واکسن‌های mRNA کووید-19 برنده جایزه نوبل پزشکی 2023 | مجله کوانتا

کمیته نوبل جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی 2023 را به این افراد اعطا کرد کاتالین کاریکو و درو وایزمن برای کار پیشگام خود در توسعه فناوری واکسن mRNA، که پاسخ به موقع واکسن به همه گیری کووید-19 را ممکن کرد. واکسن‌های ضد ویروس SARS-CoV-2 به جلوگیری از گسترش همه‌گیری کمک کرده و باعث صرفه‌جویی بین 14.4 میلیون و 19.8 میلیون زندگی می کنند فقط در سال اول استفاده از آنها؛ واکسن‌های mRNA نقش مهمی در این موفقیت داشتند.

برای چندین دهه، دانشمندان از سراسر جهان به دنبال استفاده از mRNA (RNA پیام رسان) در پزشکی بودند. سلول ها به طور طبیعی از mRNA بر اساس DNA ژنتیکی به عنوان دستورالعملی برای ساخت پروتئین استفاده می کنند. هدف محققان ایجاد ابزارهایی برای ایجاد توالی‌های mRNA جدید - آنهایی که برای مثال پروتئین‌های ویروسی را کد می‌کنند - در آزمایشگاه و سپس آن مولکول‌های mRNA را به سلول‌ها معرفی کردند. سپس سلول‌ها این توالی‌های mRNA را به پروتئین‌های ویروسی ترجمه می‌کنند و در نتیجه به سیستم ایمنی هشدار می‌دهند تا دفاعی در برابر ویروس ایجاد کند. در واقع، واکسن mRNA سلول‌ها را به عنوان راهبردی برای مبارزه با مهاجمان ویروسی به کارخانه‌ای برای پروتئین‌های ویروسی تبدیل می‌کند.

با این حال، اولین تلاش‌ها برای استفاده از mRNA برای تولید پاسخ ایمنی شکست خورد، زیرا سلول‌ها به راحتی مولکول‌های mRNA معرفی‌شده را به عنوان مهاجم تشخیص دادند و آنها را از بین بردند.

در سال 2005، زمانی که با هم در دانشگاه پنسیلوانیا کار می کردند، Karikó و Weissman کشف راهی برای تغییر کمی توالی نوکلئوتیدی مولکول‌های mRNA به طوری که آنها بتوانند به طور مخفیانه از نظارت ایمنی سلولی عبور کنند و از ایجاد یک پاسخ التهابی عظیم جلوگیری کنند. آنها به حضور خود ادامه دادند 2008 و 2010 که مولکول های mRNA اصلاح شده می توانند سطوح بالایی از پروتئین تولید کنند. این پیشرفت‌ها باعث شد که فناوری mRNA برای ایجاد واکسن‌های ایمن و مؤثر قابل استفاده باشد.

در عرض 15 سال، روش ها در صحنه جهانی به اثبات رسید. در اوایل سال 2021، تقریباً یک سال پس از شیوع بیماری همه‌گیر کووید-19 در سراسر جهان، چندین شرکت داروسازی از ابزار mRNA کاریکو و وایزمن برای تولید واکسن‌هایی علیه ویروس استفاده کردند. همه‌گیری به عنوان اثبات مفهومی برای واکسن‌ها عمل کرد و موفقیت آن‌ها به خارج کردن جهان از مرگبارترین مرحله همه‌گیری کمک کرد.

ریکارد سندبرگ، یکی از اعضای کمیته نوبل، در طی اعلامیه صبح امروز گفت: اکتشافات کاریکو و وایزمن «به طور اساسی درک ما از نحوه تعامل mRNA با سیستم ایمنی ما را تغییر داد و تأثیر عمده‌ای بر جامعه ما در طول همه‌گیری اخیر کووید-19 داشت». واکسن‌ها، هر دو نوع مرسوم و mRNA، «جان میلیون‌ها نفر را نجات داده‌اند، از کووید-19 شدید جلوگیری کرده‌اند، بار کلی بیماری را کاهش داده‌اند و جوامع را قادر ساخته‌اند که دوباره باز شوند».

mRNA چیست؟

RNA پیام رسان یک رشته کد ژنتیکی است که سلول از آن به عنوان دستورالعمل برای ساخت پروتئین استفاده می کند. این مولکول‌های mRNA بومی سلول‌ها هستند و بخش‌های کلیدی عملکردهای سلولی روزمره هستند: آنها پیام‌رسان‌هایی هستند که توالی‌های DNA رونویسی‌شده را از هسته محافظت‌شده و به سیتوپلاسم سلول منتقل می‌کنند، جایی که می‌توانند توسط اندامک‌هایی به نام ریبوزوم به پروتئین ترجمه شوند. یک ریبوزوم رشته را می خواند و گروه بندی حروف ژنتیکی را به دنباله هایی از اسیدهای آمینه تبدیل می کند. رشته طولانی اسیدهای آمینه که حاصل می شود سپس به پروتئین مناسب تبدیل می شود.

واکسن‌های mRNA کووید-۱۹ چگونه کار می‌کنند؟

دانشمندان یاد گرفته‌اند که کد mRNA را برای تشکیل پروتئین‌های جدید بنویسند - از جمله پروتئین‌هایی که می‌توانند به سلول‌ها کمک کنند ویروس‌هایی را که هرگز ندیده‌اند شناسایی کنند. فناوری mRNA که توسط برندگان جایزه نوبل توسعه داده شده است، ماشین‌های پروتئین‌سازی سلول‌ها را قرض می‌گیرد و سلول‌ها را به تولید پروتئین‌های ویروسی وادار می‌کند که سیستم ایمنی را برای شناسایی یک ویروس خاص در صورت مواجه شدن با آن تحریک می‌کند.

هنگامی که عناصر mRNA به سلول‌های داخل کپسول‌های نانوذرات لیپیدی قاچاق می‌شوند، دستور ساخت پروتئین SARS-CoV-2 را که در سطح بیرونی ویروس یافت می‌شود، ارائه می‌کنند. سپس سلول‌ها از این دستورالعمل‌ها برای تولید پروتئین اسپایک استفاده می‌کنند که گویی توسط ویروس واقعی آلوده شده‌اند. این مانند یک دور تمرین ایمنی است: mRNA سیستم ایمنی را برای شناسایی یک پروتئین واقعی SARS-CoV-2 آغاز می کند، به طوری که اگر فردی بعداً در معرض ویروس قرار گرفت، سیستم ایمنی به سرعت "به یاد می آورد" که چگونه یک پروتئین را تقویت کند. پاسخ به مبارزه با آن

پیشرفتی که منجر به موفقیت واکسن شد چه بود؟

در اوایل دهه 2000، یک مانع بزرگ بر سر راه فناوری mRNA این بود که باعث ایجاد یک پاسخ التهابی عمده در سلول ها می شد. سلول‌ها mRNA معرفی‌شده را به‌عنوان ماده خارجی تشخیص دادند و سعی کردند از شر آن خلاص شوند و سیستم‌های دفاعی سلولی را به کار انداختند. کاریکو و وایزمن پس از اینکه متوجه شدند که سلول‌ها اغلب mRNA مادری خود را تغییر می‌دهند، تصمیم گرفتند ببینند چه اتفاقی می‌افتد اگر کد ژنتیکی mRNA را که معرفی می‌کردند نیز کمی تغییر دهند.

در یک کشف موفقیت‌آمیز که در سال 2005 منتشر شد، آنها گزارش دادند که پاسخ التهابی کاملاً ناپدید شده است. در سال‌های بعد، آن‌ها نشان دادند که چنین تغییراتی همچنین می‌تواند تعداد پروتئین‌هایی را که سلول‌ها می‌توانند بر اساس توالی mRNA بسازند، بسیار افزایش دهد.

آیا قبل از همه گیری از واکسن های mRNA برای مبارزه با بیماری ها استفاده می شد؟

تعدادی از شرکت‌ها و محققان وعده واکسن‌های mRNA را قبل از همه‌گیری برای مبارزه با ویروس‌هایی مانند زیکا و MERS-CoV که مشابه SARS-CoV-2 است، آزمایش کردند. اما هیچ یک از واکسن‌ها برای استفاده عمومی از سال 2020، زمانی که همه‌گیری کووید-19 شیوع پیدا کرد، تأیید نشده بود. استقرار موفقیت‌آمیز واکسن‌های mRNA در طول همه‌گیری، مفهوم این فناوری را اثبات کرد و به سکوی پرشی برای تشویق استفاده از آن برای پیشگیری یا درمان سایر بیماری‌ها تبدیل شد.

مزایای واکسن های mRNA نسبت به واکسن های سنتی تر چیست؟

وعده واکسن های mRNA این است که می توان آنها را به راحتی و به سرعت توسعه داد. معمولاً زمان بیشتری - در مقیاس زمانی چند سال - طول می‌کشد تا دانشمندان واکسن‌های سنتی را بسازند و آزمایش کنند، که اغلب نسخه ضعیف یا دناتوره‌شده یک ویروس واقعی هستند. و حتی پس از تولید یک واکسن سنتی، دانشمندان باید مانع دوم را برطرف کنند - یادگیری نحوه رشد حجم زیادی از ویروس یا پروتئین در آزمایشگاه - قبل از اینکه بتوانند واکسن را در مقیاس انبوه مورد نیاز برای ایمن سازی میلیون ها یا میلیاردها نفر تولید کنند.

در سال 2020، به محض اینکه محققان ساختار و کد ژنتیکی پروتئین SARS-CoV-2 را منتشر کردند، محققان دست به کار شدند. طی چند ماه، غول‌های دارویی فایزر و مدرنا از فناوری mRNA برای تولید واکسن‌هایی استفاده کردند که در برابر ویروس ایمن‌سازی می‌کنند. آنها توانستند به سرعت واکسن mRNA را به صورت انبوه تولید کنند، آزمایش‌های بالینی را برای اثبات ایمن و مؤثر بودن واکسن‌ها انجام دهند و سپس اولین تزریق‌ها را تا بهار 2021 در اختیار عموم قرار دهند. این امکان پذیر بود زیرا می‌توان از ابزارهای mRNA برای تولید گسترده استفاده کرد. انواع پروتئین ها بدون نیاز به کشت روش های جدید برای رشد ویروس ها در مقیاس انبوه.

واکسن‌های mRNA اکنون چگونه استفاده می‌شوند؟

همانطور که سندبرگ در اظهارات خود در اعلام جایزه نوبل خاطرنشان کرد، "واکسن های mRNA موفق علیه کووید-19 تاثیر فوق العاده ای بر علاقه به فناوری های مبتنی بر mRNA داشته است." فناوری‌های mRNA اکنون برای توسعه سیستم‌های تحویل پروتئین درمانی و درمان‌های سرطان و همچنین واکسن‌هایی علیه سایر بیماری‌های عفونی استفاده می‌شوند.