Наприкінці 2019 року світ сколихнули перші звістки про таємничу пневмонію невідомого походження, що стрімко ширилася Китаєм. Вже 11 березня 2020 року Всесвітня організація охорони здоров’я, міжнародна інституція, що відповідає за глобальне громадське здоров’я, оголосила COVID-19 – хворобу, викликану коронавірусом SARS-CoV-2, – пандемією. За п’ять днів, 16 березня, стартували перші клінічні випробування вакцини проти COVID-19. А до 14 грудня того ж року американці вже отримували початкові дози вакцин від COVID-19 поза межами дослідницьких програм.
Ці початкові вакцини проти коронавірусу стали справжнім переворотом у медицині, адже їхній шлях від задуму до масового виробництва зайняв лише кілька місяців. Їхня винятковість полягала також у використанні новаторського методу стимулювання імунної системи – технології, яка десятиліттями ретельно вивчалася, щоб бути готовою до застосування у цей надважливий період. Вирішальну роль у створенні цих вакцин відіграла матрична РНК (мРНК), менш відома родичка ДНК. Сила мРНК-платформи полягає в надзвичайній швидкості виробництва вакцин після аналізу генетики збудника; якщо традиційне виготовлення вакцин потребує місяців або навіть років, то мРНК-вакцини можна створити за лічені тижні. Так, з об’єкта вивчення шкільної біології та вузькоспеціалізованих наукових кіл, мРНК раптово опинилася в центрі уваги громадськості – і одразу ж стала джерелом постійних дезінформацій та суперечок.
Хоча мРНК-вакцини проти COVID-19 є найвідомішим застосуванням цієї молекули, дослідники по всьому світу виявили додаткові сфери використання мРНК-технології поза межами вакцинної галузі. Вони вивчають її потенціал для революційних методів лікування раку та автоімунних захворювань, а також для генної терапії генетичних розладів. Проте ця обнадійлива перспектива може залишитися нездійсненою у Сполучених Штатах, де федеральний уряд, схоже, оголосив боротьбу цій перспективній технології. Ця нова позиція суперечить попередній підтримці мРНК-вакцин адміністрацією Трампа.
«Ми повинні віддати належне президенту Трампу за представлення мРНК-платформи світу завдяки його керівництву в «Операції Надсвітлова Швидкість» – ініціативі уряду США з прискорення розробки вакцин», – зазначив Джефф Коллер, видатний професор біології РНК та терапії Блумберга в Університеті Джонса Гопкінса, провідному науково-дослідному закладі. «Президент мав би святкувати тріумф». Однак, замість цього, друга адміністрація Трампа активно руйнує цей спадок, повідомив Коллер виданню Live Science.
Нинішнє Міністерство охорони здоров’я та соціальних служб США (HHS), федеральне відомство, відповідальне за захист здоров’я нації, очолює Роберт Ф. Кеннеді-молодший – відомий скептик щодо вакцин. Опоненти як традиційних, так і мРНК-вакцин також зайняли місця в найвпливовішому дорадчому комітеті країни з питань вакцин. З моменту інавгурації Трампа, федеральні науковці зіткнулися з масовими звільненнями, заморожуванням фінансування та службовими записками, які зобов’язують їх розкривати свою участь у дослідницьких напрямках, на які адміністрація націлилася, включно з мРНК-вакцинами.
Ці кроки негайно спричинили відчутне охолодження щодо досліджень та розробок мРНК у США, повідомив Коллер Live Science. А вже у серпні HHS скасувало майже пів мільярда доларів інвестицій у розвиток мРНК-вакцин.
«Чесно кажучи, я був шокований, побачивши це», – прокоментував Джордан Грін, очільник Лабораторії біоматеріалів та доставки лікарських засобів в Університеті Джонса Гопкінса, чия лабораторія розробляє як мРНК-терапії, так і системи для доставки цих молекул в організм. Ці скорочення викликають хвилювання в біотехнологічному секторі, змушуючи зацікавлені сторони сумніватися, чи безпечно створювати виробництво у США, або ж їхні інвестиції в мРНК було б доцільніше спрямувати за кордон. «Це просто ганьба, тому що це невимушена помилка; для цього немає жодних обґрунтувань», – підкреслив Грін.
Наразі HHS, здається, відступає переважно від мРНК-вакцин; відомство зазначило, що «інші види застосування мРНК-технології» не будуть зачеплені скороченнями. Однак, «галузь цьому не довіряє», – заявив Коллер Live Science. Згідно з даними Grant Witness, проєкту, який відстежує наукові гранти за адміністрації Трампа, мРНК-дослідження, не пов’язані з вакцинами, вже постраждали від припинення грантів та заморожування фінансування. Отже, навіть якщо ці дослідження не є відвертою мішенню, їхнє збереження не гарантується. База даних проєкту свідчить, що Національні інститути охорони здоров’я (NIH), частина HHS та провідна установа США з біомедичних досліджень, припинили гранти для проєктів, що розробляють мРНК-методи лікування раку, хвороби Альцгеймера, легеневої артеріальної гіпертензії та ВІЛ, а також для фундаментальних досліджень того, як мРНК функціонує у здорових і хворих клітинах.
Ось що Сполучені Штати ризикують втратити, якщо федеральний уряд широко відмовиться від мРНК-медицини після десятиліть підготовки цієї технології до активного використання.
Лікування онкологічних захворювань
На молекулярному рівні мРНК є близькою родичкою ДНК – і людські клітини наповнені нею. Ці всюдисущі «посланці» копіюють інструкції з ДНК і передають їх до інших ділянок клітини – зокрема, до місць синтезу білків, де утворюються складні молекули, що виконують більшість функцій у клітинах. мРНК також виконує інші важливі завдання в клітинах, наприклад, допомагає контролювати, які гени активуються і наскільки сильно. Десятиліттями до пандемії віддані науковці ретельно вивчали мРНК, з’ясовуючи, як цей клас молекул діє в організмі та як його можна використати для лікування хворих і захисту від недуг.
«Я почав займатися цим у 21 рік, ще в 90-х, коли приблизно десяток людей на Землі знали, що таке мРНК», – розповів Коллер. Відкриття лабораторії Коллера згодом сприяли розробці Spikevax – вакцини від COVID-19, створеної компанією Moderna. Проте, хоча вакцини від COVID-19 є найвідомішим на сьогодні застосуванням мРНК, вони далеко не перші.
Перша компанія з розробки мРНК-терапій була заснована 1997 року, і її метою було не інфекційні хвороби, а лікування раку. Її підхід зрештою не дав очікуваних результатів у клінічних випробуваннях на людях, але тим часом інші методи лікування раку на основі мРНК набули значної популярності. Одним із яскравих прикладів є вакцини проти раку, проте в цьому контексті термін «вакцина» є «дещо некоректним», – зауважив доктор Вінод Балачандран, хірург-науковець, що спеціалізується на раку підшлункової залози, та директор Центру вакцин проти раку Олаяна (OCCV) у Меморіальному онкологічному центрі імені Слоуна – Кеттерінга, одному з найвизначніших закладів з лікування та досліджень раку. На відміну від профілактичного застосування вакцин проти COVID-19, вакцини проти раку «вводяться пацієнтам як лікування; це терапія», – пояснив він.
Ці терапії схожі на традиційні вакцини тим, що вони навчають імунну систему розпізнавати антигени – речовини, які діють як «червоні прапорці» для чужорідних загарбників, токсинів або хворих клітин. До них належать, наприклад, спайковий білок SARS-CoV-2 – вірусу, що спричиняє COVID-19, – а також певні молекули на ракових клітинах. Балачандран та його колеги зосередилися на раку підшлункової залози, який має п’ятирічну відносну виживаність лише 13% – це означає, що люди з нещодавно діагностованим раком підшлункової залози мають приблизно в 13% вищий шанс вижити протягом наступних п’яти років порівняно із загальною популяцією. Дослідники виявили, що у поодиноких пацієнтів, які пережили рак підшлункової залози протягом тривалого часу, імунна система здатна розпізнавати ракові клітини та успішно боротися з їхнім поверненням. Команда сподівалася відтворити це імунне розпізнавання в інших пацієнтів, аналізуючи генетику їхніх пухлин, щоб з’ясувати, які унікальні антигени вони експресують. Після цього створюються індивідуальні вакцини, націлені на ці молекули.
«Ми вважали на той час – це був 2017 рік – що найкращою технологією для швидкої, індивідуальної вакцинації пацієнтів від раку було використання РНК», – заявив Балачандран. Як тільки відома генетика раку конкретного пацієнта, персоналізована мРНК-вакцина, яка націлена на численні антигени, може бути розроблена за лічені тижні. Традиційні вакцини, що вимагають вирощування та очищення антигенів у лабораторії, виготовлялися б багато місяців. «Для протиракової вакцинації швидкість має першочергове значення», – наголосив Балачандран. «Це пацієнти, які стикаються зі смертельними формами раку і потребують негайного лікування. Тож ми не маємо можливості чекати».
Поки що команда спостерігає певні успіхи. На ранній стадії випробувань вони лікували 16 пацієнтів, які перенесли операцію з приводу протокової аденокарциноми підшлункової залози (PDAC) – найпоширенішої форми раку підшлункової залози, п’ятирічна виживаність при якій становить приблизно 10-12%, хоча результати дещо кращі, якщо пухлину можна видалити хірургічним шляхом. Протягом дев’яти тижнів після операції, за словами Балачандрана, тканини пухлини кожного пацієнта були проаналізовані, а індивідуальна вакцина – створена та введена разом із післяопераційними методами лікування раку, такими як хіміотерапія. Половина пацієнтів відреагувала на вакцину, виробляючи імунні клітини, які зберігалися майже чотири роки, а за оцінками, можуть тривати в середньому сім років, «а деякі – навіть понад десятиліття», – зазначив Балачандран. Пацієнти, які відреагували на вакцину, мали значно менший ризик рецидиву протягом наступних трьох років порівняно з тими, хто не відповів, причому шість з них не виявили жодних ознак повторного захворювання за цей період. Наразі триває середньостадійне випробування, що оцінює ефективність вакцини приблизно на 260 людях, аби визначити, наскільки вона відстрочує або запобігає рецидивам порівняно зі стандартним лікуванням.
«Усе, що ми можемо зробити для покращення результатів для цих пацієнтів, які дійсно потребують допомоги, на мою думку, буде трансформаційним для галузі, для них, для їхніх родин – це матиме величезне значення», – сказав Балачандран. «Усі інші імунотерапії та інші методи лікування значною мірою виявилися неефективними». У цьому початковому випробуванні виробництво вакцини тривало понад два місяці, частково через те, що зразки доводилося доставляти закордонним партнерам з BioNTech. «Ми впевнені, що в майбутньому це може відбуватися набагато швидше», можливо, протягом місяця, – зазначив Балачандран.
Інші вчені працюють над «готовими» вакцинами проти раку, які можуть заповнити прогалину, доки пацієнт не отримає індивідуальну. Ці вакцини використовують суміш мРНК-молекул для стимулювання загального, первинного імунного захисту проти раку. У мишей з різними видами солідних пухлин дослідники під керівництвом доктора Еліаса Сайюра, дитячого онколога з Університету Флориди, продемонстрували, що така вакцина сама по собі викликає протиракові реакції. А при використанні в поєднанні з іншим методом лікування раку, мРНК-суміш може посилювати ефекти цієї терапії, виявила команда Сайюра.
Ця команда нині перейшла до роботи з пацієнтами-людьми, застосовуючи подвійний підхід: «готову» вакцину проти раку, а потім – персоналізовану. Вони також провели випробування індивідуальних вакцин проти гліобластоми – смертоносного раку мозку, виявивши, що ін’єкції викликають сильну, цілеспрямовану імунну відповідь проти цих пухлин, які зазвичай важко «помітити» імунній системі. Тим часом, в іншій лабораторії вчені тестують персоналізовану вакцину на пізніх стадіях випробувань для лікування меланоми – раку шкіри – та недрібноклітинного раку легенів.
Рак підшлункової залози історично був невловимою мішенню для імунної системи, оскільки, порівняно з такими видами раку, як меланома, його клітини несуть відносно мало антигенів, пояснив Балачандран. Однак рак підшлункової залози можна атакувати за допомогою цих вакцин. Це віщує успіх використання мРНК-підходів для лікування багатьох інших видів раку, і «я думаю, це справді найцікавіший висновок», – зазначив він.
Окрім вакцин проти раку, Грін та його колеги використовують мРНК для боротьби з хворобою іншим способом: змушуючи пухлини виставляти власні «червоні прапорці» для імунної системи. Застосовуючи мРНК, упаковану всередину наночастинок, дослідники вводять гени імунних клітин у ракові клітини, спонукаючи пухлини виставляти свої антигени та виділяти молекули, які залучають імунні клітини до ураженої ділянки. «Ми можемо запрограмувати цю пухлинну клітину так, щоб вона діяла як імунна клітина, яка допомагає навчати інші імунні клітини, як виглядають її антигени, як їх розпізнавати, як їх знищувати», – розповів Грін Live Science. У мишачих моделях раку молочної залози та меланоми вони поєднали цей підхід з існуючою імунотерапією і виявили, що це допомогло зменшити та усунути пухлини з організму, одночасно подовжуючи виживаність. Якщо буде доведено, що це працює на людях, «це може бути просто готовий засіб», – сказав він. Це була б одна ін’єкція, яка могла б діяти на солідні пухлини будь-якого пацієнта, зазначив Грін.
Перепрограмування імунної системи
У випадку раку вчені досліджують різні способи розпочати імунну атаку проти пухлинних клітин, або викликаючи узагальнену відповідь, або дозволяючи клітинам помічати конкретні «червоні прапорці». Але при деяких захворюваннях винуватцем є сама імунна система – і в таких випадках мРНК може допомогти приборкати «відступницькі» імунні клітини.
«Автоімунні захворювання – цукровий діабет 1 типу, розсіяний склероз, хвороба Крона, коліт – потенційно можуть лікуватися за допомогою цих мРНК- та генетичних терапій», – зазначив Грін. Метою такого лікування було б «налаштувати імунну систему», щоб вона припинила атакувати здорові тканини. Наприклад, при цукровому діабеті 1 типу імунна система атакує бета-клітини, які виробляють інсулін, залишаючи організм з недостатньою кількістю гормону для контролю рівня цукру в крові. Грін та його колеги перебувають на початкових стадіях розробки мРНК-препарату для перепрограмування імунної системи, щоб вона краще переносила бета-клітини, а не атакувала їх. Вони прагнуть досягти цього, націлюючись на спеціальні імунні клітини в печінці, які сприяють толерантному середовищу в цьому органі.
Печінка постійно піддається впливу антигенів з їжі та мікробів у кишківнику, тому імунна активність там знижена, щоб запобігти надмірній реакції. Ідея команди полягає в тому, щоб доставити мРНК, яка кодує білки бета-клітин, до печінки, по суті, позначаючи ці білки бета-клітин як «безпечні» для імунної системи. Це, своєю чергою, може збільшити кількість регуляторних Т-клітин, які розпізнають білки як безпечні; регуляторні Т-клітини тримають інші імунні клітини під контролем і, таким чином, можуть допомогти запобігти подальшим атакам на бета-клітини. «Проблема автоімунітету полягає в тому, що [імунна система] вважає частини власного організму чужорідними», тому намагається їх атакувати, – пояснив Грін. Надія полягає в тому, що «ми можемо використовувати ці мРНК-ліки, щоб навчити імунну систему бачити: «О ні, це нормально».» Робота нині перебуває на доклінічних стадіях, оскільки команда проводить експерименти з клітинами та лабораторними мишами, щоб удосконалити свої мРНК-наночастинки.
Грін називає цей підхід до тонкого налаштування активності специфічних клітин «генетичною хірургією». Замість використання «грубого інструменту», такого як імуносупресивні препарати, для широкого придушення імунної системи, ця хірургія вносить точні зміни для протидії лише шкідливій імунній активності. У довгостроковій перспективі лабораторія прагне застосувати цей самий підхід до інших автоімунних захворювань, окрім діабету, таких як розсіяний склероз, при якому імунні клітини атакують мієлін – оболонку, що оточує нервові волокна в головному та спинному мозку.
Тим часом, компанія BioNTech опублікувала дані власних ранніх випробувань мРНК-вакцини, призначеної для придушення автоімунітету проти мієліну. У мишей вакцина розширила популяції імунних клітин, які потім стримували клітини, що атакують мієлін, пригнічуючи їхню активність без загального послаблення імунної системи.
В інших дослідженнях вчені, серед яких доктор Саміра Кіані з Медичної школи Університету Піттсбурга та Кетрін Вайтхед з Університету Карнегі Меллона, використовують мРНК для протидії неконтрольованим імунним реакціям, наприклад, екстремальному запаленню, що спостерігається при сепсисі – загрозливому для життя стані, викликаному реакцією організму на інфекцію. Їхній підхід, описаний у попередній публікації, пакує мРНК всередину крихітної жирової бульбашки, званої ліпідною наночастинкою (ЛНЧ), яка потім доставляє мРНК до імунних клітин. Звідти мРНК інструктує клітини виробляти білки, названі «цинкові пальцеві репресори», які прикріплюються до генів і пригнічують їхню активність. У цьому випадку вони придушили основний ген, задіяний в імунній сигналізації, що може призвести до нестримного запалення. В експериментах з клітинами в лабораторних чашках та з мишами цей тип «епігенетичної інженерії» виявив багатообіцяючі результати як потенційний метод налаштування активності імунної системи. Одна з переваг мРНК полягає в тому, що вона швидко розкладається в організмі, написали автори дослідження, тому теоретично, як тільки шкідливе запалення буде пригнічене, імунна система може повернутися до захисту організму від мікробів.
Редагування генів
мРНК також використовується у поєднанні з системою редагування генів CRISPR, щоб здійснити революцію у лікуванні генетичних захворювань. Класичні системи CRISPR використовують молекулярні «ножиці», щоб розрізати нитки ДНК та дозволити вченим точно змінювати певні сегменти молекули. А тепер модифікована система, яка називається «редагуванням основ», може бути використана для точної зміни лише однієї «літери» в коді ДНК.
Але якщо ви хочете використовувати CRISPR для генної терапії, спершу необхідно доставити «ножиці», а також молекулу-«навігатор», яка спрямовує їх у потрібне місце – у людські клітини. В ідеалі, «ножиці» повинні потрапляти лише в ті клітини, які необхідно відредагувати, – пояснив Гєдріус Гасюнас, старший науковий співробітник Центру наук про життя Вільнюського університету в Литві та головний науковий директор біотехнологічної компанії Caszyme. Саме тут мРНК, упакована в наночастинки, може стати справжньою інновацією. «Ця технологія може мати велике значення для доставки in vivo», що означає доставку генних редакторів безпосередньо в організм, – зауважив Гасюнас.
Перша CRISPR-терапія, схвалена в США, передбачала редагування клітин поза організмом. Ця терапія лікує два захворювання крові шляхом деактивації гена BCL11A; у пацієнтів видаляють кровотворні стовбурові клітини з кісткового мозку, редагують їх у лабораторії, а потім повертають в організм. Але таке складне лікування вимагає місячного перебування в лікарні, протягом якого відредаговані стовбурові клітини дають початок новим клітинам крові. Для порівняння, мРНК-підходи до генної терапії були б простішими в застосуванні і, отже, більш масштабованими, – зазначив Гасюнас.
мРНК – не єдиний засіб для доставки CRISPR-терапій в організм. Деякі існуючі методи генного редагування натомість використовують нешкідливі віруси, такі як аденоасоційовані вірусні (AAV) вектори, і цей самий підхід застосовується до CRISPR у деяких нових терапіях. Однак мРНК, упакована всередину наночастинок, стає значним гравцем у цій галузі. Це застосування потрапило в заголовки новин у випадку з К.Дж. – немовлям, яке стало першою людиною, що отримала персоналізоване лікування за допомогою CRISPR. «Технологія CRISPR була введена у вигляді мРНК, – зазначив Коллер. – Це була визначальна особливість, необхідна для досягнення успіху».
Наразі інші застосування мРНК, здається, не є головним об’єктом скорочення фінансування, хоча деякі проєкти все ж потрапили під удар зменшених федеральних витрат. Зі свого боку, Мусунуру повідомив Live Science, що веде переговори з Управлінням з продовольства і медикаментів (FDA), американським регуляторним органом, щодо шляхів забезпечення доступу більшій кількості пацієнтів до персоналізованих генних терапій, подібних до тієї, що отримав К.Дж., аби технологія не використовувалася лише в поодиноких особливих випадках. На запитання про потенційні скорочення фінансування він додав: «Вакцини та терапії настільки різні, що я не очікую, що останні будуть зачеплені».
Грін, однак, передбачає, що відмова від інвестицій у вакцини матиме непередбачувані наслідки для всієї галузі, оскільки мРНК-терапії та вакцини зрештою складаються з дуже схожих генетичних молекул і систем доставки. Щодо наночастинок, «розробка вакцин знаходиться – на передовому рубежі цієї технологічної платформи», – зазначив Грін. Він стверджує, що скорочення фінансування досліджень та розробок вакцин неминуче підірве розвиток наночастинок, які могли б бути надзвичайно корисними в лікуванні раку або генетичних захворювань. «Це відкине нас назад у дуже широкому плані», – сказав він.
Удари по дослідженнях вакцин також відбуваються не ізольовано. Безліч федеральних наукових грантів було припинено або заморожено; агентства NIH можуть зіткнутися з різкими скороченнями фінансування; а зупинка роботи уряду спричинила масові звільнення у провідних медичних установах. Сайюр, онколог, чия лабораторія розробляє персоналізовані та універсальні вакцини проти раку з використанням мРНК, зазначив, що федеральні гранти історично мали визначальне значення для його досліджень. «Нічого з цього не було б можливим без підтримки федерального уряду», – сказав Сайюр Live Science. «Це абсолютно, на 100% правда». І це стосується кожного етапу досліджень, від вивчення в лабораторних умовах до великих клінічних випробувань.
Ці широкомасштабні скорочення та більш цілеспрямовані зменшення фінансування мРНК-вакцин не лише позбавлять ресурсів академічне середовище, де зазвичай плекаються нові біотехнології, – зазначив Коллер; вони також відштовхнуть потенційні таланти, інвесторів та зацікавлених сторін галузі мРНК від США. «У біотехнологіях ми побачимо протягом наступних п’яти – десяти років значний «витік мізків», коли інші країни розвиватимуть свою інфраструктуру», – додав він.
«Не обманюймо себе: мРНК – одна з трьох найважливіших молекул в організмі, поряд з ДНК і білком. Вона є посередником між ними».
Скорочення призвели до згортання проєктів, припинення партнерських відносин та втрати робочих місць. Близько 30% респондентів заявили, що у випадку подальших скорочень вони можуть відмовитися від роботи з мРНК, а ще 30% розглянули б можливість перенесення своєї діяльності в інші країни. Понад 80% погодилися, що політика, спрямована проти мРНК, відштовхне таланти від США до інших регіонів.
Навіть коли вчені долають ці глобальні проблеми на національній та міжнародній арені, сутички розгортаються й на рівні штатів. Ці битви здебільшого стосуються громадського доступу до мРНК-вакцин, але потенційно можуть мати ширші наслідки. Законопроєкт, який досі перебуває на розгляді комітету в Айові, передбачає, що введення мРНК-вакцини в штаті буде вважатися дрібним правопорушенням із штрафом у 500 доларів за кожну ін’єкцію. Інший законопроєкт у комітеті Південної Кароліни заборонятиме використання мРНК-«генних терапій» у штаті, але робить виняток для лікування неінфекційних захворювань, наприклад, раку.
Цілком можливо, що більшість подібних законопроєктів ніколи не стануть законами, а деякі, як-от поданий у Південній Кароліні та два «мертві» законопроєкти в Техасі, свідомо передбачають винятки для певних застосувань мРНК. Однак інші були сформульовані таким чином, що нечітко визначали, чи дозволено будь-який мРНК-препарат. Якщо будь-який із таких законопроєктів зрештою буде прийнятий на рівні штату, це може вплинути на те, де компанії, що працюють з мРНК, зможуть виробляти продукцію та проводити клінічні випробування, – зазначив Коллер. Отже, поки витік експертних знань відбувається на національному рівні, ми можемо побачити відголоски цього й на рівні штатів.
Майбутнє мРНК-медицини у США залежить від багатьох «якщо», і найгірший сценарій може не здійснитися. Але перед обличчям приголомшливої невизначеності дослідники в цій галузі починають шукати більш надійні варіанти. «Не обманюймо себе: мРНК – одна з трьох найважливіших молекул в організмі, поряд з ДНК і білком. Вона є посередником між ними», – підкреслив Коллер. «Коли федеральний уряд надсилає сигнал, що мРНК-медицина та дослідження небажані, це по суті означає, що ціла галузь науки більше не є бажаною в США».
