Decennialang zijn vaccinonderzoekers betoverd en gefrustreerd door de belofte van boodschapper-RNA. De kleine stukjes genetische code zijn essentieel in het vertellen van cellen om eiwitten te bouwen, een basisonderdeel van de menselijke fysiologie – en de sleutel tot het ontketenen van het immuunsysteem.
Maar ze zijn moeilijk te temmen geweest, althans totdat het coronavirus een wereldwijde race aanspoorde om een vaccin te maken.
Nu testen zowel Pfizer als Moderna hun afzonderlijke kandidaat-vaccins die boodschapper-RNA, of mRNA, gebruiken om het immuunsysteem aan te zetten tot de productie van beschermende antilichamen zonder gebruik te maken van echte stukjes van het virus. Als de experimentele coronavirusvaccins goedkeuring krijgen van de Food and Drug Administration, zullen zij de allereerste geautoriseerde vaccins zijn die mRNA gebruiken – een ontwikkeling die niet alleen het tij in deze pandemie zou keren, maar ook een geheel nieuwe lijn van vaccins tegen een verscheidenheid aan virussen zou kunnen ontsluiten.
De twee experimentele vaccins hebben enkele belangrijke verschillen die waarschijnlijk van invloed zullen zijn op aan wie ze worden toegediend en hoe ze worden gedistribueerd. Maar deskundigen zeggen dat veelbelovende vroege resultaten van beide kampen een zegen kunnen zijn voor de technologie, die in bijna drie decennia vooruitgang had geboekt, maar lang werd beschouwd als iets van een utopie.
“Dit was een gloednieuw platform,” zei Dr. Carlos del Rio, uitvoerend associate decaan van de Emory University School of Medicine in Atlanta. “Er waren veel mensen die sceptisch waren dat een mRNA-vaccin zou werken. Wetenschappelijk gezien is het zinvol, maar er is nog geen mRNA-vaccin dat is goedgekeurd.”
Vorige week maakte Pfizer voorlopige bevindingen bekend waaruit bleek dat zijn kandidaat-vaccin meer dan 90 procent effectief is bij het voorkomen van symptomatische Covid-19. Maandag heeft Moderna het bemoedigende nieuws aangevuld met de eerste resultaten van zijn fase 3-studie, waaruit blijkt dat zijn experimentele vaccin 94,5% van de ziekte voorkomt. Het zien van zulke consistente resultaten in dit stadium van de proeven is een goed teken, zei del Rio.
“Dat geeft me het gevoel van, ‘goh, Pfizer was geen toevalstreffer,'” zei hij. “Dit is echt. Dit werkt echt.”
Hoewel geruststellend, zijn de resultaten nog steeds voorlopig – de volledige studieresultaten zijn nog niet gepubliceerd in een peer-reviewed tijdschrift zodat andere wetenschappers ze kunnen bestuderen – en het is nog niet bekend hoe lang de vaccins bescherming kunnen bieden, of dat ze het goed zullen doen in alle leeftijdsgroepen en etniciteiten.
Eén van de belangrijkste verschillen tussen de twee kandidaat-vaccins is de manier waarop ze worden bewaard. Beide vereisen twee doses, maar het vaccin van Pfizer moet worden opgeslagen bij temperaturen van min 94 graden Fahrenheit of kouder, wat praktische problemen heeft opgeleverd over hoe ze kunnen worden vervoerd en verspreid. Het vaccin van Moderna behoeft geen ultrakoude opslag en kan 30 dagen stabiel blijven bij normale koeling – tussen ruwweg 36 en 46 graden Fahrenheit.
Dit onderscheid komt waarschijnlijk door de manier waarop het synthetische mRNA, of boodschapper-RNA, van de vaccins is verpakt, volgens Paula Cannon, een universitair hoofddocent microbiologie aan de Keck School of Medicine van de University of Southern California. Op zichzelf is mRNA een fragiele molecule, wat betekent dat het moet worden omhuld met een beschermende, vettige laag om het stabiel te houden.
De koelomstandigheden kunnen te maken hebben met de manier waarop het mRNA is vervaardigd en gestabiliseerd, aldus Cannon, hoewel de precieze details door de bedrijven zelf moeten worden bepaald.
Dr. Drew Weissman, een professor in de geneeskunde aan de Perelman School of Medicine van de Universiteit van Pennsylvania, is een vroege pionier geweest in mRNA-vaccinonderzoek en werkt nu samen met BioNTech, een Duits biotechnologiebedrijf dat heeft samengewerkt met Pfizer. Hij zei dat er wordt gewerkt aan het verbeteren van het experimentele vaccin – waaronder verbeteringen aan de opslagvereisten.
“Er zijn zeker verbeteringen die al worden ontwikkeld,” zei hij.
Zowel het Pfizer-vaccin als het Moderna-vaccin worden gemaakt met behulp van synthetisch boodschapper-RNA. In tegenstelling tot DNA, dat genetische informatie draagt voor elke cel in het menselijk lichaam, stuurt boodschapper RNA de eiwitproductie van het lichaam op een veel gerichtere manier.
“Wanneer een bepaald gen zijn werk moet doen, maakt het een kopie van zichzelf, dat boodschapper RNA wordt genoemd,” zei Cannon. “Als DNA de grote handleiding voor de cel is, dan is boodschapper-RNA zoiets als een fotokopie van één pagina die je nodig hebt en die je meeneemt naar je werkplaats.”
Het Pfizer-vaccin en het Moderna-vaccin maken gebruik van synthetisch mRNA dat informatie bevat over het kenmerkende spike-eiwit van het coronavirus. De vaccins werken in wezen door het binnensluipen van instructies die het lichaam sturen om een kleine hoeveelheid van het spike-eiwit te produceren. Zodra het immuunsysteem dit eiwit detecteert, begint het lichaam vervolgens beschermende antilichamen te produceren.
“Deze antilichamen zullen niet alleen werken tegen het kleine beetje spike-eiwit dat na de vaccinatie is aangemaakt, maar zullen ook het coronavirus herkennen en tegenhouden om in onze cellen te komen als we er in de toekomst aan worden blootgesteld,” zei Cannon. “Het is echt een slimme truc.”
Maar zo elegant als dit mechanisme in theorie is, mRNA-vaccins hebben te maken gehad met echte biologische uitdagingen sinds ze in de jaren negentig voor het eerst werden ontwikkeld. In vroege dierstudies veroorzaakten de vaccins bijvoorbeeld zorgwekkende ontstekingen.
“Dat werd een van de grote vragen: Hoe krijg je dit in het lichaam zonder een ontstekingsreactie te veroorzaken?”, aldus Norman Baylor, president en CEO van Biologics Consulting en voormalig directeur van de FDA’s Office of Vaccines Research and Review.
Hoewel geen van beide bedrijven tot nu toe ernstige veiligheidsproblemen heeft gemeld, zullen wetenschappers de deelnemers aan beide proeven in de loop van de tijd blijven volgen.
“Er is altijd een zorg als je probeert het immuunsysteem te misleiden – wat is wat een vaccin doet – dat je onbedoelde bijwerkingen zou kunnen hebben,” zei Cannon. “Het immuunsysteem is ongelooflijk ingewikkeld en verschilt van persoon tot persoon.”
De vaccins bevatten geen enkel deel van het virus, dus ontvangers kunnen niet besmet raken door de shots.
“Het zijn de instructies voor slechts één deel van het virus, dat op zichzelf niets kan doen,” zei Cannon. “Het is alsof je iemand een wiel geeft en zegt: ‘Hier is een auto.'”
Toch zijn mRNA-vaccins nog nooit op grote schaal verspreid, wat betekent dat er waarschijnlijk extra kritisch zal worden gekeken. En hoewel de eerste resultaten van zowel Pfizer als Moderna de verwachtingen hebben overtroffen, blijven er nog enkele belangrijke vragen over, waaronder hoe de vaccins presteren in verschillende demografische groepen, en hoe lang ze effectief zijn, volgens Baylor.
“Wat ik graag zou zien – en we zullen dit niet weten totdat er enige tijd is verstreken – is hoe lang deze bescherming duurt,” zei hij.
Als de goede resultaten echter standhouden, zou dit de deur kunnen openen naar andere mRNA-vaccins in de nabije toekomst, voegde Baylor eraan toe.
Weissman, wiens lab aan de Universiteit van Pennsylvania 15 jaar geleden aantoonde dat mRNA op deze manier kon worden gebruikt, zei dat hij en zijn collega’s vóór de pandemie hadden gewerkt aan de lancering van fase 1 klinische proeven van mRNA-vaccins voor genitale herpes, influenza, HIV en het norovirus.
De technologie achter mRNA-vaccins wordt geacht veelzijdiger te zijn dan traditionele methoden om vaccins te ontwikkelen, wat betekent dat ze sneller en goedkoper kunnen worden vervaardigd dan andere die het gebruik van bacteriën of gist vereisen om het spike-eiwit van het coronavirus te maken en te zuiveren.
“Met een mRNA-vaccin zit je achter je computer en ontwerp je hoe dat stuk RNA eruit gaat zien, en dan heb je een machine die dat RNA relatief gemakkelijk voor je kan maken,” zei Cannon. “In sommige opzichten hebben we geluk dat deze zeer krachtige technologie in 2020 klaar was voor prime time, omdat het een echt groot voordeel zou kunnen zijn.”