultatul este același ca și în cazul altor tehnici: odată produsă, această proteină este detectată ca un „corp străin”, un „antigen” de către corpul nostru, care va începe, prin urmare, să producă „anticorpi” pentru a-l elimina. Dacă mai târziu este expus la virusul viu, corpurile noastre vor fi deja înarmate.

Este atât de îndrăzneț să avem proteinele produse de celulele noastre? De fapt, asta fac deja virușii! „Copiem ceea ce se întâmplă cu adevărat”, explică imunologul de la Universitatea din Bruxelles, Eric Muraille. „Atunci când virusul ARN intră într-o celulă, pentru a se reproduce, trebuie să intre în celula gazdei și să o facă să copieze atât ARN-ul său, cât și proteinele sale. Aceste strategii ale vaccinurilor ARN provin din înțelegerea noastră asupra modului în care ne infectează virușii.” Fără o celulă gazdă, virusul nu „trăiește”. Este foarte diferit de o bacterie. Amintiți-vă că un vaccin ARN mesager nu conține tot materialul genetic al virusului, ci doar o piesă care codifică una dintre proteinele sale.

2. Sintetic

ARN-ul mesager din vaccin nu este extras direct dintr-un virus real. Este produs sintetic. Pentru a-l proiecta, trebuie să cunoaștem „secvența genetică” a virusului (care conține toate informațiile pentru a construi toate proteinele de care virusul are nevoie, același principiu ca și genomul nostru). De acolo, alegem o bucată de secvență care dă „planul de asamblare” al unei proteine ​​pe care am pariat (aici, deci, proteina „spike”). Și sa producem sintetic acea piesă și numai acea, utilizând limbajul – codul, alfabetul – ARN.

Această producție sintetică este un avantaj major al tehnicii, comparativ cu altele. „Este echivalentul unei reacții chimice, nu trebuie să o produceți pornind de la o reacție biologică”, explică Eric Muraille. „În cazul unui vaccin bazat pe tehnica „virusului viu atenuat ”, trebuie să multiplicați, de exemplu, virusul gripal. În multe cazuri, se face încă pe ouă de pui și se infectează milioane de ouă pentru a produce aceste vaccinuri. Este lent, este scump în energie. Cu vaccinurile cu ARN, marele avantaj este că avem un sistem de producție foarte rapid. „

În viitor, acest tip de vaccinuri sintetizate chimic ar putea ajuta la întâmpinarea unei dificultati potențial importante: aceea de a „putea reacționa rapid la pandemii care ar putea deveni din ce în ce mai frecvente”, subliniază imunologul.

„Căutăm tehnici care pot accelera producția de vaccin și, prin urmare, dacă avem o tehnică de vaccin ARN care funcționează, ne poate ajuta în viitor să ne ocupăm de agenții infecțioși din ce în ce mai repede. . ” Să reacționeze mai rapid în cazul unei mutații problematice a coronavirusului (problematică dacă face vaccinurile existente mai puțin eficiente, de exemplu).

3. Inflamație

Conceptual, vedem că principiul este destul de „simplu”, din momentul în care oamenii de știință au dobândit suficiente cunoștințe despre genetică și funcționarea virușilor. Dar, din punct de vedere tehnic, pentru ca ideea să se materializeze, a fost necesar să depășim diferite dificultati și, în special, cea a reacției inflamatorii induse de acest ARN.

„Ar trebui să știți că ARN-ul viral, pentru sistemul imunitar, este un semnal de pericol, așa că reacționează foarte puternic la acesta, aceasta se numește semnătură moleculară patogenă”. „În anii 1990, aceste vaccinuri au fost testate pe modele animale și principala problemă a fost că erau foarte inflamatorii, cu o reacție inflamatorie locală foarte puternică. Ceea ce a dus la dezinteresul stiintei pentru ele.”

Cu alte cuvinte, această bucată de ARN, care nu este făcută dintr-o copie a propriului ADN, este ea însăși pe bună dreptate detectată ca un intrus. Dar ceea ce se caută este o reacție a sistemului imunitar împotriva proteinei virusului, nu împotriva bucății de ARN care face posibilă producerea ei …

De-a lungul anilor, tehnicile și cunoștințele au fost rafinate. Modificările structurale au fost testate pentru a face aceste ARN-uri mai puțin inflamatorii. Acesta a fost unul dintre axele de cercetare ale biochimistului de origine maghiară Katalin Kariko, alături de partenerul ei de cercetare Drew Weissman, după cum explică ziarul Le Monde într-un articol lung: „Principalul blocajul a fost eliminat: visul celor doi cercetători de a utiliza ARN-ul ca manual și apoi de a lăsa celulele să producă ele însele proteinele terapeutice prinde contur. În 2008, descoperă că ARN modificat produce chiar și de zece ori mai multe proteine ​​decât un ARN natural. […] Și publicațiile se succed. În 2011, Kariko și Weissman purifică ARN-ul pentru a evita orice reacție imunitară necontrolată. În 2012, au reușit să producă de șoareci și maimuțe Hormonul EPO pentru a trata anemia. „

Aceste ARN-uri sintetice modificate rămân încă inflamatorii într-un mod măsurat, care este necesar pentru eficacitatea vaccinului: o discreție prea mare ar fi contraproductivă. Încă trebuie să stimulati puțin sistemul imunitar pentru a-l face să reacționeze. „Acest lucru explică de ce în aceste vaccinuri nu există adjuvant adăugat”, a spus Eric Muraille. „De obicei, atunci când un vaccin este „mort ”, trebuie adăugat un adjuvant pentru a induce inflamația. Aici este semnătura ARN-ului care, deși a fost redus la nivel inflamator, rămâne inflamator, ceea ce are ca efect ‘adjuvant’.

4. Nanoparticule

Un alt obstacol tehnic care trebuia depășit era acela de „transfecție”, un cuvânt oarecum barbar care desemnează faptul de a permite materialului genetic să intre în celulă. „Dacă injectați ARN messenger singur, acesta va fi degradat imediat”, explică Jean-Michel Dogné, directorul departamentului de farmacii UNamur și expert în siguranța vaccinurilor la OMS și AEM (Agenția Europeană pentru Medicamente).

Problema este aceeași pentru alte tipuri de vaccinuri dezvoltate pe baze genetice, precum cele de la AstraZeneca sau Janssen Pharmaceutica. În cazul lor, secvența genetică este inserată într-un „vector viral”, un virus modificat și conceput pentru a-l transporta în celule, unde va fi citit.

În cazul vaccinurilor ARN mesager dezvoltate de Moderna sau Pfizer / BioNTech, ARN mesager este plasat într-o mică veziculă de grasime. „Este mai simplu, deoarece nu lucrezi la un vector viral, deci nu lucrezi la un virus care trebuie cultivat în sine”, continuă Jean-Michel Dogné. Vorbim despre nanoparticule, deoarece dimensiunea veziculelor este pe o scară nanometică, între 1 și 100 nanometri. „Există deja pentru o serie întreagă de medicamente, nu este nou. Vorbim despre lipozomi, vezicule artificiale formate din straturi lipidice, sunt diferite de nanomateriale.”

5. Timp de înjumătățire

Odată ajuns în siguranță în celulele noastre, acest ARN mesager sintetic rămâne acolo la nesfârșit? Nu. Se va degrada. „Timpul de înjumătățire biologic al ARN messenger poate varia de la câteva minute la câteva ore”, explică Jean-Michel Dogné. „Poate fi prelungit prin prezența unui „capac ”.”

Fără a intra în detaliile biologiei moleculare, principiul este că, cu cât creștem „timpul de înjumătățire” al ARN-ului mesager, cu atât îi vom acorda mai mult timp pentru a contribui la producerea de proteine ​​virale și, prin urmare, pentru a contribui la producerea de anticorpi. Și astfel să educăm sistemul imunitar. Odată ce ARN mesager a dispărut, planul de asamblare dispare, producția de proteine ​​se oprește.

(Și întrebarea cât durează protecția imunitară rămâne deschisă deocamdată, ca și în cazul altor vaccinuri în curs de dezvoltare împotriva coronavirusului, precum și cu imunitatea indusă de virusul însuși la cei care au fost infectați. ).

Una dintre întrebările explorate în timpul dezvoltării vaccinului este, prin urmare, să vedem ce timp de înjumătățire este necesar pentru ca vaccinul să fie eficient. „În faza 1 și mai ales în studiile non-clinice [deci înainte de testarea pe voluntari], se testeaza diferite tipuri de ARN mesager care codifică proteina potrivită și se identifica cele care furnizează cea mai bună cantitate de și anticorpi neutralizanți (care vor neutraliza virusul) „, continuă Jean-Michel Dogné.

Pe scurt, cercetătorii trebuie (în special) atât să verifice care este profilul ARN mesager potrivit (cu ce caracteristici structurale și ce timp de înjumătățire), cât și care este doza potrivită. Este necesar atât pentru a stimula sistemul imunitar (pentru a induce o inflamație ușoară, care este o reacție nespecifică), cât și pentru a controla această stimulare (pentru a nu provoca reacții exagerate sau reacții autoimune).

Una dintre caracteristicile acestui tip de vaccin este că, odată ce aceste modalități legate de răspunsul inflamator nespecific sunt aduse sub control, se așteaptă un răspuns imun tintit și specific, deoarece codurile ARN mesager sunt pentru o proteină foarte precisă. „Avantajul ARN-ului mesager este specificul său antigenic”, subliniază Jean-Michel Dogné.

6. Stabilitate

Acest aspect a fost deja abordat de mai multe ori: o dificultate actuală cu vaccinurile dezvoltate de Pfizer / BioNTech și Moderna este aceea a conservării. „ADN-ul este foarte stabil, ARN-ul deloc, deci una dintre diferențele mari dintre vaccinurile ADN și ARN este că vaccinul ADN poate fi stocat la temperatura camerei, vaccinul ARN trebuie păstrat la o temperatură foarte scăzută ”, explică el. Vorbim despre temperaturi de ordinul minus 70 de grade.

„Aceasta este una dintre limitele vaccinului Pfizer, în ceea ce privește implementarea: pentru a-l transporta, depozita, va trebui depozitat la o temperatură foarte scăzută, necesită o infrastructură semnificativă. Nu a existat niciodată un vaccin ARN utilizat în lume, nu este o infrastructură care există deja, va trebui creată și nu este o infrastructură pe care toate țările își pot permite să o dezvolte, de exemplu prin Africa sau America de Sud. „

7. Securitate

Aceasta este întrebarea momentului. Este sigură această tehnologie? Deoarece aceste vaccinuri vor fi primele de acest tip care vor fi introduse pe piață (dacă sunt aprobate de autoritățile de reglementare, ceea ce este deja parțial cazul pentru Pfizer / BioNTech), nu avem aceeași experiență ca și pentru alte tipuri de tehnologie.

„În ceea ce privește siguranța, nu avem nicio perspectivă retrospectivă, studiile din faza a treia ne vor oferi informații”, a spus Eric Muraille. Studii care nu au fost încă publicate în reviste științifice. „A priori, este o tehnică care face posibilă evitarea injectării unui agent patogen viu sau atenuat, care ar trebui să reducă riscurile în sensul că nu ne confruntăm cu un agent patogen care ar putea deveni din nou infecțios. Este un punct pozitiv. Nu ar trebui să se utilizeze adjuvant de exemplu pe bază de aluminiu, de asemenea pozitiv. În cazul vaccinurilor ADN, exista riscul ca acest ADN să poată fi introdus în genomul celulelor gazde [alcătuite și din ADN] – acesta este, de asemenea, un argument pentru a trece la vaccinurile cu ARN: în principiu, aceste vaccinuri ca atare sunt eliminate destul de repede, după ce au indus un răspuns imun. „

Pe scurt, conform tuturor acestor elemente, el concluzionează, „în teorie, acestea sunt vaccinuri care ar putea fi mai sigure decât unele dintre vaccinurile existente pe piață în prezent, dar rămâne în teorie. Trebuie să urmărim aceste vaccinuri. Și sa vedem dacă nu ne confruntăm cu efecte necunoscute care nu fuseseră anticipate. „

Preocupările sunt exprimate în parte si de public. „Putem înțelege foarte bine aceste preocupări”, a spus imunologul ULB Michel Goldmann. „Ar trebui să știți că primele rezultate privind siguranța acestor vaccinuri sunt extrem de încurajatoare, dar experiența ne învață că anumite efecte secundare nu apar uneori decât după ce au fost tratate zeci sau sute de mii de oameni, pur și simplu pentru că unele efecte secundare sunt extrem de rare. Așa că va trebui să așteptăm puțin mai mult pentru a asigura siguranța absolută a acestor vaccinuri, dar primele rezultate în acest sens sunt foarte încurajatoare. „

Marea Britanie, prima țară care a administrat vaccinul Pfizer / BioNTech, după câteva zile a recomandat sa nu se vaccineze persoanele care au avut reacții alergice severe în trecut.

Trebuie remarcat faptul că studiile clinice de fază a treia au făcut apel la zeci de mii de voluntari, în loc de câteva mii obișnuite, tocmai pentru a îmbunătăți detectarea posibilelor efecte secundare, în acest context foarte specific al unei pandemii globale.

Cu toate acestea, viteza cu care sunt concepute vaccinurile este în sine un motiv de îngrijorare. Se spune adesea că au fost „dezvoltate în câteva luni”. Ceea ce poate da impresia că am început să lucrăm la el în 2020, ceea ce este departe de a fi cazul, deoarece cercetările sunt în curs de ani de zile. Tehnologia nu a trebuit să aștepte apariția coronavirusului pentru ca principiile sale generale să fie studiate și dezvoltate, în special cu alți viruși. Totuși, a existat un impuls.

„Marele impuls a venit din urgența și interesul financiar de a dezvolta acest tip de vaccin”, a spus Jean-Michel Dogné. „Cu alte cuvinte, Covid a ridicat problema„ vaccinurilor care ar trebui dezvoltate cât mai repede posibil, având în vedere amploarea bolii ”. Uniunea Europeană și în special Statele Unite au investit sume colosale în mai multe firme, printre care mai multe specializate în ARN mesager.

Mai mulți bani, o colaborare internațională fără precedent și, după cum am văzut, o viteză de producție legată de natura sintetică a vaccinului: toate aceste elemente au jucat un rol. Și astăzi, procedurile administrative pentru examinarea datelor din studiile clinice (pentru a verifica dacă raportul risc-beneficiu este pozitiv înainte de a decide acordarea aprobării sau nu) se concentrează în principal pe vaccinurile anti-Covid, lăsând alte produse medicale temporar în fundal. Pentru Jean-Michel Dogné, dacă pandemia s-ar fi produs, de exemplu, „acum trei ani”, am fi avut „aceeași viteză”.

Acest impuls ar putea, în orice caz, să avanseze cercetările privind noi tratamente, de exemplu împotriva cancerului. Deoarece conceptul este același, de data aceasta vizează producția de proteine ​​care sunt de obicei exprimate pe suprafața celulelor canceroase, mai degrabă decât proteina coronavirus „spike”