Antes de la pandemia, el laboratorio del bioquímico de la Universidad de Stanford, Peter S. Kim, se centró en el desarrollo de vacunas contra el VIH, el ébola y la gripe o influenza pandémica. Pero, pocos días después de cerrar el espacio de laboratorio de su campus como parte de las precauciones de COVID-19, centraron su atención en una vacuna para el SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19. Aunque el coronavirus estaba fuera del área de especialización específica del laboratorio, ellos y sus colaboradores han logrado construir y probar una vacuna candidata prometedora.
"Nuestro objetivo es hacer una vacuna de una sola inyección que no requiera una cadena de frío para su almacenamiento o transporte. Si lo hacemos bien, también debería ser barata", dijo Kim. "La población objetivo de nuestra vacuna son los países de ingresos bajos y medios".
"Nuestro objetivo es hacer una vacuna de una sola inyección que no requiera una cadena de frío para su almacenamiento o transporte"
Su vacuna, que se detalla en un artículo publicado el 5 de enero en la revista ACS Central Science, contiene nanopartículas salpicadas de las mismas proteínas que componen los distintivos picos superficiales del virus. Además de ser la razón por la que se denominan coronavirus (corona en latín significa "corona"), estos picos facilitan la infección al fusionarse con una célula huésped y crear un pasaje para que el genoma viral ingrese y se apropie de la maquinaria celular para producir más virus. Los picos también se pueden usar como antígenos, lo que significa que su presencia en el cuerpo es lo que puede desencadenar una respuesta inmune.
Las vacunas de nanopartículas equilibran la efectividad de las vacunas de base viral con la seguridad y facilidad de producción de las vacunas de subunidades. Las vacunas que utilizan virus para administrar el antígeno suelen ser más eficaces que las vacunas que solo contienen partes aisladas de un virus. Sin embargo, pueden tardar más en producirse, deben refrigerarse y es más probable que causen efectos secundarios. Las vacunas de ácido nucleico, como las vacunas de ARNm de Pfizer y Moderna que recientemente han sido autorizadas para uso de emergencia por la FDA, son incluso más rápidas de producir que las vacunas de nanopartículas, pero son caras de fabricar y pueden requerir múltiples dosis. Las pruebas iniciales en ratones sugieren que la vacuna de nanopartículas de Stanford podría producir inmunidad contra COVID-19 después de una sola dosis.
Los investigadores también tienen la esperanza de que pueda almacenarse a temperatura ambiente y están investigando si podría enviarse y almacenarse en forma de polvo liofilizado. En comparación, las vacunas que están más avanzadas en desarrollo en los Estados Unidos deben almacenarse a temperaturas frías, que van desde aproximadamente 8 a -70 grados Celsius (46 a -94 grados Fahrenheit).
"Esta es una etapa realmente temprana y todavía hay mucho trabajo por hacer", dijo Abigail Powell, ex becaria postdoctoral en el laboratorio de Kim y autora principal del artículo. "Pero creemos que es un punto de partida sólido para lo que podría ser un régimen de vacuna de dosis única que no se basa en el uso de un virus para generar anticuerpos protectores después de la vacunación".
Los investigadores continúan mejorando y afinando su candidata a vacuna, con la intención de acercarla a los ensayos clínicos iniciales en humanos.
PICOS Y NANOPARTÍCULAS
La proteína de pico de SARS-CoV-2 es bastante grande, por lo que los científicos a menudo formulan versiones abreviadas que son más simples de hacer y más fáciles de usar. Después de examinar de cerca el pico, Kim y su equipo decidieron quitar una sección cerca de la parte inferior.
Para completar su vacuna, combinaron este pico acortado con nanopartículas de ferritina, una proteína que contiene hierro, que se ha probado previamente en humanos. Antes de la pandemia, Powell había estado trabajando con estas nanopartículas para desarrollar una vacuna contra el ébola. Junto con los científicos del Laboratorio Nacional del Acelerador de SLAC, los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica para obtener una imagen en 3D de las nanopartículas de ferritina en forma de picos con el fin de confirmar que tenían la estructura adecuada.
Para las pruebas con ratones, los investigadores compararon sus nanopartículas de picos acortados con otras cuatro variaciones potencialmente útiles: nanopartículas con picos completos, picos completos o picos parciales sin nanopartículas, y una vacuna que contiene solo la sección del pico que se une a las células durante la infección. Probar la efectividad de estas vacunas contra el virus SARS-CoV-2 real habría requerido que el trabajo se realizara en un laboratorio de nivel 3 de bioseguridad, por lo que los investigadores utilizaron un pseudo-coronavirus más seguro que se modificó para transportar picos de SARS-CoV-2 .
Los investigadores determinaron la efectividad potencial de cada vacuna al monitorear los niveles de anticuerpos neutralizantes. Los anticuerpos son proteínas sanguíneas producidas en respuesta a los antígenos; Los anticuerpos neutralizantes son el subconjunto específico de anticuerpos que en realidad actúan para evitar que el virus invada una célula huésped.
"Normalmente se necesita una década para hacer una vacuna, si es que tiene éxito. Esto no tiene precedentes"
Después de una sola dosis, los dos candidatos a vacuna de nanopartículas resultaron en niveles de anticuerpos neutralizantes al menos dos veces más altos que los observados en personas que habían tenido COVID-19, y la vacuna de nanopartículas de pico acortado produjo una respuesta neutralizante significativamente mayor que el pico de unión o las vacunas de pico completo (sin nanopartículas). Después de una segunda dosis, los ratones que habían recibido la vacuna de nanopartículas de pico acortado tenían los niveles más altos de anticuerpos neutralizantes.
Mirando hacia atrás en este proyecto, Powell estima que el tiempo desde el inicio hasta los primeros estudios con ratones fue de aproximadamente cuatro semanas. "Todos tenían mucho tiempo y energía para dedicar al mismo problema científico", dijo. "Es un escenario único. Realmente no espero volver a encontrarme con eso en mi carrera".
"Lo que sucedió el año pasado es realmente fantástico, en términos de que la ciencia se destaque y sea capaz de producir múltiples vacunas diferentes que parecen estar demostrando eficacia contra este virus", dijo Kim, quien es el autor principal del artículo. "Normalmente se necesita una década para hacer una vacuna, si es que tiene éxito. Esto no tiene precedentes".
ACCESO A VACUNAS
Aunque la nueva vacuna del equipo está destinada específicamente a poblaciones que pueden tener más dificultades para acceder a otras vacunas contra el SARS-CoV-2, es posible, dado el rápido progreso de otras vacunas candidatas, que no sea necesaria para abordar la pandemia actual. En ese caso, los investigadores están preparados para volver a girar y buscar una vacuna contra el coronavirus más universal para inmunizar contra el SARS-CoV-1, MERS, SARS-CoV-2 y futuros coronavirus que aún no se conocen.
"Las vacunas son uno de los logros más importantes de la investigación biomédica. Son una forma increíblemente rentable de proteger a las personas contra las enfermedades y salvar vidas", dijo Kim. "Esta vacuna contra el coronavirus es parte del trabajo que ya estamos haciendo, desarrollando vacunas que históricamente son difíciles o imposibles de desarrollar, como una vacuna contra el VIH, y me alegra que estemos en una situación en la que potencialmente podríamos aportar algo. si el mundo lo necesita".