ÜLEVAADE | Milliste tehnoloogiatega SARS-CoV-2 vaktsiinide osas on Eestil sõlmitud eellepingud?

Sotsiaalministeeriumi 1. detsembri pressiteates on kirjas: „Eesti on praeguseks ühinenud ravimitootjate AstraZeneca, Jannsen Pharmaceutica NV, Pfizer/BioNTech, CureVac ja Moderna lepingutega. Euroopa Liidu ühishankes on Euroopa Komisjonil sõlmitud leping ka vaktsiinitootjaga Sanofi, millega Eestil on võimalik liituda hiljem. Läbirääkimised on käimas veel ka vaktsiinitootjaga Novavax.“ (1) Seega on Eesti ühinenud viie lepinguga ja õhus on veel kaks. Kuigi suuremad kliinilised uuringud pole veel avaldatud, uurisin, mida nende vaktsiinide kohta praeguseks teada on.

Uuringutes on mitme erineva tehnoloogiaga vaktsiinid, millest igaühel on oma eelised ja puudused. Need võib kokku võtta ülevaatlikus tabelis (2):

Lisaks on arenduses veel täiendavate tehnoloogiatega vaktsiine, mida praegu Eestisse osta pole plaanis:

Vaktsiini immunoloogia

Eduka COVID-19 vaktsiini loomiseks peab arvestama mitmete immuunsüsteemipoolsete teguritega. Ideaalne vaktsiin suudab esile kutsuda nii tugeva humoraalse (antikehad) kui rakulise (nii T-rakud kui ka B-rakud) immuunvastuse. T-rakud võtavad sihikule juba nakatunud rakud; B-rakud toodavad viiruse pinnavalkude vastu antikehi. Immuunvastuse kujunemist mõjutavad tõenäoliselt nii immuniseerimise tee (lihasesisene, inhaleeritav, ninasprei, suukaudne), doos ja vaktsineerimiskava (üks või mitu doosi). Valgulise alaühiku vaktsiinide korral peab arvesse võtma adjuvandi kasutamise vajadust, et ühest küljest vähendada vajamineva antigeeni hulka ja vähendada vaktsineerimise doose, samas aitab adjuvant parandada vaktsiini efektiivsust väga noortel, eakatel ja immuunsuprimeeritutel. Vanus on oluline tegur, kuna väga noortel ja eakatel kipub olema nõrgem immuunvastus vaktsineerimistele. Samuti võib tavalisest nõrgem immuunvastus vaktsineerimisjärgselt olla immuunpuudulikkusega või krooniliste haigustega inimestel (3).

Mittepaljuneval viirusvektoril baseeruvad vaktsiinid

Viirusvektor on viirus, mille geneetilist materjali on geenitehnoloogiliste meetoditega muudetud nii, et viirus pole enam ohtlik ja suudab rakku viia vaktsiini toimeks vajalikku valku kodeeriva(d) geeni(d). Viirus siseneb rakku ja selle tagajärjel hakkavad raku valgutootmise mehhanismid tootma seda valku, mille geeni viirus rakku on viinud.

Adenoviirused on laialt kasutatavad vektorid, kuna nad on kõrge immunogeensusega, kutsudes imetajates esile nii loomuliku kui omandatud immuunvastuse. Adenoviirused on üldiselt ohutud ja neid on võimalik kiirelt kasvatada, et vaktsiini ruttu toota. Viiruse genoomist on välja lõigatud need piirkonnad, mis vastutavad peremeesorganismi immuunsüsteemi pärssimise, viiruse immuunsüsteemi eest varjamise ja viiruse enda paljundamise eest.

SARS-CoV-2 vaktsiini arendustes kasutataksegi vektorina adenoviiruseid, et viia rakku geenid, mis kodeerivad SARS-CoV-2 ogavalku või selle valgu väiksemaid fragmente, eeskätt nn retseptoriga seonduvat domääni (RBD – receptor binding domain). Mõned vaktsiinikandidaadid lasevad toota mitmeid SARS-CoV-2 pinnavalkusid (3).

Hiina ja Venemaa vaktsiinides kasutatakse inimese adenoviirus tüüp 5, mis on juba varem kasutusel olnud viirusvektor. See tekitab hea T-rakulise immuunvastuse ja antikehade tootmise, kuid probleemiks võivad osutuda varasema adenoviiruse põdemise käigus tekkinud adenoviiruse-vastased antikehad, mis vähendavad vaktsiini efektiivsust. Adenoviirus tüüp 5 vastu on erinevates maailma populatsioonides antikehad eelnevalt olemas 40-90%-l inimestest. Loomkatses on näidatud, et eelnevate viirusvektori vastu suunatud antikehadega loomadel on vaja tuhandekordset vaktsiinidoosi, et saada samasugune immuunvastus nagu ilma nende antikehadeta loomadel (3).

Vältimaks eelpoolmainitud probleeme kasutatakse AstraZeneca/Oxfordi vaktsiinis mitte inimeste vaid šimpansite adenoviirust. Varem on šimpansi adenoviirusvektorid osutunud ohutuks ja immunogeenseks erinevate patogeenide suhtes uuritavate vaktsiinide puhul, näiteks malaaria, HIV, gripp, C-hepatiit ja Ebola. Samuti on šimpansi adenoviirust vektorina kasutades varem välja töötatud vaktsiin MERS-CoV vastu, mis andis hea kaitse MERS-i eest hiirtel ja reesusmakaakidel. Nüüd lihtsalt vahetati adenoviiruse genoomis MERS-i ogavalgu geen välja SARS-CoV-2 ogavalgu geeni vastu (3).

Jansseni vaktsiin väldib eelnevat adenoviiruse suhtes esineva immuunsusega seotud probleeme, kasutades harvem esinevat inimese adenoviiruse serotüüpi 26 (HAdV-D26), mis on laialt levinud adenoviiruse 5. serotüübist geneetiliselt kaugel. Janssen Pharmaceutical on HAdV-D26 vektorit varem kasutanud Ebolaviiruse vastases vaktsiinis, kus see on olnud hästi talutav ja esile kutsunud nii antikehade tekke kui rakulise immuunvastuse (4).

mRNA vaktsiinid

RNA-l baseeruvad vaktsiinide tehnoloogiad on suhteliselt uued ja seni pole inimkasutuses ühtegi sellist vaktsiini olnud. Veterinaarias kasutatakse neid küll ja praegu arendatakse RNA-vaktsiine välja erinevate inimestel esinevate haiguste vastu, näiteks erinevad kasvajad, gripiviirused, HIV ja Zikaviirus. RNA-põhiseid vaktsiine on peamiselt kahte sorti: mRNA (messenger RNA) ja saRNA (self-amplifying RNA), Eestil on eellepingud vaid esimest sorti vaktsiinide arendajatega.

Normaalselt käib valgusüntees rakus sedasi, et rakutuumas kirjutatakse valku kodeeriva DNA pealt maha mRNA, mis viib info rakutuumast tsütoplasmasse, seal pannakse ribosoomides valk aminohapetest kokku (osalevad ka rRNA ehk ribosoomi RNA ja tRNA ehk transpordi RNA, mis toob kohale valgusünteesiks vajalikud aminohapped).

Vaktsiiniga süstitakse organismi mRNA, milles sisaldub soovitud valgu tootmiseks vajalik informatsioon. mRNA pealt toodetakse rakus haigustekitajale iseloomulik valk, mida esitletakse rakupinnal. Immuunrakud saavad võimaluse seda valku tundma õppida samamoodi nagu viirusinfektsioonide käigus, kus viiruste pinnavalke tutvustavad antigeeni esitlevad rakud.

Vaktsiinis kasutatav mRNA on tehtud sarnaseks selle mRNA-ga, mis rakutuumas valgusünteesiks toodetakse. Lisaks optimeeritakse seda, et suurendada stabiilsust ja parandada valgusünteesi efektiivsust. Kuna mRNA tekib ja lagundatakse rakkudes pidevalt ning võõras mRNA on väga immunogeenne ja kuulub immuunsüsteemi silmis kiiresti lagundamisele, on vaktsiiniga süstitav mRNA liiga kiire lagunemise vältimiseks pakitud mõne kandja sisse, kõige sagedamini lipiididel baseeruvate nanoosakeste (LNP – lipid-based nanoparticles) sisse.

Loomkatsetes on RNA-l baseeruvad vaktsiinid esile kutsunud tugeva CD8+ T-rakulise, Th1-rakulise ja neutraliseerivate antikehade immuunvastuse juba pärast ühe või kahe doosiga vaktsineerimist.

saRNA-l põhinevaid vaktsiine praeguste teadmiste kohaselt Eestisse tulemas ei ole, aga need on mRNA-vaktsiinidele sarnased, kutsuvad esile sarnase immuunvastuse, vajavad modifitseerimist stabiilsuse parandamiseks ning kaetakse enamasti LNP-ga. saRNA-de iseärasuseks on võime raku sees ennast ise paljundada. saRNA on toodetud alfaviiruste RNA genoomi põhjal, kus viiruse struktuurivalke kodeerivad jupid on asendatud huvipakkuvat valku kodeeriva RNA-ga. Raku tsütoplasmasse jõudes saRNA paljundab ennast, tagajärjeks on suurema hulga vajaliku antigeense valgu tootmine ja seeläbi tugevam immuunvastus. Vaktsiini sisse on saRNA-d vaja väiksemas koguses kui mRNA-d ja sedasi on võimalik väiksema vaevaga suurem kogus vaktsiini toota ja kulusid vähendada (3).

BioNTech on suur mRNA-l põhinevate ravimitega tegelev ettevõte, mille fookus on mRNA-teraapiate kasutamine erinevate kasvajate ravis (3).

Moderna Inc. on olnud mRNA vaktsiinide arenduses üks juhtivaid tegijaid ligi kümme aastat ja neil on I või II faasi kliinilistesse uuringutesse jõudnud CMV, Zika ja RSV vastased vaktsiinid (3). H7N9 gripiviiruse vastu suunatud vaktsiini (LNP-sse pakitud modifitseeritud mRNA) I faasi uuringute vaheanalüüs näitas kõrget serokonversiooni ja vähe tõsiseid kõrvaltoimeid (5).

CureVac on profülaktiliste vaktsiinide valdkonnas tegev 2007. aastast ja 2017. aastal on ettevõtte töötanud MERS-CoV vastu suunatud vaktsiiniga. Samuti on neil olemas positiivsed andmed marutõve vaktsiiniga, mis nõuab immuniseerimiseks väga väikest vaktsiini doosi (6).

Valgulise alaühiku vaktsiinid

Rekombinantse valgu alaühiku vaktsiinides kasutatakse haigustekitaja spetsiifilisi immuunsüsteemile äratuntavaid osi, SARS-CoV-2 puhul viiruse pinnavalke, et esile kutsuda immuunvastust. Soovitud valku kodeeriv geen sisestatakse mõnda hästi paljunevasse rakku, mis toodab vajalikku valku. Seejärel valk puhastatakse raku pinnalt ning tehakse vaktsiin. Sedasi on tehtud näiteks B-hepatiidi vaktsiin, mille puhul B-hepatiidi pinnaantigeeni toodetakse pärmirakkudes.

Valgulised komponendid üksi suudavad esile kutsuda ainult väga nõrga immuunreaktsiooni (kui sedagi). Seetõttu pannakse valguliste alaühikute külge adjuvant, mis muudab valgu immuunsüsteemile paremini „nähtavaks“ ja tavaliselt on vaja mitut vaktsiinidoosi, et immuunsüsteem tõhusalt reageeriks ja et saavutada pikaajaline immuunsus (3).

Novavax on varem välja töötanud valgulise alaühiku vaktsiine SARS-CoV-1 ja MERS-CoV vastu ning testinud neid hiirtel. Sellega on saavutatud immuunvastus uuritava koroonaviiruse (SARS-CoV-1 või MERS), aga mitte muude koroonaviiruste vastu. Ootuspäraselt suurendas adjuvandi kasutamine neutraliseerivate antikehade hulka märkimisväärselt (7).

Sanofi ja GlaxiSmithKline on mõlemad suured vaktsiinitootjad. SARS-CoV-2 valgulise komponendi tootmiseks kasutatakse Sanofi juba varem välja töötatud platvormi, kus bakuloviirusvektor viib SARS-CoV-2 ogavalku kodeeriva geeni putukate rakkudesse (Spodoptera frugiperda). Sama metoodikat on varem kasutatud ka SARS-CoV-1 (8) ja MERS (9) vastaste vaktsiinide tootmiseks, mis mõlemad on loomkatsetes andnud hea immuunvastuse. Adjuvandina kasutatakse GlaxoSmithKline'i alumiiniumadjuvanti, mis on juba varem vaktsiinides kasutusel olnud.

Kokkuvõte

Maailmas on erinevas staadiumis uuringutes umbes 230 erinevat SARS-CoV-2 vastu suunatud vaktsiini. Eestil on eellepingud viie vaktsiinitootjaga, kes kasutavad kolme erinevat vaktsiinide väljatöötamise põhimõtet. Igaühel neist on oma eelised ja oma puudused. Tühja koha pealt pole tekkinud neist ükski, tegemist on biotehnoloogia- ja ravimifirmadega, mis on juba varem tegelenud vaktsiinide välja töötamisega, seal hulgas on mitmed neist varem töötanud ka SARS-CoV-1 ja MERS viirustega. Vaktsiinide kiirem välja töötamine tuleb selle arvelt, et esimesena III faasi uuringutesse jõudnud firmadel on juba varem kogemus samasuguste vaktsiinidega ja muutma pidi vähe.

Kõiki vaktsiine ükshaaval käsitlen juba eraldi artiklis, mida saab lugeda siit.

Viited

1. Eesti valmistub alustama COVID-19 vaktsineerimisega jaanuaris. Pressiteade. detsember 2020. https://www.sm.ee/et/uudised/eesti-valmistub-alustama-covid-19-vaktsineerimisega-jaanuaris
2. Cennimo DJ, et al. COVID-19 Vaccines. Medscape. Dec 1 2020. https://emedicine.medscape.com/article/2500139-overview?src
3. Russell R, et al. Frontrunners in the race to develop a SARS-CoV-2 vaccine. Can J Microbiol. 2020 Dec 2. doi: 10.1139/cjm-2020-0465. https://cdnsciencepub.com/doi/pdf/10.1139/cjm-2020-0465
4. Anywaine Z, et al. Safety and Immunogenicity of a 2-Dose Heterologous Vaccination Regimen With Ad26.ZEBOV and MVA-BN-Filo Ebola Vaccines: 12-Month Data From a Phase 1 Randomized Clinical Trial in Uganda and Tanzania. J Infect Dis. 2019 Jun 5;220(1):46-56. doi: 10.1093/infdis/jiz070.
5. Bahl K, et al. Preclinical and Clinical Demonstration of Immunogenicity by mRNA Vaccines against H10N8 and H7N9 Influenza Viruses. Mol Ther. 2017 Jun 7;25(6):1316-1327. doi: 10.1016/j.ymthe.2017.03.03
6. COVID-19. About CureVac’s activities regarding an mRNA-based vaccine against COVID-19. [külastatud 012.2020] https://www.curevac.com/en/covid-19/
7. Coleman CM, et al. Purified coronavirus spike protein nanoparticles induce coronavirus neutralizing antibodies in mice. Vaccine. 2014 May 30;32(26):3169-3174. doi: 10.1016/j.vaccine.2014.04.016.
8. Bai B, et al. Vaccination of mice with recombinant baculovirus expressing spike or nucleocapsid protein of SARS-like coronavirus generates humoral and cellular immune responses. Mol Immunol. 2008 Feb; 45(4): 868–875. doi: 10.1016/j.molimm.2007.0010.
9. Lan J, et al. Significant Spike-Specific IgG and Neutralizing Antibodies in Mice Induced by a Novel Chimeric Virus-Like Particle Vaccine Candidate for Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus. Virol Sin. 2018 Oct; 33(5): 453–455. doi: 10.1007/s12250-018-0064-8.