Virale eiwitten worden toegediend als antigeen in de vorm van een vaccin en het immuunsysteem van het lichaam vormt antilichamen tegen het gegeven antigeen en biedt zo bescherming tegen elke toekomstige infectie. Interessant is dat dit de eerste keer in de menselijke geschiedenis is dat het corresponderende mRNA zelf wordt gegeven in de vorm van een vaccin dat de celmachinerie gebruikt voor expressie/vertaling van het antigeen/eiwit. Dit verandert cellen van het lichaam effectief in fabrieken voor het produceren van antigeen, wat op zijn beurt zorgt voor actieve immuniteit door het genereren van antilichamen. Deze mRNA-vaccins zijn veilig en effectief gebleken in klinische proeven bij mensen. En nu wordt het COVID-19 mRNA-vaccin BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) volgens het protocol aan de mensen toegediend. Als het eerste naar behoren goedgekeurde mRNA-vaccin is dit een mijlpaal in de wetenschap die een nieuw tijdperk heeft ingeluid op het gebied van medicijnen en medicijnafgifte. Dit zou binnenkort de toepassing van de mRNA-technologie voor de behandeling van kanker, een reeks vaccins voor andere ziekten kunnen betekenen, en dus mogelijk de praktijk van de geneeskunde veranderen en de farmaceutische industrie in de toekomst helemaal vormgeven.
Als een eiwit in een cel nodig is voor de behandeling van een zieke aandoening of om als antigeen te fungeren voor de ontwikkeling van actieve immuniteit, moet dat eiwit veilig in intacte vorm in de cel worden afgeleverd. Dit is nog een hele opgave. Kan het eiwit rechtstreeks in de cel tot expressie worden gebracht door het overeenkomstige nucleïnezuur (DNA of RNA) te injecteren, dat vervolgens de cellulaire machinerie gebruikt voor expressie?
Een groep onderzoekers kwam op het idee van een door nucleïnezuur gecodeerd medicijn en toonde in 1990 voor het eerst aan dat directe injectie van mRNA in muizenspier leidde tot expressie van gecodeerd eiwit in de spiercellen(1). Dit opende de mogelijkheid van op genen gebaseerde therapieën, evenals op genen gebaseerde vaccins. Deze ontwikkeling werd beschouwd als een disruptieve technologie waaraan toekomstige vaccintechnologieën zullen worden afgemeten (2).
Het denkproces verschoof al snel van 'gene-based' naar 'mRNA-based' informatieoverdracht omdat mRNA verschillende voordelen bood ten opzichte van DNA aangezien mRNA niet integreert in het genoom (vandaar geen nadelige genomische integratie) en ook niet repliceert. Het heeft alleen elementen die direct nodig zijn voor de expressie van eiwit. Recombinatie tussen enkelstrengs RNA is zeldzaam. Bovendien valt het binnen enkele dagen uiteen in de cellen. Deze kenmerken maken mRNA geschikter als een veilige en tijdelijke informatiedragende molecule om als vector te fungeren voor op genen gebaseerde vaccinontwikkeling (3). Met technologische vooruitgang, met name met betrekking tot de synthese van gemanipuleerde mRNA's met de juiste codes die in de cellen kunnen worden afgeleverd voor eiwitexpressie, werd het toepassingsgebied verder verbreed van vaccins tot therapeutische medicijnen. Het gebruik van mRNA begon aandacht te krijgen als een medicijnklasse met mogelijke toepassing op het gebied van kankerimmunotherapieën, vaccins tegen infectieziekten, op mRNA gebaseerde inductie van pluripotente stamcellen, mRNA-geassisteerde levering van designernucleasen voor genoomengineering enz. (4).
Opkomst van op mRNA gebaseerde vaccins en therapieën werden verder aangevuld door resultaten van preklinische onderzoeken. Deze vaccins bleken een krachtige immuunrespons op te wekken tegen doelwitten van infectieziekten in diermodellen van het influenzavirus, het zikavirus, het rabiësvirus en andere. Er zijn ook veelbelovende resultaten geboekt door mRNA te gebruiken in klinische onderzoeken naar kanker (5). De industrieën realiseerden zich het commerciële potentieel van de technologie en deden enorme R&D-investeringen in op mRNA gebaseerde vaccins en medicijnen. Zo heeft Moderna Inc. tot 2018 mogelijk al meer dan een miljard dollar geïnvesteerd, terwijl het nog jaren verwijderd is van enig op de markt gebracht product (6). Ondanks gezamenlijke inspanningen voor het gebruik van mRNA als therapeutische modaliteit in vaccins voor infectieziekten, kankerimmunotherapieën, behandeling van genetische ziekten en eiwitvervangingstherapieën, is de toepassing van mRNA-technologie beperkt vanwege de instabiliteit en de neiging tot afbraak door nucleasen. Chemische modificatie van mRNA hielp een beetje, maar intracellulaire levering bleef nog steeds een hindernis, hoewel op lipiden gebaseerde nanodeeltjes worden gebruikt om mRNA af te leveren (7).
Echte stuwkracht voor de vooruitgang van mRNA-technologie voor therapieën kwam, dankzij de ongelukkige situatie gepresenteerd door de wereldwijde Covid-19 pandemie. De ontwikkeling van een veilig en effectief vaccin tegen SARS-CoV-2 werd voor iedereen de hoogste prioriteit. Er is een grootschalige, multicentrische klinische studie uitgevoerd om de veiligheid en effectiviteit van het COVID-19-mRNA-vaccin BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) vast te stellen. De proef begon op 10 januari 2020. Na ongeveer elf maanden van rigoureus werk, bewezen de gegevens van de klinische studie dat COVID-19 te voorkomen is door vaccinatie met BNT162b2. Dit leverde een proof of concept op dat een op mRNA gebaseerd vaccin bescherming kan bieden tegen infecties. De ongekende uitdaging die de pandemie met zich meebrengt, heeft geholpen om te bewijzen dat een op mRNA gebaseerd vaccin in hoog tempo kan worden ontwikkeld, als er voldoende middelen beschikbaar worden gesteld (8). Moderna's mRNA-vaccin kreeg vorige maand ook toestemming voor gebruik in noodgevallen door de FDA.
Zowel de COVID-19 mRNA-vaccins dat wil zeggen, BNT162b2 van Pfizer/BioNTech en Moderna's mRNA-1273 wordt nu gebruikt om mensen te vaccineren volgens de nationale protocollen voor toediening van vaccin (9).
Het succes van twee Covid-19 mRNA (BNT162b2 van Pfizer/BioNTech en Moderna's mRNA-1273) vaccins in klinische proeven en de daaropvolgende goedkeuring voor gebruik is een mijlpaal in wetenschap en geneeskunde. Dit is een tot nu toe onbewezen medische technologie met een hoog potentieel die de wetenschappelijke gemeenschap en de farmaceutische industrie al bijna drie decennia nastreven (10).
Het nieuwe enthousiasme na dit succes zal ongetwijfeld energie verzamelen na de pandemie en mRNA-therapie zou verder een ontwrichtende technologie blijken te zijn die een nieuw tijdperk in de geneeskunde en de wetenschap van medicijnafgifte inluidt.
***
Referenties
- Wolff, JA et al., 1990. Directe genoverdracht in muizenspier in vivo. Wetenschap 247, 1465-1468 (1990). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1690918
- Kaslow DC. Een potentieel disruptieve technologie bij de ontwikkeling van vaccins: op genen gebaseerde vaccins en hun toepassing op infectieziekten. Trans R Soc Trop Med Hyg 2004; 98:593 – 601; http://dx.doi.org/10.1016/j.trstmh.2004.03.007
- Schlake, T., Thess A., et al., 2012. Ontwikkeling van mRNA-vaccintechnologieën. RNA-biologie. 2012 november 1; 9(11): 1319 1330. DOI: https://doi.org/10.4161/rna.22269
- Sahin, U., Karikó, K. & Türeci, . op mRNA gebaseerde therapieën - ontwikkeling van een nieuwe klasse geneesmiddelen. Nature Review Drug Discovery 13, 759-780 (2014). DOI: https://doi.org/10.1038/nrd4278
- Pardi, N., Hogan, M., Porter, F. et al., 2018. mRNA-vaccins - een nieuw tijdperk in de vaccinologie. Nature Review Drug Discovery 17, 261-279 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243
- Cross R., 2018. Kan mRNA de geneesmiddelenindustrie verstoren? Gepubliceerd op 3 september 2018. Chemical & Engineering News Volume 96, Issue 35 Online beschikbaar op https://cen.acs.org/business/start-ups/mRNA-disrupt-drug-industry/96/i35 Geraadpleegd op 27 december 2020.
- Wadhwa A., Aljabbari A., et al., 2020. Kansen en uitdagingen bij de levering van op mRNA gebaseerde vaccins. Gepubliceerd: 28 januari 2020. Farmaceutica 2020, 12(2), 102; DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12020102
- Polack F., Thomas S., et al., 2020. Veiligheid en werkzaamheid van het BNT162b2-mRNA Covid-19-vaccin. The New England Journal of Medicine. Gepubliceerd op 10 december 2020. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577
- Volksgezondheid Engeland, 2020. Richtlijn - Nationaal protocol voor COVID-19 mRNA-vaccin BNT162b2 (Pfizer/BioNTech). Gepubliceerd op 18 december 2020. Laatst bijgewerkt op 22 december 2020. Online beschikbaar op https://www.gov.uk/government/publications/national-protocol-for-covid-19-mrna-vaccine-bnt162b2-pfizerbiontech Geraadpleegd op 28 december 2020.
- Servick K., 2020. De volgende uitdaging van mRNA: zal het werken als een medicijn? Wetenschap. Gepubliceerd 18 december 2020: Vol. 370, uitgave 6523, blz. 1388-1389. DOI: https://doi.org/10.1126/science.370.6523.1388 Online beschikbaar op https://science.sciencemag.org/content/370/6523/1388/tab-article-info
***
