I ricercatori stanno covando un vaccino contro il coronavirus a basso costo

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Un nuovo vaccino per Covid-19 che sta entrando in studi clinici in Brasile, Messico, Thailandia e Vietnam potrebbe cambiare il modo in cui il mondo combatte la pandemia. Il vaccino, chiamato NVD-HXP-S, è il primo negli studi clinici a utilizzare un nuovo design molecolare che è ampiamente previsto per creare anticorpi più potenti rispetto all’attuale generazione di vaccini. E il nuovo vaccino potrebbe essere molto più facile da realizzare.

I vaccini esistenti di aziende come Pfizer e Johnson & Johnson devono essere prodotti in fabbriche specializzate utilizzando ingredienti difficili da acquisire. Al contrario, il nuovo vaccino può essere prodotto in serie nelle uova di gallina, le stesse uova che producono miliardi di vaccini antinfluenzali ogni anno nelle fabbriche di tutto il mondo.

Se NVD-HXP-S si dimostrerà sicuro ed efficace, i produttori di vaccini antinfluenzali potrebbero potenzialmente produrne oltre un miliardo di dosi all’anno. Paesi a basso e medio reddito attualmente lottando per ottenere i vaccini provenienti da paesi più ricchi potrebbero essere in grado di produrre NVD-HXP-S per se stessi o acquistarlo a basso costo dai vicini.

“Questo è sbalorditivo – sarebbe un punto di svolta”, ha affermato Andrea Taylor, assistente direttore del Duke Global Health Innovation Center.

In primo luogo, tuttavia, gli studi clinici devono stabilire che NVD-HXP-S funziona effettivamente nelle persone. La prima fase delle sperimentazioni cliniche si concluderà a luglio e la fase finale richiederà diversi mesi in più. Ma gli esperimenti con animali vaccinati hanno sollevato speranze per le prospettive del vaccino.

“È un tentativo di protezione”, ha affermato il dott. Bruce Innes del PATH Center for Vaccine Innovation and Access, che ha coordinato lo sviluppo di NVD-HXP-S. “Penso che sia un vaccino di livello mondiale.”

I vaccini funzionano informando il sistema immunitario di un virus abbastanza bene da sollecitare una difesa contro di esso. Alcuni vaccini contengono interi virus che sono stati uccisi; altri contengono solo una singola proteina del virus. Altri ancora contengono istruzioni genetiche che le nostre cellule possono utilizzare per produrre la proteina virale.

Una volta esposto a un virus, o parte di esso, il sistema immunitario può imparare a produrre anticorpi che lo attaccano. Le cellule immunitarie possono anche imparare a riconoscere le cellule infette e distruggerle.

Nel caso del coronavirus, il miglior bersaglio per il sistema immunitario è la proteina che ne ricopre la superficie come una corona. La proteina, nota come picco, si attacca alle cellule e quindi consente al virus di fondersi con loro.

Ma la semplice iniezione di proteine ​​di picco del coronavirus nelle persone non è il modo migliore per vaccinarle. Questo perché le proteine ​​spike a volte assumono la forma sbagliata e spingono il sistema immunitario a produrre gli anticorpi sbagliati.

Questa intuizione è emersa molto prima della pandemia di Covid-19. Nel 2015 è apparso un altro coronavirus, che ha causato una forma mortale di polmonite chiamata MERS. Jason McLellan, un biologo strutturale allora alla Geisel School of Medicine di Dartmouth, ei suoi colleghi hanno deciso di fare un vaccino contro di esso.

Volevano usare la proteina spike come bersaglio. Ma hanno dovuto fare i conti con il fatto che la proteina spike è un mutaforma. Mentre la proteina si prepara a fondersi in una cellula, si contorce da una forma a tulipano in qualcosa di più simile a un giavellotto.

Gli scienziati chiamano queste due forme le forme di prefusione e postfusione del picco. Gli anticorpi contro la forma di prefusione agiscono in modo potente contro il coronavirus, ma gli anticorpi postfusione non lo fermano.

Il dottor McLellan ei suoi colleghi hanno utilizzato tecniche standard per produrre un vaccino MERS, ma si sono ritrovati con molti picchi di postfusione, inutili per i loro scopi. Poi hanno scoperto un modo per mantenere la proteina bloccata in una forma di prefusione simile a un tulipano. Tutto quello che dovevano fare era cambiare due degli oltre 1.000 elementi costitutivi della proteina in un composto chiamato prolina.

Il picco risultante – chiamato 2P, per le due nuove molecole di prolina che conteneva – era molto più probabile che assumesse la forma a tulipano desiderata. I ricercatori hanno iniettato i picchi 2P nei topi e ha scoperto che gli animali potevano facilmente combattere le infezioni del coronavirus MERS.

Il team ha depositato un brevetto per il suo picco modificato, ma il mondo ha prestato poca attenzione all’invenzione. La MERS, sebbene mortale, non è molto contagiosa e si è rivelata una minaccia relativamente minore; meno di 1.000 persone sono morte di MERS da quando è emerso per la prima volta negli esseri umani.

Ma alla fine del 2019 è emerso un nuovo coronavirus, SARS-CoV-2, che ha iniziato a devastare il mondo. Il dottor McLellan ei suoi colleghi sono entrati in azione, progettando un picco 2P unico per SARS-CoV-2. Nel giro di pochi giorni, Moderna ha utilizzato queste informazioni per progettare un vaccino per Covid-19; conteneva una molecola genetica chiamata RNA con le istruzioni per creare il picco 2P.

Altre aziende seguirono presto l’esempio, adottando picchi 2P per i propri progetti di vaccini e avviando sperimentazioni cliniche. Tutti e tre i vaccini che sono stati autorizzati finora negli Stati Uniti – da Johnson & Johnson, Moderna e Pfizer-BioNTech – utilizzano il picco 2P.

Anche altri produttori di vaccini lo stanno usando. Novavax ha avuto ottimi risultati con il picco 2P negli studi clinici e si prevede che nelle prossime settimane richiederà l’autorizzazione per l’uso di emergenza alla Food and Drug Administration. Sanofi sta anche testando un vaccino con picco 2P e prevede di terminare gli studi clinici entro la fine dell’anno.

La capacità del Dr. McLellan di trovare indizi salvavita nella struttura delle proteine ​​gli ha fatto guadagnare una profonda ammirazione nel mondo dei vaccini. “Questo ragazzo è un genio”, ha detto Harry Kleanthous, un funzionario senior del programma presso la Bill & Melinda Gates Foundation. “Dovrebbe essere orgoglioso di questa cosa enorme che ha fatto per l’umanità.”

Ma una volta che il dottor McLellan ei suoi colleghi hanno consegnato il picco di 2P ai produttori di vaccini, è tornato alla proteina per uno sguardo più da vicino. Se scambiare solo due proline migliorasse un vaccino, sicuramente ulteriori modifiche potrebbero migliorarlo ancora di più.

“Aveva senso cercare di avere un vaccino migliore”, ha detto il dottor McLellan, che ora è professore associato presso l’Università del Texas ad Austin.

A marzo ha unito le forze con due biologi dell’Università del Texas, Ilya Finkelstein e Jennifer Maynard. I loro tre laboratori hanno creato 100 nuovi picchi, ciascuno con un blocco di costruzione modificato. Con i finanziamenti della Gates Foundation, hanno testato ciascuno di essi e poi hanno combinato i promettenti cambiamenti in nuovi picchi. Alla fine, hanno creato una singola proteina che ha soddisfatto le loro aspirazioni.

Il vincitore conteneva le due proline nel picco 2P, più quattro proline aggiuntive trovate altrove nella proteina. Il dottor McLellan ha definito il nuovo picco HexaPro, in onore del suo totale di sei proline.

La struttura di HexaPro era ancora più stabile di 2P, ha scoperto il team. Era anche resistente, in grado di resistere meglio al calore e alle sostanze chimiche dannose. Il dottor McLellan sperava che il suo design robusto lo avrebbe reso potente in un vaccino.

Il dottor McLellan sperava anche che i vaccini basati su HexaPro avrebbero raggiunto più del mondo, in particolare i paesi a reddito medio e basso, che finora hanno ricevuto solo una frazione della distribuzione totale dei vaccini di prima ondata.

“La quota dei vaccini che hanno ricevuto finora è terribile”, ha detto il dottor McLellan.

A tal fine, l’Università del Texas ha istituito un accordo di licenza per HexaPro che consente alle aziende e ai laboratori di 80 paesi a basso e medio reddito di utilizzare le proteine ​​nei loro vaccini senza pagare royalty.

Nel frattempo, il dottor Innes ei suoi colleghi del PATH stavano cercando un modo per aumentare la produzione di vaccini Covid-19. Volevano un vaccino che le nazioni meno ricche potessero produrre da sole.

La prima ondata di vaccini Covid-19 autorizzati richiede ingredienti costosi e specializzati. Il vaccino a base di RNA di Moderna, ad esempio, ha bisogno di blocchi genetici chiamati nucleotidi, oltre a un acido grasso su misura per costruire una bolla attorno a loro. Questi ingredienti devono essere assemblati in vaccini in fabbriche appositamente costruite.

Il modo in cui vengono prodotti i vaccini antinfluenzali è uno studio in contrasto. Molti paesi hanno enormi fabbriche per fare vaccini antinfluenzali economici, con i virus dell’influenza iniettati nelle uova di gallina. Le uova producono un’abbondanza di nuove copie dei virus. Gli operai poi estraggono i virus, li indeboliscono o li uccidono e poi li inseriscono nei vaccini.

Il team PATH si è chiesto se gli scienziati potessero realizzare un vaccino Covid-19 che potesse essere coltivato a basso costo nelle uova di gallina. In questo modo, le stesse fabbriche che producono vaccini antinfluenzali potrebbero fare anche vaccini Covid-19.

A New York, un team di scienziati della Icahn School of Medicine del Monte Sinai sapeva come preparare proprio un vaccino del genere, utilizzando un virus aviario chiamato virus della malattia di Newcastle che è innocuo per gli esseri umani.

Per anni gli scienziati lo erano stati sperimentando il virus della malattia di Newcastle creare vaccini per una vasta gamma di malattie. Per sviluppare un vaccino contro l’Ebola, ad esempio, i ricercatori hanno aggiunto un gene Ebola al set di geni del virus della malattia di Newcastle.

Gli scienziati hanno quindi inserito il virus ingegnerizzato nelle uova di gallina. Poiché è un virus degli uccelli, si è moltiplicato rapidamente nelle uova. I ricercatori si sono ritrovati con i virus della malattia di Newcastle rivestiti con proteine ​​Ebola.

Al Monte Sinai, i ricercatori hanno deciso di fare la stessa cosa, utilizzando le proteine ​​del coronavirus al posto delle proteine ​​Ebola. Quando hanno saputo della nuova versione di HexaPro del Dr. McLellan, l’hanno aggiunta ai virus della malattia di Newcastle. I virus erano irti di proteine ​​spike, molte delle quali avevano la forma di prefusione desiderata. In un cenno al virus della malattia di Newcastle e al picco di HexaPro, lo hanno chiamato NDV-HXP-S.

PATH ha organizzato migliaia di dosi di NDV-HXP-S da produrre in una fabbrica vietnamita che normalmente produce vaccini antinfluenzali nelle uova di gallina. A ottobre, la fabbrica ha inviato i vaccini a New York per essere testati. I ricercatori del Monte Sinai hanno scoperto che NDV-HXP-S conferiva una potente protezione a topi e criceti.

“Posso onestamente dire che posso proteggere ogni criceto, ogni topo del mondo contro SARS-CoV-2”, ha detto il dott. Peter Palese, il leader della ricerca. “Ma la giuria è ancora fuori su quello che fa negli esseri umani.”

La potenza del vaccino ha portato un ulteriore vantaggio: i ricercatori avevano bisogno di meno virus per una dose efficace. Un singolo uovo può produrre da cinque a 10 dosi di NDV-HXP-S, rispetto a una o due dosi di vaccini antinfluenzali.

“Siamo molto entusiasti di questo, perché pensiamo che sia un modo per fare un vaccino economico”, ha detto il dottor Palese.

PATH ha poi messo in contatto il team del Monte Sinai con i produttori di vaccini antinfluenzali. Il 15 marzo, l’Istituto vietnamita di vaccini e prodotti biologici medici annunciato l’inizio di una sperimentazione clinica di NDV-HXP-S. Una settimana dopo, l’Organizzazione farmaceutica del governo thailandese seguito l’esempio. Il 26 marzo, l’Istituto brasiliano Butantan disse chiederà l’autorizzazione per iniziare le proprie sperimentazioni cliniche di NDV-HXP-S.

Nel frattempo, anche la squadra del Monte Sinai ha concesso in licenza il vaccino al produttore messicano di vaccini Avi-Mex come spray intranasale. L’azienda inizierà gli studi clinici per vedere se il vaccino è ancora più potente in quella forma.

Per le nazioni coinvolte, la prospettiva di produrre i vaccini interamente da soli era allettante. “Questa produzione di vaccini è prodotta da thailandesi per i thailandesi”, ha detto il ministro della salute thailandese, Anutin Charnvirakul, all’annuncio a Bangkok.

In Brasile, l’Istituto Butantan ha strombazzato la sua versione di NDV-HXP-S come “il vaccino brasiliano”, uno che sarebbe “prodotto interamente in Brasile, senza dipendere dalle importazioni”.

La signora Taylor, del Duke Global Health Innovation Center, era comprensiva. “Potevo capire perché sarebbe davvero una prospettiva così attraente”, ha detto. “Sono stati in balia delle catene di approvvigionamento globali”.

Madhavi Sunder, esperta di proprietà intellettuale presso la Georgetown Law School, ha avvertito che NDV-HXP-S non avrebbe immediatamente aiutato paesi come il Brasile mentre erano alle prese con l’attuale ondata di infezioni da Covid-19. “Non stiamo parlando di 16 miliardi di dosi nel 2020”, ha detto.

Invece, la strategia sarà importante per la produzione di vaccini a lungo termine, non solo per Covid-19 ma per altre pandemie che potrebbero verificarsi in futuro. “Sembra super promettente”, ha detto.

Nel frattempo, il dottor McLellan è tornato al tavolo da disegno molecolare per provare a realizzare una terza versione del loro picco che sia persino migliore di HexaPro.

“Non c’è davvero fine a questo processo”, ha detto. “Il numero di permutazioni è quasi infinito. Ad un certo punto, dovresti dire: “Questa è la prossima generazione”. “

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