W wyniku dużego rozproszenia prac oraz zaangażowania różnych producentów powstały produkty wykorzystujące odmienne konstrukcje. W oparciu o nie możemy podzielić szczepionki przeciwko COVID-19 na trzy rodzaje różniące się nie tylko budową, ale także procesem powstawania, warunkami przechowywania oraz skutecznością. (czytaj więcej: Szczepionka na COVID-19. Dlaczego warto?)

Szczepionki mRNA — innowacja w zapobieganiu COVID-19?

Jest to najnowsza generacja szczepionek, która zapewnia łatwość projektowania, szybki czas produkcji, wysoki profil bezpieczeństwa oraz dużą immunogenność. Są to szczepionki syntetyczne, których produkcja nie wymaga pracy z czynnikiem zakaźnym, czyli wirusem. Zamiast poddawać go procesowi atenuacji lub inaktywacji potrzebny jest tylko fragment jego informacji genetycznej. To znacznie upraszcza cały proces produkcji i pozwala na skrócenie czasu potrzebnego do stworzenia szczepionki. Co istotne, przy ich produkcji używa się systemów bezkomórkowych, co pozwala wyeliminować ryzyko skażenia żywymi drobnoustrojami.

Pierwsze badania nad wykorzystywaniem mRNA do transferu informacji genetycznej prowadzono już na początku lat 90. XX wieku. Tę technologię wykorzystywano w badaniach nad szczepionkami przeciw wirusowi CMV, Zika, grypie czy wściekliźnie. Ponadto z powodzeniem wykorzystywana jest przy opracowywaniu szczepionek przeciwnowotworowych i w działaniach terapeutycznych [1].

Pfizer/BioNTech, Moderna oraz Curevac

Szczepionki mRNA firm: Pfizer/BioNTech, Moderna oraz Curevac zawierają matrycowy kwas rybonukleinowy, kodujący białko S wirusa, zamknięty w nanocząsteczkach lipidowych. Białko S jest białkiem fuzyjnym zlokalizowanym na powierzchni wironu. Składa się z podjednostki S1, odpowiedzialnej za wiązanie z receptorem ACE2, oraz podjednostki S2, która umożliwiają połączenie z błoną komórki ludzkiej. Białko S stanowi głównym antygen indukujący odpowiedź immunologiczną organizmu [2]. Kapsułka lipidowa otaczająca mRNA zapewnia funkcję ochronną i transportową. Po wstrzyknięciu do organizmu pokonuje ona błonę komórkową, przedostając się do znajdujących w komórce gospodarza rybosomów, gdzie na podstawie dostarczonego mRNA syntetyzowane jest białko S wirusa SARS-CoV-2 [3].

Nowo powstałe białko pobudza odporność humoralną oraz komórkową, w wyniku których dochodzi do wytwarzania przeciwciał neutralizujących i limfocytów T. Zawarty w szczepionce mRNA nie ma zdolności do samokopiowania, nie przenika również do jądra komórkowego oraz nie ulega odwrotnej transkrypcji do DNA. Po ograniczonych obecnością adenozyn cyklach translacji mRNA ulega degradacji. Z racji, iż nie mamy do czynienia z całym wirusem, a jedynie jego fragmentem, nie ma także zagrożenia w postaci wywołania choroby [2].

Skuteczność i przechowywanie

Szczepionki firmy Pfizer/BioNTech oraz Moderna posiadają skuteczność na poziomie 95% [4]. W przypadku preparatu firmy CureVac parametr ten jest jeszcze na etapie testowania, gdyż nie ukończono trzeciego etapu badań klinicznych.

Kolejną różnicą jest sposób przechowywania. Produkt Pfizer/BioNTech w temperaturze od -90 do -60ºC zachowuje swoje właściwości przez sześć miesięcy. Po rozmrożeniu można go przechowywać przez maksymalnie pięć dni w temperaturze od 2 do 8ºC, a w temperaturze pokojowej nie dłużej niż 2 godziny [5]. Szczepionka firmy Moderna pozostaje stabilna przez sześć miesięcy w temperaturze -25ºC oraz do 30 dni w temperaturze 2-8ºC. Szczepionka CureVac może być przechowywana do trzech miesięcy w temperaturze 5ºC, a w temperaturze pokojowej jest zdatna do użytku przez 24 godziny [6]. W celu uzyskania pełnej odporności wszystkie trzy preparaty wymagają podania dwóch dawek. Dla produktu Pfizera jest to odstęp wynoszący 21 dni, a w przypadku Moderny — 28 dni.

Szczepionki Wektorowe

Szczepionki wektorowe opierają się na wykorzystaniu fragmentów innych wirusów do wywołania odpowiedzi immunologicznej. Główną zaletą stosowania wektorów wirusowych jest ich zdolność do wywołania silnej odpowiedzi immunologicznej, zarówno humoralnej jak i komórkowej [7] oraz wysokie bezpieczeństwo i skuteczność.

Szczepionka wektorowa została po raz pierwszy opracowana w 1972 roku [8]. Wektory adenowirusowe są najlepiej przebadanymi wektorami wirusowymi. Testuje się je m.in. w licznych badaniach klinicznych leków przeciwnowotworowych, jak również w szczepionkach. Preparaty wektorowe wykorzystują część wirusa, który zmodyfikowano tak, aby nie stanowił zagrożenia dla życia i nie był dodatkowo zakaźny. Za pomocą inaktywowanego adenowirusa do komórek organizmu wprowadzana jest sekwencja kodująca pełnej długości białko S wirusa SARS-CoV-2, poprzedzona sekwencją wiodącą tkankowego aktywatora plazminogenu [9]. Sekwencja tPA jest adjuwantem białkowym i pozwala na wydajną sekrecję powstającego antygenu na zewnątrz komórki, co zwiększa jego immunogenność [9-10]. Gdy komórki w ciele człowieka zaczynają wytwarzać białko S, uruchamia się odpowiedź immunologiczna [11-13]. Kod zawarty w szczepionce zawiera wyłącznie informacje potrzebne do wytworzenia pojedynczego białka. Tak, jak w przypadku szczepionek mRNA również nie powoduje choroby.

Szczepionka AstraZeneca

Szczepionka AstraZeneca składa się z szympansiego wektora adenowirusowego, który był wcześniej testowany w przypadku wirusa MERS-CoV [10,14,15]. Z jego genomu usunięto regiony E1 i E3, co pozwoliło na uzyskanie wirusa, który nie jest zdolny do replikacji i może pomieścić kasetę genową większych rozmiarów [16]. Powodem zastosowania adenowirusa pochodzenia zwierzęcego jest faktu, że u ludzi nie występuje naturalna odporność przeciwko temu wirusowi, co pozwala na ominięcie potencjalnie istniejącej odpowiedzi odpornościowej przeciwko samemu wektorowi [17,18]. W preparacie Janssen Pharmaceutica NV wykorzystuje się zmodyfikowaną cząsteczkę adenowirusa Ad26, natomiast w preparacie Sputnik V są dwa typy adenowirusa. W pierwszej dawce znajduję się patogen Ad5, a w drugiej Ad26 [19].

Skuteczność szczepionki AstraZeneca po podaniu obu dawek w odstępie sześciu tygodni wynosi 55% (czytaj także: Co wiadomo o szczepionce przeciwko COVID-19 firmy AstraZeneca?). Natomiast, gdy ten okres wydłuży się do trzech miesiący, skuteczność dochodzi do 82 %. Ponadto wykazano, że szczepionka o 67% zmniejsza transmisję koronawirusa [20]. Skuteczność szczepionki Sputnik V sięga ponad 91% [19]. Natomiast produkt Janssen Pharmaceutica NV, która jako jedyny wymaga podania jednej dawki, w zależności od obszaru geograficznego wynosiła 57- 72%. Szczepionki wektorowe mogą być przechowywany w temperaturze 2-8ºC od trzech do nawet sześć miesięcy, a w -20ºC nawet do dwóch lat [21].

Szczepionki podjednostkowe

Ostatnim rodzajem szczepionek przeciwko COVID-19 są szczepionki podjednostkowe typu „subunit”. W ich składzie znajdują się oczyszczone i wysoce immunogenne białka wirusowe. Trafiają one do komórek prezentujących antygen, a następnie tworzą specyficzną odpowiedź układu immunologicznego. Charakteryzują się większą jednorodnością i powtarzalnością niż szczepionki, które zawierają całe drobnoustroje. Ponadto powodują też mniej działań niepożądanych, jednakże mogą wykazywać mniejszą immunogenność niż wcześniej omawiane preparaty. Technologia, na której się opierają, jest powszechnie znana i stosowana od lat w szczepionkach przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B, krztuścowi czy w niektórych na grypę [22].

Po podaniu białek wirusowych do organizmu człowieka dostają się one do komórek prezentujących antygen. Dzięki temu wytwarza się specyficzna odpowiedź immunologiczna skierowana przeciwko związanym z białkiem antygenom. Tego typu preparatami są produkty firmy Sanofi-GSK oraz Novavax.

Z powodu mniej obiecujących wyników niż tych, których oczekiwano po pierwszych badaniach klinicznych, w celu poprawy odpowiedzi immunologicznej rejestrację szczepionki Sanofi i GSK opóźniono. Przewiduje się, że będzie gotowa nie wcześniej niż pod koniec 2021 roku. W przypadku preparatu Novavax udało się potwierdzić skuteczność na poziomie 89% [23]. Produkt ten wymaga podania dwóch dawek w odstępie trzech tygodni, natomiast przechowywać go będzie można w temperaturze 2-8ºC (czytaj więcej: Szczepionki na COVID-19 w pigułce).