วัคซีน mRNA สำหรับโควิด-19 คว้ารางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ปี 2023 | นิตยสารควอนต้า

คณะกรรมการโนเบลได้มอบรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2023 ให้กับ Katalin Kariko และ ดรูว์ ไวส์แมน สำหรับงานบุกเบิกการพัฒนาเทคโนโลยีวัคซีน mRNA ซึ่งทำให้สามารถตอบสนองต่อการระบาดใหญ่ของโควิด-19 ด้วยวัคซีนได้ทันท่วงที วัคซีนป้องกันไวรัส SARS-CoV-2 ได้รับการยกย่องว่าช่วยลดการแพร่กระจายของโรคระบาดและประหยัดระหว่าง 14.4 ล้าน และ 19.8 ล้านชีวิต เพียงปีแรกของการใช้งาน วัคซีน mRNA มีบทบาทสำคัญในความสำเร็จดังกล่าว

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกติดตามการใช้ mRNA (messenger RNA) ในทางการแพทย์ เซลล์ใช้ mRNA โดยธรรมชาติตาม DNA ทางพันธุกรรมเป็นคำแนะนำในการสร้างโปรตีน นักวิจัยมีเป้าหมายที่จะพัฒนาเครื่องมือเพื่อสร้างลำดับ mRNA ใหม่ เช่น ลำดับที่เข้ารหัสโปรตีนของไวรัสในห้องทดลอง จากนั้นจึงแนะนำโมเลกุล mRNA เหล่านั้นเข้าไปในเซลล์ จากนั้นเซลล์จะแปลลำดับ mRNA เหล่านี้ไปเป็นโปรตีนของไวรัส ดังนั้นจึงแจ้งเตือนระบบภูมิคุ้มกันให้เพิ่มการป้องกันไวรัส วัคซีน mRNA จะเปลี่ยนเซลล์ให้เป็นโรงงานสำหรับโปรตีนของไวรัสเพื่อเป็นกลยุทธ์ในการต่อสู้กับผู้โจมตีจากไวรัส

อย่างไรก็ตาม ความพยายามครั้งแรกในการใช้ mRNA เพื่อสร้างการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันล้มเหลว เนื่องจากเซลล์จำได้ง่ายเกินไปว่าโมเลกุล mRNA ที่ถูกแนะนำนั้นเป็นผู้บุกรุกและทำลายพวกมัน

ในปี 2005 ขณะทำงานร่วมกันที่มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย Karikó และ Weissman ค้นพบ วิธีปรับแต่งลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA เล็กน้อย เพื่อให้สามารถหลบเลี่ยงการเฝ้าระวังภูมิคุ้มกันของเซลล์ และหลีกเลี่ยงการกระตุ้นการตอบสนองต่อการอักเสบครั้งใหญ่ พวกเขาก็ไปแสดงตัวต่อ 2008 และ 2010 โมเลกุล mRNA ที่ถูกดัดแปลงสามารถผลิตโปรตีนในระดับสูงได้ ความก้าวหน้าเหล่านี้ทำให้เทคโนโลยี mRNA สามารถนำมาใช้สร้างวัคซีนที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพได้

ภายในเวลา 15 ปี วิธีการต่างๆ ได้รับการพิสูจน์ในเวทีระดับโลก ภายในต้นปี 2021 เกือบหนึ่งปีหลังจากการระบาดใหญ่ของโควิด-19 ปะทุขึ้นทั่วโลก บริษัทยาหลายแห่งได้ใช้เครื่องมือ mRNA ของ Karikó และ Weissman เพื่อผลิตวัคซีนป้องกันไวรัส การระบาดใหญ่ครั้งนี้ถือเป็นข้อพิสูจน์แนวคิดเกี่ยวกับวัคซีน และความสำเร็จของวัคซีนได้ช่วยดึงโลกออกจากระยะที่อันตรายที่สุดของการระบาดใหญ่

การค้นพบของ Karikó และ Weissman “ได้เปลี่ยนความเข้าใจของเราโดยพื้นฐานว่า mRNA มีปฏิสัมพันธ์กับระบบภูมิคุ้มกันของเราอย่างไร และมีผลกระทบสำคัญต่อสังคมของเราในช่วงการระบาดใหญ่ของ Covid-19 เมื่อเร็ว ๆ นี้” Rickard Sandberg สมาชิกของคณะกรรมการโนเบลกล่าวระหว่างการประกาศเมื่อเช้านี้ วัคซีนทั้งแบบปกติและแบบ mRNA “ได้ช่วยชีวิตผู้คนนับล้าน ป้องกันเชื้อ Covid-19 ที่รุนแรง ลดภาระโรคโดยรวม และทำให้สังคมกลับมาเปิดกว้างอีกครั้ง”

mRNA คืออะไร?

Messenger RNA เป็นรหัสพันธุกรรมเส้นเดียวที่เซลล์ใช้เป็นคำแนะนำในการสร้างโปรตีน โมเลกุล mRNA เหล่านี้มีต้นกำเนิดจากเซลล์และเป็นส่วนสำคัญของการทำงานของเซลล์ในชีวิตประจำวัน พวกมันคือผู้ส่งสารที่นำลำดับ DNA ที่คัดลอกมาจากนิวเคลียสที่ได้รับการป้องกันและเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ ซึ่งพวกมันสามารถแปลเป็นโปรตีนโดยออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าไรโบโซม ไรโบโซมจะอ่านเส้นใย แปลการจัดกลุ่มของตัวอักษรทางพันธุกรรมเป็นลำดับของกรดอะมิโน กรดอะมิโนสายยาวที่เกิดขึ้นจะรวมตัวกันเป็นโปรตีนที่เหมาะสม

วัคซีน mRNA Covid-19 ทำงานอย่างไร

นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ที่จะเขียนโค้ด mRNA เพื่อสร้างโปรตีนชนิดใหม่ รวมถึงโปรตีนที่สามารถช่วยให้เซลล์จดจำไวรัสที่พวกเขาไม่เคยเห็นมาก่อน เทคโนโลยี mRNA ที่พัฒนาโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบลยืมกลไกสร้างโปรตีนของเซลล์ โดยกระตุ้นให้เซลล์ผลิตโปรตีนของไวรัสที่เตรียมระบบภูมิคุ้มกันให้จดจำไวรัสตัวใดตัวหนึ่งหากพบไวรัสในภายหลัง

เมื่อลักลอบเข้าไปในเซลล์ภายในแคปซูลอนุภาคนาโนของไขมัน องค์ประกอบของ mRNA จะให้สูตรสำหรับสร้างโปรตีน "ขัดขวาง" ของ SARS-CoV-2 ซึ่งพบบนพื้นผิวด้านนอกของไวรัส จากนั้นเซลล์จะใช้คำแนะนำเหล่านั้นเพื่อสร้างสไปค์โปรตีนราวกับว่าพวกมันติดเชื้อไวรัสจริง มันเหมือนกับการฝึกภูมิคุ้มกันรอบ: mRNA เตรียมความพร้อมให้กับระบบภูมิคุ้มกันเพื่อจดจำโปรตีนขัดขวาง SARS-CoV-2 ที่แท้จริง ดังนั้นหากบุคคลนั้นสัมผัสกับไวรัสในภายหลัง ระบบภูมิคุ้มกันจะ "จดจำ" ได้อย่างรวดเร็วว่าจะกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันได้อย่างไร ตอบสนองต่อการต่อสู้กับมัน

ความก้าวหน้าที่นำไปสู่ความสำเร็จของวัคซีนคืออะไร?

ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 อุปสรรคสำคัญต่อเทคโนโลยี mRNA ก็คือมันไปกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองการอักเสบที่สำคัญในเซลล์ เซลล์รับรู้ว่า mRNA ที่ถูกแนะนำนั้นเป็นวัสดุแปลกปลอม และพยายามกำจัดมัน ทำให้ระบบการป้องกันเซลล์โอเวอร์ไดรฟ์ หลังจากที่ตระหนักว่าเซลล์มักจะปรับเปลี่ยน mRNA ดั้งเดิมของตัวเอง Karikó และ Weissman จึงตัดสินใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากพวกเขาปรับแต่งรหัสพันธุกรรมของ mRNA ที่พวกเขาแนะนำเล็กน้อยด้วย

ในการค้นพบที่ก้าวหน้าซึ่งตีพิมพ์ในปี 2005 พวกเขารายงานว่าการตอบสนองต่อการอักเสบหายไปหมดแล้ว ในปีต่อๆ มา พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการปรับแต่งดังกล่าวอาจเพิ่มจำนวนโปรตีนที่เซลล์สามารถสร้างได้ตามลำดับ mRNA อย่างมาก

วัคซีน mRNA ใช้เพื่อต่อสู้กับความเจ็บป่วยก่อนเกิดโรคระบาดหรือไม่?

บริษัทและนักวิจัยจำนวนหนึ่งได้ทดสอบคำมั่นสัญญาของวัคซีน mRNA ก่อนเกิดการระบาดใหญ่ เพื่อต่อสู้กับไวรัส เช่น ซิกา และ MERS-CoV ซึ่งคล้ายกับ SARS-CoV-2 แต่ในปี 2020 วัคซีนชนิดใดไม่ได้รับการอนุมัติให้ใช้สาธารณะ ณ ปี 19 ซึ่งเป็นช่วงที่การระบาดใหญ่ของโควิด-XNUMX ปะทุขึ้น ความสำเร็จในการใช้วัคซีน mRNA ในช่วงการแพร่ระบาดได้พิสูจน์แนวคิดของเทคโนโลยีนี้ และกลายเป็นจุดเริ่มต้นในการสนับสนุนการใช้วัคซีนนี้เพื่อป้องกันหรือรักษาโรคอื่นๆ

วัคซีน mRNA มีประโยชน์มากกว่าวัคซีนแบบดั้งเดิมอย่างไร

คำมั่นสัญญาของวัคซีน mRNA คือสามารถพัฒนาได้ง่ายและรวดเร็ว โดยปกติแล้ว นักวิทยาศาสตร์จะใช้เวลามากกว่านั้น (ในช่วงเวลาหลายปี) ในการสร้างและทดสอบวัคซีนแบบดั้งเดิม ซึ่งมักจะเป็นไวรัสจริงที่อ่อนแอหรือเสื่อมสภาพ และแม้กระทั่งหลังจากที่วัคซีนแบบดั้งเดิมได้รับการพัฒนาแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังต้องเอาชนะอุปสรรคที่สอง นั่นคือการเรียนรู้วิธีสร้างไวรัสหรือโปรตีนจำนวนมากในห้องปฏิบัติการ ก่อนที่จะสามารถผลิตวัคซีนในวงกว้างที่จำเป็นในการสร้างภูมิคุ้มกันให้กับผู้คนนับล้านหรือพันล้านคน

ในปี 2020 ทันทีที่นักวิจัยตีพิมพ์โครงสร้างและรหัสพันธุกรรมของโปรตีนขัดขวาง SARS-CoV-2 นักวิจัยก็เริ่มทำงาน ภายในเวลาหลายเดือน บริษัทเภสัชกรรมยักษ์ใหญ่อย่างไฟเซอร์และโมเดอร์นาได้ใช้เทคโนโลยี mRNA เพื่อพัฒนาวัคซีนที่สร้างภูมิคุ้มกันให้กับไวรัส พวกเขาสามารถผลิตวัคซีน mRNA ในปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว นำการทดลองทางคลินิกเพื่อพิสูจน์ว่าวัคซีนปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ จากนั้นจึงให้วัคซีน mRNA แรกแก่สาธารณะภายในฤดูใบไม้ผลิปี 2021 ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากเครื่องมือ mRNA สามารถใช้เพื่อสร้างวัคซีนที่แพร่หลายได้ โปรตีนหลากหลายชนิดโดยไม่จำเป็นต้องปลูกฝังวิธีการใหม่ๆ ในการปลูกไวรัสในวงกว้าง

วัคซีน mRNA จะถูกนำไปใช้อย่างไรในตอนนี้?

ดังที่ Sandberg กล่าวไว้ในคำปราศรัยของเขาในงานประกาศรางวัลโนเบลว่า “ความสำเร็จของวัคซีน mRNA ในการป้องกันโรคโควิด-19 มีผลกระทบอย่างมากต่อความสนใจในเทคโนโลยีที่ใช้ mRNA” ขณะนี้เทคโนโลยี mRNA ถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาระบบการนำส่งโปรตีนเพื่อการรักษาและการรักษามะเร็ง รวมถึงวัคซีนป้องกันโรคติดเชื้ออื่นๆ