Era uma tarde de sexta-feira em março de 2013 quando Andy Geall recebeu a ligação. Três pessoas na China acabaram de ser infectadas com uma nova cepa da gripe aviária. O chefe global de pesquisa de vacinas da Novartis, Rino Rappuoli, queria saber se Geall e seus colegas estavam prontos para testar sua nova tecnologia de vacinas.
Um ano antes, a equipe de Geall no centro de pesquisa da Novartis nos EUA em Cambridge, Massachusetts, empacotou cadeias de nucleotídeos de RNA dentro de pequenas gotículas de gordura, conhecidas como nanopartículas lipídicas (LNPs), e as usou para vacinar ratos com sucesso contra um vírus respiratório 1 . Eles agora poderiam fazer o mesmo com a nova cepa de gripe? E eles poderiam fazer isso o mais rápido possível?
Como lembra Geall, chefe do grupo RNA: “Eu disse: ‘Sim, claro. Basta nos enviar a sequência. ‘”Na segunda-feira, a equipe havia começado a sintetizar o RNA. Na quarta-feira, eles estavam montando a vacina. No fim de semana, eles estavam testando em células – uma semana depois, em ratos 2 .
O desenvolvimento aconteceu em uma velocidade vertiginosa 3 . A equipe da Novartis alcançou em um mês o que normalmente leva um ano ou mais.
Mas, na época, a capacidade de fabricar RNA de grau clínico era limitada. Geall e seus colegas nunca descobririam se esta vacina, e várias outras que desenvolveram, funcionaria em pessoas. Em 2015, a Novartis vendeu seu negócio de vacinas.
Cinco anos e uma pandemia global depois, as vacinas de RNA estão provando seu valor. No mês passado, duas vacinas candidatas de RNA – uma da gigante farmacêutica americana Pfizer e BioNTech em Mainz, Alemanha, e outra da Moderna em Cambridge, Massachusetts – obtiveram aprovação emergencial de reguladores em vários países para combater o COVID-19.
A era das vacinas de RNA chegou – e dezenas de empresas estão entrando no jogo. “Todas as principais farmacêuticas estão, de uma forma ou de outra, agora testando a tecnologia”, diz Jeffrey Ulmer, ex-chefe de pesquisa e desenvolvimento pré-clínico da divisão de vacinas da GlaxoSmithKline em Rockville, Maryland, e antes disso um membro da equipe de Geall na Novartis.
A ideia de usar RNA em vacinas existe há quase três décadas. Mais simplificada do que as abordagens convencionais, a tecnologia genética permite aos pesquisadores acelerar muitos estágios de pesquisa e desenvolvimento de vacinas. O intenso interesse agora pode levar a soluções para doenças particularmente recalcitrantes, como tuberculose, HIV e malária. E a velocidade com que podem ser feitos pode melhorar as vacinas contra a gripe sazonal.
Mas as aplicações futuras da tecnologia enfrentarão alguns desafios. As matérias-primas são caras. Os efeitos colaterais podem ser preocupantes. E a distribuição atualmente requer uma rede de frio cara – a vacina Pfizer – BioNTech COVID-19, por exemplo, deve ser armazenada a -70 ° C. A urgência do COVID-19 provavelmente acelerará o progresso em alguns desses problemas, mas muitas empresas podem abandonar a estratégia assim que a crise atual diminuir. A questão permanece: onde isso vai parar?
“A tecnologia de RNA se provou, mas ainda não está pronta”, diz Philip Dormitzer, chefe de pesquisa de vacinas virais da Pfizer e ex-colega de Geall na Novartis. “E agora que vimos isso funcionar para COVID-19, é tentador querer fazer mais.”
Partículas pequenas, grande avanço
As vacinas ensinam o corpo a reconhecer e destruir os agentes causadores de doenças. Normalmente, patógenos enfraquecidos ou fragmentos de proteínas ou açúcares em suas superfícies, conhecidos como antígenos, são injetados para treinar o sistema imunológico a reconhecer um invasor. Mas as vacinas de RNA carregam apenas as instruções para a produção dessas proteínas invasoras. O objetivo é que eles possam penetrar nas células de uma pessoa e fazer com que produzam os antígenos, essencialmente transformando o corpo em sua própria fábrica de inoculação.
A ideia da vacinação baseada em RNA remonta à década de 1990, quando pesquisadores na França (onde hoje é a empresa de medicamentos Sanofi Pasteur) usaram pela primeira vez o RNA que codifica um antígeno da gripe em camundongos 4 . Produziu uma resposta, mas o sistema de entrega de lipídios que a equipe usou se mostrou muito tóxico para ser usado em pessoas. Levaria mais uma década até que as empresas que buscam a terapêutica de interferência de RNA – que dependem da capacidade do RNA de bloquear seletivamente a produção de proteínas específicas – descobrissem as tecnologias de LNP que tornariam as vacinas COVID-19 de hoje possíveis.
“Finalmente, houve o avanço”, diz Nick Jackson, chefe de programas e tecnologias inovadoras da Coalition for Epidemic Preparedness Innovations em Oslo, uma parceria global para acelerar o desenvolvimento de vacinas. “Esse foi realmente o divisor de águas que permitiu a aplicação do RNA mensageiro a uma série de diferentes indicações de doenças.”
Em 2012, na época em que Geall e seus colegas descreveram 1 a primeira vacina de RNA encapsulado com LNP, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) começou a financiar grupos na Novartis, Pfizer, AstraZeneca, Sanofi Pasteur e em outros lugares para trabalhar em RNA- vacinas codificadas e terapêuticas. No entanto, nenhuma das empresas de renome manteve a tecnologia. “Eles estavam reticentes em assumir qualquer risco com uma nova via regulatória para vacinas, embora os dados parecessem bons”, disse Dan Wattendorf, ex-gerente de programa da DARPA.
Mas duas firmas menores vinculadas ao programa DARPA continuaram a trabalhar na tecnologia. Um deles foi o CureVac em Tübingen, Alemanha, que iniciou o teste em humanos de uma vacina contra a raiva em 2013 5 . CureVac também tem uma vacina COVID-19 em testes de estágio final.
A outra foi Moderna, que se baseou no trabalho financiado pela DARPA para eventualmente trazer uma vacina baseada em RNA para uma nova cepa de gripe aviária em testes clínicos no final de 2015. Ela provocou respostas imunológicas fortes o suficiente 6 que a empresa avançou com testes em humanos de Vacinas de RNA para citomegalovírus (uma causa comum de defeitos congênitos), dois vírus transmitidos por mosquitos (chikungunya e Zika) e três causas virais de doenças respiratórias em crianças.
A GlaxoSmithKline, que adquiriu a maioria dos ativos de vacinas da Novartis, também começou a avaliar uma vacina contra a raiva baseada em RNA em 2019.
Essa foi a extensão total do desenvolvimento clínico para vacinas de RNA no início de 2020: apenas uma dúzia de candidatos foram para as pessoas; quatro foram abandonados rapidamente após o teste inicial; e apenas um, para o citomegalovírus, progrediu para um estudo maior de acompanhamento.
Então veio o coronavírus – e com ele, “houve um enorme holofote”, diz Kristie Bloom, pesquisadora de terapia genética da Universidade de Witwatersrand em Joanesburgo, África do Sul. Só nos últimos dez meses, pelo menos seis vacinas COVID-19 baseadas em RNA entraram em testes em humanos. Vários outros estão se aproximando da clínica.
Necessito de velocidade
As vacinas de RNA parecem feitas para a velocidade. A partir da sequência genética de um patógeno, os pesquisadores podem retirar rapidamente um segmento potencial de codificação do antígeno, inserir essa sequência em um modelo de DNA e, em seguida, sintetizar o RNA correspondente antes de empacotar a vacina para entrega ao corpo.
Moderna, por exemplo, conseguiu isso dentro de 4 dias após receber a sequência do genoma SARS-CoV-2. Ele se concentrou na proteína spike do vírus, uma proteína de superfície usada para entrar nas células. Em colaboração com os Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos, a empresa realizou experimentos de prova de conceito em ratos antes de iniciar os primeiros testes em humanos em apenas dois meses.
Qualquer vacina, em teoria, poderia ser criada da mesma forma. “É realmente uma plataforma nesse sentido”, diz John Shiver, chefe de pesquisa e desenvolvimento de vacinas da Sanofi Pasteur. Com o RNA, “você não precisa recriar todo o processo”.
As abordagens clássicas para a criação de vacinas, por outro lado, exigem etapas personalizadas, caras e demoradas para cada candidato. Essas ineficiências ajudam a explicar por que as autoridades de saúde devem escolher quais cepas colocar na vacina contra a gripe sazonal de cada ano, meses antes da temporada de gripe. Essas escolhas muitas vezes erram o alvo e não há tempo para voltar e testar uma alternativa. Como resultado, as vacinas contra a gripe raramente têm eficácia superior a 60%.
Com o RNA, no entanto, os fabricantes de vacinas poderiam girar mais rapidamente para uma seleção eficaz de antígenos. “Teoricamente, você poderia agir muito rápido para ajustar a sequência e resolver isso – quase em tempo real”, diz Ron Renaud, executivo-chefe da Translate Bio, uma empresa focada em RNA em Lexington, Massachusetts, que está trabalhando com Sanofi Pasteur em RNA baseado vacinas para influenza, COVID-19 e vários outros patógenos virais e bacterianos.
Graças à sua funcionalidade plug-and-play, as vacinas de RNA podem ajudar na pesquisa básica. Justin Richner, um vacinologista da University of Illinois College of Medicine em Chicago, está desenvolvendo uma vacina contra a dengue baseada em RNA em seu próprio laboratório. Richner e seus colegas rotineiramente cortam e alteram a sequência do gene que codifica a proteína do envelope que o vírus da dengue usa para lançar seu ataque às células humanas. Ao iterar seu projeto, os pesquisadores testaram cerca de 15 vacinas candidatas em camundongos.
“É muito fácil manipular a sequência codificadora da vacina para tentar novas hipóteses e estratégias que podem resultar em vacinas melhores”, diz Richner.
Outros tesouros
Os avanços na tecnologia agora estão ajudando os pesquisadores a se aproximarem de alguns dos santos graais do desenvolvimento de vacinas – como uma vacina universal contra a gripe que funcionaria contra qualquer cepa do vírus sem ser reprojetada a cada ano. Outros estão de olho no HIV e outras causas de morte em países de baixa renda. Essas vacinas têm iludido os cientistas muitas vezes por causa da maneira como os patógenos alteram sistematicamente suas proteínas de superfície para evitar o reconhecimento imunológico. Alguns agentes infecciosos, como a malária, também têm ciclos de vida elaborados que complicam ainda mais o processo de escolha de antígenos.
As vacinas de RNA podem incluir instruções para vários antígenos, sejam amarrados juntos em uma única fita, ou com vários RNAs empacotados juntos em uma única nanopartícula.
Norbert Pardi, cientista de vacinas da Escola de Medicina Perelman da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia, adotou a última abordagem para sua vacina experimental contra a gripe. Feita de quatro fitas de RNA, cada uma codificando uma proteína diferente da gripe, a vacina multiplex protegeu com sucesso camundongos da infecção por um subtipo específico do vírus da gripe 7 .
Agora, Pardi e seus colaboradores da Icahn School of Medicine no Mount Sinai, na cidade de Nova York, esperam repetir o exercício para os outros dois subtipos virais principais antes de colocar tudo junto em uma vacina contra a gripe de 12 fitas que poderia suplantar a necessidade de vacinação anual . “Se você atingir o vírus em vários pontos”, diz Pardi, “você pode induzir respostas imunológicas amplamente protetoras”.
Estabilidade e segurança
Apesar de suas muitas vantagens potenciais, a tecnologia de vacina de RNA atual deixa espaço para melhorias. “Essa tecnologia ainda é muito precoce”, diz Robin Shattock, imunologista do Imperial College London, “e veremos várias gerações e iterações nos próximos anos, eu suspeito”.
Primeiro, há a questão do armazenamento refrigerado. Ambas as vacinas Pfizer – BioNTech e Moderna requerem temperaturas baixas para manter a integridade de seu RNA.
Mas pelo menos duas empresas afirmam ter vacinas de RNA COVID-19 que são estáveis por meses em temperaturas mais altas.
O CureVac, que usa os mesmos LNPs da Pfizer – BioNTech, dobra seu RNA em estruturas 3D compactas, o que permite o armazenamento em temperaturas refrigeradas por meses, diz o diretor de tecnologia Mariola Fotin-Mleczek. E Suzhou Abogen Biosciences, uma empresa chinesa com uma vacina de RNA para COVID-19 agora nos primeiros testes em humanos, se concentrou na qualidade e pureza do LNP para criar um produto que supostamente mantém sua potência por até uma semana em temperatura ambiente 8 .
Há outro desafio: até agora, as vacinas de RNA testadas para uso humano contra doenças, COVID-19 ou outra, geralmente exigiam uma dose dupla para serem eficazes. E, a julgar pelo cumprimento insuficiente de outras vacinas multidose, muitas pessoas que tomam a primeira injeção provavelmente não tomam a segunda.
Novos sistemas de entrega podem consertar isso. Na Vaxess Technologies em Cambridge, Massachusetts, por exemplo, os pesquisadores desenvolveram um adesivo de pele usável cravejado de pequenas microagulhas solúveis com ponta de seda que lentamente goteja a vacina no corpo.
Administrar a vacina em gotas, em vez de de uma vez, pode ajudar a resolver uma terceira desvantagem: os efeitos colaterais. As reações graves, embora transitórias, parecem ser mais comuns com injeções COVID-19 do que com outras imunizações – mais de 80% das pessoas que receberam a vacina Moderna em ensaios clínicos tiveram algum tipo de reação sistêmica à injeção, com episódios de fadiga , dores musculares e outros problemas que muitas vezes se revelaram debilitantes por um breve período.
Essa situação desagradável pode ser aceitável em meio a uma pandemia global mortal, diz o vacinologista Stanley Plotkin, que presta consultoria para muitos fabricantes de vacinas. Mas as pessoas podem hesitar em se sentir tão mal rotineiramente por, digamos, sua vacina anual contra a gripe. E para quaisquer vacinas voltadas para bebês, “certamente seria desejável algo menos reatogênico”.
Os contaminantes na síntese da vacina e no sistema de entrega do LNP são considerados duas das principais fontes de reatogenicidade. Os sistemas de purificação não são bons e os LNPs podem ser otimizados até certo ponto. Por essas razões, os fabricantes de vacinas geralmente administram doses mais baixas para limitar a exposição de uma pessoa a ambos. Com uma vacina de RNA convencional, doses mais baixas significam menor potência. Mas empresas como a Arcturus Therapeutics em San Diego, Califórnia, e a VaxEquity em Londres, desenvolveram soluções alternativas criando construções de RNA autoamplificantes para suas vacinas COVID-19 (veja ‘Como os RNAs podem trabalhar mais duramente’).
Em pequenas doses
Ao contrário das vacinas pioneiras baseadas em RNA, que contêm pouco mais do que a sequência de codificação para a proteína de pico do coronavírus flanqueada por regiões regulatórias em cada extremidade, essas vacinas candidatas autorreplicantes também incluem instruções para o RNA se copiar.
As construções da vacina são um pouco mais desajeitadas, exigindo mais otimização da sequência e sutileza de fabricação. Mas eles permitem que as empresas reduzam a dose. E a replicação do RNA imita mais de perto uma infecção viral natural – desencadeando uma resposta imune mais forte e ampla, que pode permitir regimes de inoculação de dose única.
BioNTech melhorou a tecnologia de amplificação 9 . Antes do COVID-19, a empresa se concentrava principalmente em vacinas contra o câncer. Mas com uma reputação comprovada, capacidade de produção expandida e fluxo de caixa substancial esperado das vendas da vacina COVID-19, “isso nos permitirá expandir a plataforma de doenças infecciosas muito mais rápido”, disse o co-fundador e presidente-executivo da BioNTech, Uğur Şahin .
A Ziphius Vaccines em Oostkamp, Bélgica, também tentou capitalizar o impulso do coronavírus. Fundada em maio de 2019 – inicialmente para desenvolver tratamentos baseados em RNA para doenças raras, como distrofia muscular de Duchenne e fibrose cística – a Ziphius reformulou seus planos de desenvolvimento no ano passado, depois de começar a trabalhar em uma vacina de RNA autoamplificadora para COVID-19. O presidente-executivo Chris Cardon diz que a start-up está agora tentando arrecadar € 30 milhões (US $ 37 milhões) para promover 14 programas pré-clínicos para uma variedade de doenças infecciosas.
As vacinas de RNA ainda podem enfrentar ventos contrários financeiros. Muitos membros da indústria não esperam que o atual interesse incandescente dure depois que a pandemia diminuir.
“É muito difícil convencer as pessoas a apostar neste tipo de tecnologia para vacinas em doenças infecciosas”, diz Nathaniel Wang, executivo-chefe da Replicate Bioscience em San Diego, Califórnia, uma empresa que ele co-fundou no ano passado com Geall para desenvolver RNA para o câncer com base em medicamentos. E embora a Replicate tenha formado algumas parcerias acadêmicas e comerciais em torno de vacinas de RNA para COVID-19 e Zika, não é o que a maioria das empresas de capital de risco deseja financiar, diz Wang.
Ainda assim, com as vacinas de RNA fazendo manchetes, Geall e muitos de seus ex-colegas estão repetindo seus dias na Novartis. Se a empresa não tivesse vendido sua unidade de vacinas, poderia ter ajudado a eliminar os surtos de Ebola ou Zika na última década?
“Sempre há um pouco de tristeza ao olhar para trás”, diz Christian Mandl, ex-chefe de pesquisa e desenvolvimento clínico inicial da unidade de vacinas da Novartis. Mas ele se consola com o sucesso das vacinas COVID-19 hoje. “Estou muito orgulhoso de termos feito uma contribuição valiosa.”
Fonte: Nature
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