Vacinas de mRNA: Uma História

03 de fevereiro de 2022.

por Martin Glenz, cientista principal, Pall Biotech

As vacinas protegem centenas de milhões de pessoas todos os anos contra uma série de doenças que têm o potencial de tirar milhões de vidas. Quando administrados a um número suficiente da população, eles podem até mesmo erradicar a doença por completo. Por exemplo, a varíola foi erradicada oficialmente por mais de 40 anos. Outros, como a poliomielite, foram reduzidos em até 99,9%, mas um pequeno número de casos permanece, muitas vezes em comunidades isoladas com acesso limitado a cuidados de saúde. Algumas doenças, como o sarampo, foram radicalmente reduzidas, mas ressurgem após uma redução nas taxas de vacinação. Mais topicamente, novas doenças como a COVID-19 destacam a necessidade de rápido desenvolvimento vacinas e distribuição de para controlar as pandemias globais. A COVID-19 também destaca que, para doenças altamente transmissíveis que carregam o potencial de mutação e tornar as vacinas existentes menos eficazes, ninguém está seguro até que todos estejam seguros. Em um cenário tão dinâmico, a velocidade de desenvolvimento, a eficácia de qualquer vacina e a capacidade de fabricação são fatores críticos.

Como a história das vacinas afeta o presente e o futuro?

As vacinas convencionais, como as tradicionalmente usadas para influenza, tétano ou coqueluche (coqueluche), usam vírus vivos ou patógenos enfraquecidos, inativados ou decompostos para gerar antígenos que estimulam uma resposta imune, proporcionando proteção duradoura contra a doença. Para essas plataformas de vacinas, eventos, como o infame incidente de Cutter nos primeiros dias da imunização contra a poliomielite, destacam os controles rigorosos necessários para se proteger contra o risco da própria vacina causar a doença ou outros efeitos colaterais graves. Esses controles rigorosos significam que o desenvolvimento de vacinas leva tempo.

Outras vacinas, como as vacinas mais recentes contra a gripe, aproveitam a biotecnologia moderna e usam células geneticamente modificadas para gerar elementos do vírus do tipo selvagem. Estas são tipicamente subunidades proteicas encontradas na superfície do vírus ou bactéria natural que, quando purificadas, estimulam uma resposta imune sem qualquer risco de infecção. Mas, os processos biológicos são complexos e requerem controles rigorosos para garantir a qualidade e eficácia do antígeno alvo. Isso também significa que o desenvolvimento da vacina leva tempo.

Nosso arsenal de processos que podem gerar antígenos para educar o sistema imunológico para lutar contra patógenos potencialmente perigosos se desenvolveu rapidamente. No entanto, ainda existem alguns obstáculos no desenvolvimento de vacinas contra doenças infecciosas e endêmicas, onde uma proteção mais duradoura, alcançada por estimular uma melhor resposta imune adaptativa, é claramente mais desejável do que uma proteção de curta duração e revacinação regular.

Embora o desgaste de longo prazo das vacinas entre a avaliação pré-clínica e o lançamento seja da ordem de 75 % , uma proporção maior das vacinas mais recentes é eficaz, mas os tempos de desenvolvimento são longos, ainda com uma média de 10 anos. Além disso, as vacinas convencionais são bastante inadequadas para o tratamento de doenças não infecciosas, como o câncer. Mas as vacinas de ponta que procuram reprogramar diretamente as células para oferecer proteção ou combater doenças oferecem uma promessa muito maior.

Muitas das primeiras aprovações para vacinas de linha de frente contra o COVID-19 são pioneiras demonstrando a eficácia e a segurança das terapias de DNA e RNA mensageiro (mRNA), usando vetores virais ou vetores de nanopartículas lipídicas (LNP) para fornecer a carga genética. Essas vacinas programam células direcionadas para fabricar proteínas de superfície da cepa primária do vírus SARS-CoV-2. Essas proteínas expressas geram uma resposta imune que provou ser altamente eficaz e prevenir doenças graves. Embora o COVID-19 e o desenvolvimento dessas vacinas, especialmente as vacinas de mRNA, tenham mostrado velocidade e eficácia incríveis que superaram todas as expectativas, o conhecimento e as habilidades que permitiram levaram muito mais tempo para se desenvolver.

Como chegamos aqui?

Em 1990, o uso da in vitro transcrição para produzir mRNA possibilitou a expressão de um gene repórter em camundongos e uma expressão proteica detectável. Um estudo subsequente de 1992 mostrou que um mRNA codificador de vasopressina, injetado no hipotálamo de ratos, pode induzir uma resposta fisiológica. Juntos, eles demonstraram o potencial teórico, mas, apesar desses achados, a pesquisa sobre o potencial terapêutico do mRNA levou mais 20 anos para decolar, restrita em parte por obstáculos como a instabilidade do mRNA, sua alta imunogenicidade intrínseca e a falta de in vivo mecanismos de entrega .

Apesar dessas barreiras, nos últimos 10 anos, inovações tecnológicas e grandes investimentos tornaram o mRNA um candidato promissor no desenvolvimento de vacinas tanto para doenças infecciosas tradicionais quanto para doenças não infecciosas, como o câncer. Além das vacinas, também há potencial para uso de mRNA para terapia de reposição de proteínas e RNAi (RNA de interferência) para suprimir a expressão gênica indesejável. Isso torna a terapia de RNA um parceiro discreto, mas complementar e versátil da terapia gênica.

Então Já Chegamos?

Para vacinas, o uso de mRNA é relativamente seguro porque não está integrado ao genoma. Não há risco de mutagênese de inserção e não é infeccioso. Além disso, o mRNA é degradado por processos celulares normais e a meia-vida pode ser regulada por meio de várias modificações e do tipo de entrega. A estabilidade e a taxa de tradução também podem ser influenciadas por modificações; a eficiência da in vivo entrega será aumentada pela formulação do mRNA com moléculas transportadoras, como LNP, ou pela incorporação em vesículas, como exossomos.

Como comprovado pela corrida contra o COVID-19 e pelas vacinas que foram desenvolvidas desde a primeira sequência genética do vírus até estudos clínicos em apenas alguns meses e para comercialização em apenas um ano, o desenvolvimento de vacinas de mRNA é rápido. A velocidade de fabricação também é rápida com custos de fabricação comparativamente baixos em comparação com outros medicamentos biológicos e a tecnologia de fabricação escalável já está acessível. Há também um grande potencial para desenvolvimento adicional com RNA autoamplificador (saRNA) potencialmente reduzindo ainda mais a dose ativa e permitindo um número globalmente relevante de doses de um pequeno número de lotes.

As vacinas COVID-19 forneceram um vislumbre inicial do poder das terapias de mRNA. Mas seu futuro, e que para terapias adjacentes é forte, e junto com os avanços na industrialização de terapias genéticas potencialmente nos coloca à beira de uma revolução ainda maior da terapia genética do que podemos ter visualizado apenas alguns anos atrás.

Sobre o autor: Martin Glenz concluiu seu doutorado em Biologia Celular Bioquímica na Universidade de Bielefeld, Alemanha e está na Pall Biotech desde 2007. Ele é membro de uma equipe de cientistas de suporte de campo responsáveis ​​pelo desenvolvimento, implementação e integração de tecnologias de bioprocessamento contínuo .

Estudo avança compreensão de como surgem as doenças autoimunes

05 de julho de 2018

Elton Alisson  |  Agência FAPESP – O sistema imunológico humano às vezes falha em sua função de reconhecer tecidos e órgãos como elementos próprios do corpo e passa a atacá-los como se fossem estranhos. Esse erro de identificação é denominado autoimunidade agressiva e desencadeia doenças como a síndrome poliglandular autoimune tipo 1 (APS-1) e o diabetes mellitus do tipo 1.
Nos últimos anos descobriu-se que dois genes, que atuam nas células da medula do timo (células mTEC), controlam a autoimunidade agressiva: o Fezf2 (sigla em inglês de forebrain-expressed zinc finger 2) e, principalmente, o Aire (sigla em inglês de autoimmune regulator).

Pesquisadores da USP usam ferramenta de edição em gene que desempenha papel-chave na eliminação das células autoagressivas e no controle do surgimento de doenças, como o diabetes mellitus do tipo 1 (imagem de imunofluorescência de células mTEC, onde o núcleo celular está em azul e os pontos vermelhos são a proteína AIRE / Karina F. Bombonato-Prado (FORP-USP)) 

 

 Um grupo de pesquisadores das faculdades de Medicina (FMRP) e de Odontologia de Ribeirão Preto (FORP) da Universidade de São Paulo (USP) usou o sistema CRISPR/Cas9 – uma ferramenta de edição do DNA – para manipular o gene Aire e, dessa forma, entender melhor como ele atua no controle de doenças autoimunes.
O estudo, resultado de um projeto de pesquisa apoiado pela FAPESP e do trabalho de mestrado de Cesar Augusto Speck-Hernandez feito na FMRP-USP, foi publicado na revista Frontiers in Immunology.
“Usamos, pela primeira vez, o CRISPR/Cas9 para ‘anular’ o Aire em células mTEC de camundongos cultivadas in vitro [fora do corpo dos animais] e estudar o efeito da perda de função desse gene”, disse Geraldo Aleixo Passos, professor da FMRP e da FORP-USP e coordenador do projeto, à Agência FAPESP.

Passos explica que as doenças autoimunes são desencadeadas por autoanticorpos (que reagem contra o próprio corpo) ou pelos linfócitos T autoagressivos. Essas células, provenientes dos “timócitos”, são “educadas” na glândula do timo (um órgão torácico, situado logo à frente do coração) para não atacar os elementos próprios do corpo.

Quando essa educação falha, o timo deixa escapar para o resto do corpo linfócitos T autoagressivos que podem agredir órgãos, como a glândula suprarrenal (causando a síndrome APS-1) ou o pâncreas, onde destroem as células produtoras de insulina e provocam o surgimento do diabetes mellitus do tipo 1.
Pesquisadores da área de imunologia sempre associaram a função do gene Aire com a eliminação dos timócitos autoagressivos, pois os pacientes com a síndrome APS-1, por exemplo, apresentam mutações na sequência do DNA desse gene. Mas ainda não havia uma demonstração cabal que validasse essa associação.

“Decidimos testar a hipótese de que o gene Aire estaria envolvido na eliminação dos timócitos autoagressivos ao controlar a adesão física ou contato deles com as células mTEC. Sem o contato físico com as células mTEC os timócitos autoagressivos não são eliminados”, disse Passos.

Edição do gene

Os pesquisadores intuíram que, se os pacientes com doenças autoimunes apresentam mutações no Aire, o gene perderia a função de controlar a adesão entre as células mTEC e os timócitos autoagressivos.

A fim de testar essa hipótese, eles usaram o CRISPR/Cas9 para romper o DNA do gene Aire de células mTEC de camundongos e provocar mutações nele, a fim de possibilitar a perda de sua função original.

Para funcionar, um gene tem que estar íntegro, ou seja, não pode ter mutações deletérias. Quando o DNA dele é rompido por meio do CRISPR/Cas9, a célula dispara um sistema emergencial de “reparo” para reunir novamente a dupla fita antes que ela morra. Como esse sistema de reparo não é muito eficiente, a própria célula gera erros na sequência do gene-alvo, que resultam em mutação, explicou Passos.

“O gene-alvo mutante geralmente perde a sua função original e isso ocasiona algum problema na célula mutante”, disse.
Os pesquisadores da USP observaram que as células mTEC Aire mutantes se mostraram m
enos capazes de aderir aos timócitos quando comparadas
com as células normais, chamadas Aire selvagens.

Ao fazer o sequenciamento do transcriptoma, ou seja, do conjunto completo dos RNAs mensageiros (mRNAs, codificadores de proteínas) das células mTEC Aire mutantes e das selvagens, eles observaram que o gene Aire também controla mRNAs codificadores de proteínas envolvidas com a adesão célula-célula.

Em um estudo anterior, feito durante o trabalho de mestrado de Nicole Pezzi, sob orientação de Passos, os pesquisadores demonstraram por meio de uma técnica de silenciamento gênico, chamada RNA interferente, que o gene Aire realmente controla a adesão entre as células mTEC e os timócitos.

“Essas novas constatações reforçam a tese de que o gene Aire está implicado na adesão mTECs-timócitos, que é um processo essencial para eliminação das células autoagressivas e prevenção das doenças autoimunes”, disse Passos, pesquisador associado ao Centro de Pesquisa em Doenças Inflamatórias (CRID), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP.

Na avaliação dele, a utilização da técnica CRISPR/Cas9 abre perspectivas importantes de pesquisa no sentido de “editar” o genoma das células mTEC de camundongos de laboratório de modo a “mimetizar” as mutações do gene Aire encontradas nos pacientes com doenças autoimunes.

“Isso facilitará muito as pesquisas sobre o efeito das mutações patogênicas do gene Aire. Como os genomas do homem e do camundongo são muito parecidos em termos de sequências de DNA [mais de 80% de identidade], poderemos continuar a utilizar o CRISPR/Cas9 nas células desse animal para estudar os mecanismos da autoimunidade agressiva que acontece em humanos e quem sabe, no futuro, tentar corrigi-los”, disse Passos.

O artigo Aire disruption influences the medullary thymic epithelial cell transcriptome and interaction with thymocytes (doi: 10.3389/fimmu.2018.00964), de Cesar A. Speck-Hernandez e outros, pode ser lido na revista Frontiers in Immunology em www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2018.00964/full.