I vaccini mRNA contro il Covid-19 vincono il Premio Nobel per la medicina 2023 | Rivista Quanti

Il Comitato Nobel ha assegnato il Premio Nobel 2023 per la Fisiologia e la Medicina a Katalin Kariko ed Drew Weissmann per il loro lavoro pionieristico nello sviluppo della tecnologia del vaccino mRNA, che ha reso possibile una risposta vaccinale tempestiva alla pandemia di Covid-19. Ai vaccini contro il virus SARS-CoV-2 viene riconosciuto il merito di aver contribuito a frenare la diffusione della pandemia e di aver consentito di risparmiare tra 14.4 milioni e 19.8 milioni di vite già nel primo anno di utilizzo; I vaccini a mRNA hanno svolto un ruolo importante in questo risultato.

Per decenni, scienziati di tutto il mondo hanno perseguito l’uso dell’mRNA (RNA messaggero) in medicina. Le cellule utilizzano naturalmente l'mRNA, basato sul DNA genetico, come istruzioni per produrre proteine. I ricercatori miravano a sviluppare strumenti per creare nuove sequenze di mRNA – quelle che codificano per proteine ​​virali, ad esempio – in laboratorio, e quindi introdurre quelle molecole di mRNA nelle cellule. Le cellule tradurrebbero quindi queste sequenze di mRNA in proteine ​​virali, allertando così il sistema immunitario in modo che possa predisporre una difesa contro il virus. In effetti, il vaccino mRNA trasforma le cellule in fabbriche di proteine ​​virali come strategia per combattere gli aggressori virali.

Tuttavia, i primi tentativi di utilizzare l’mRNA per produrre una risposta immunitaria fallirono perché le cellule riconobbero troppo facilmente le molecole di mRNA introdotte come invasori e le distrussero.

Nel 2005, mentre lavoravano insieme all'Università della Pennsylvania, Karikó e Weissman scoperto un modo per modificare leggermente la sequenza nucleotidica delle molecole di mRNA in modo che possano sfuggire alla sorveglianza immunitaria cellulare ed evitare di innescare una massiccia risposta infiammatoria. Hanno continuato a presentarsi 2008 ed 2010 che le molecole di mRNA modificate potrebbero produrre alti livelli di proteine. Queste scoperte hanno reso la tecnologia dell’mRNA utilizzabile per creare vaccini sicuri ed efficaci.

Nel giro di 15 anni, i metodi furono dimostrati sulla scena mondiale. All’inizio del 2021, appena un anno dopo lo scoppio della pandemia di Covid-19 in tutto il mondo, diverse aziende farmaceutiche avevano utilizzato gli strumenti mRNA di Karikó e Weissman per lanciare vaccini contro il virus. La pandemia è servita come prova di concetto per i vaccini e il loro successo ha contribuito a far uscire il mondo dalla fase più mortale della pandemia.

Le scoperte di Karikó e Weissman "hanno cambiato radicalmente la nostra comprensione di come l'mRNA interagisce con il nostro sistema immunitario e hanno avuto un impatto importante sulla nostra società durante la recente pandemia di Covid-19", ha affermato Rickard Sandberg, membro del Comitato per il Nobel, durante l'annuncio di questa mattina. I vaccini, sia quelli convenzionali che quelli a mRNA, “hanno salvato milioni di vite, prevenuto gravi casi di Covid-19, ridotto il carico complessivo della malattia e consentito alle società di riaprirsi”.

Cos'è l'mRNA?

L'RNA messaggero è un singolo filamento di codice genetico che la cellula utilizza come istruzioni per produrre proteine. Queste molecole di mRNA sono native delle cellule e sono parti fondamentali delle funzioni cellulari quotidiane: sono i messaggeri che trasportano le sequenze di DNA trascritte fuori dal nucleo protetto e nel citoplasma cellulare, dove possono essere tradotte in proteine ​​dagli organelli chiamati ribosomi. Un ribosoma legge il filamento, traducendo raggruppamenti di lettere genetiche in sequenze di amminoacidi. La lunga serie di amminoacidi che ne risulta si ripiega poi nella proteina appropriata.

Come funzionano i vaccini mRNA contro il Covid-19?

Gli scienziati hanno imparato a scrivere il codice mRNA per formare nuove proteine, comprese proteine ​​che possono aiutare le cellule a riconoscere virus che non hanno mai visto. La tecnologia dell'mRNA sviluppata dai vincitori del Premio Nobel prende in prestito il meccanismo di produzione delle proteine ​​delle cellule, inducendo le cellule a produrre proteine ​​virali che preparano il sistema immunitario a riconoscere un dato virus se lo incontrano successivamente.

Quando introdotti di nascosto nelle cellule all’interno di capsule di nanoparticelle lipidiche, gli elementi di mRNA forniscono la ricetta per produrre la proteina “spike” SARS-CoV-2, che si trova sulla superficie esterna del virus. Le cellule quindi utilizzano quelle istruzioni per produrre la proteina spike come se fossero state infettate dal virus reale. È come un giro di pratica sull'immunità: l'mRNA prepara il sistema immunitario a riconoscere una vera proteina picco SARS-CoV-2, in modo che se una persona viene successivamente esposta al virus, il sistema immunitario si "ricorderà" rapidamente come attivare un virus. risposta per combatterlo.

Qual è stata la svolta che ha portato al successo dei vaccini?

All’inizio degli anni 2000, uno dei principali ostacoli alla tecnologia dell’mRNA era che innescava una forte risposta infiammatoria nelle cellule. Le cellule hanno riconosciuto l'mRNA introdotto come materiale estraneo e hanno cercato di liberarsene, mettendo in moto i sistemi di difesa cellulare. Dopo aver realizzato che le cellule spesso modificano il proprio mRNA nativo, Karikó e Weissman hanno deciso di vedere cosa sarebbe successo se avessero anche leggermente modificato il codice genetico dell'mRNA che stavano introducendo.

In una scoperta rivoluzionaria pubblicata nel 2005, hanno riferito che la risposta infiammatoria era quasi scomparsa. Negli anni successivi, hanno dimostrato che tali modifiche potevano anche aumentare notevolmente il numero di proteine ​​che le cellule potevano produrre in base alla sequenza dell’mRNA.

I vaccini a mRNA venivano usati per combattere le malattie prima della pandemia?

Numerose aziende e ricercatori hanno testato la promessa dei vaccini mRNA prima della pandemia per combattere virus come Zika e MERS-CoV, che è simile a SARS-CoV-2. Ma nessuno dei vaccini era stato approvato per l’uso pubblico nel 2020, quando scoppiò la pandemia di Covid-19. Il successo dell’implementazione dei vaccini a mRNA durante la pandemia ha dimostrato il concetto della tecnologia ed è diventato un trampolino di lancio per incoraggiarne l’uso per prevenire o curare altri disturbi.

Quali sono i vantaggi dei vaccini a mRNA rispetto a quelli più tradizionali?

La promessa dei vaccini a mRNA è che possono essere sviluppati facilmente e rapidamente. In genere gli scienziati impiegano più tempo – nell’ordine degli anni – per creare e testare i vaccini tradizionali, che spesso sono una versione indebolita o denaturata di un virus reale. E anche dopo lo sviluppo di un vaccino tradizionale, gli scienziati devono superare un secondo ostacolo – imparare a coltivare grandi volumi di virus o proteine ​​in laboratorio – prima di poter produrre il vaccino su scala di massa necessaria per immunizzare milioni o miliardi di persone.

Nel 2020, non appena i ricercatori hanno pubblicato la struttura e il codice genetico della proteina spike SARS-CoV-2, i ricercatori si sono messi al lavoro. Nel giro di diversi mesi, i giganti farmaceutici Pfizer e Moderna avevano utilizzato la tecnologia dell’mRNA per sviluppare vaccini immunizzanti contro il virus. Sono stati in grado di produrre rapidamente in serie il vaccino mRNA, condurre studi clinici per dimostrare che i vaccini erano sicuri ed efficaci e quindi somministrare i primi vaccini al pubblico entro la primavera del 2021. Ciò è stato possibile perché gli strumenti mRNA possono essere utilizzati per generare un’ampia varietà di proteine ​​senza la necessità di coltivare nuovi metodi per coltivare virus su scala di massa.

Come verranno utilizzati ora i vaccini a mRNA?

Come ha osservato Sandberg nel suo intervento in occasione dell’annuncio del Premio Nobel, “I vaccini a mRNA efficaci contro il Covid-19 hanno avuto un enorme impatto sull’interesse per le tecnologie basate sull’mRNA”. Le tecnologie mRNA vengono ora utilizzate per sviluppare sistemi di somministrazione di proteine ​​terapeutiche e trattamenti contro il cancro, nonché vaccini contro altre malattie infettive.