Mientras celebramos el 70 aniversario del descubrimiento de la estructura del ADN, las vacunas de ácido nucleico (ADN y ARN) son de crucial importancia hoy en día, especialmente desde la pandemia de Covid-19. ¿Qué son estas vacunas y cómo funcionan?
Si la vacuna contra el coronavirus SARS-CoV-2 de Pfizer recibe la aprobación de comercialización, podría convertirse en la primera vacuna de ARN que se utilizará en la salud humana.
Justin Sullivan/AFP
Vacunas de ácido nucleico, un nuevo enfoque vacunal
Para entender en qué se diferencian las vacunas de ácido nucleico de las vacunas convencionales, debemos volver al principio de la vacunación (La vacunación es un proceso que consiste en introducir un agente externo (el…) preventivo.
Este enfoque consiste en inyectar al cuerpo dosis bajas de un patógeno (virus o bacteria) o fragmentos de un patógeno, para exponer el sistema inmunitario (el sistema inmunitario de un organismo es un conjunto coordinado de elementos de…) y prepararlo para contrarrestar futuros ataques
Todas las vacunas actuales se basan en este principio, ya sean vacunas atenuadas (que contienen un patógeno vivo cuya virulencia (Virulencia designa el carácter patógeno, nocivo y violento de un microorganismo…) ha sido disminuida), vacunas inactivadas (basadas en sobre agentes patógenos enteros muertos), vacunas de «subunidades» (basadas en el uso de fragmentos de agentes patógenos purificados) o vacunas resultantes de ingeniería genética (La ingeniería genética (o ingeniería genética) es un conjunto de…) (el fragmento del agente infeccioso utilizado es producido por células cultivadas en el laboratorio y ya no por microbios purificados).
En el caso de las vacunas de ADN y ARN, el principio es fundamentalmente diferente: consiste en producir fragmentos de agentes infecciosos capaces de estimular la respuesta inmunitaria directamente en las células del paciente.
¿Cómo funcionan las vacunas de ácido nucleico?
Si el ADN, el portador de la información genética (Genética (del griego genno γεννώ = dar a luz) es…), es una molécula (Una molécula es un conjunto químico eléctricamente neutro de al menos dos átomos, que…) que ahora es bastante familiar, el ARN es menos conocido.
Químicamente cercano al ADN, pero menos estable, el ARN desempeña varias funciones en nuestras células, pero en particular es un intermediario esencial en la producción de proteínas.
Esquemáticamente: la fabricación de una proteína comienza en el núcleo de la célula, donde se encuentra el ADN. Primero, la porción de la molécula de ADN correspondiente a la proteína a producir se copia en forma de ARN. Esta molécula de ARN sale luego del núcleo: pasa al citoplasma de la célula, donde será utilizada como «guía de ensamblaje» de la proteína.
ADN, ARN, genes, proteínas… Algunos recordatorios básicos sobre cómo funciona nuestro genoma.
En el caso de las vacunas de ADN o ARN, la idea es inyectar al paciente moléculas de ADN o ARN correspondientes a las proteínas del patógeno contra el que se desea inmunizarlo. Estas proteínas se eligen en función de su capacidad para provocar una respuesta inmunitaria o «inmunogenicidad». Tras la inyección del correspondiente ADN (o ARN), las propias células del individuo a vacunar fabricarán dichas proteínas.
La vacuna de Pfizer y BioNtech utiliza un ARN mensajero que codifica la proteína Spike del coronavirus SARS-CoV-2 (glucoproteína de pico de prefusión – P2 S), la «llave» que utiliza para ingresar a las células que infecta.
Las ventajas de las vacunas de ADN o ARN
Más fáciles de fabricar, gracias a un método de producción estandarizado, económicas, extremadamente bien definidas desde el punto de vista molecular, las vacunas de ADN y ARN tienen un potencial de desarrollo muy importante y podrían proteger tanto contra enfermedades infecciosas (vacunas profilácticas) como contra patologías del cáncer (vacunas terapéuticas). vacunas).
También están mejor controladas que las vacunas «tradicionales», porque no utilizan virus completos como en las vacunas derivadas de virus vivos atenuados, inactivados o recombinantes, ni adyuvantes, sino simplemente una molécula de ácidos nucleicos (ADN o ARN).
Comparación entre una sola hebra de ARN (izquierda) y una doble hélice de ADN (derecha), con las correspondencias de Nucleótidos (y bases nitrogenadas).
Sponk / Wikimedia Commons, CC BY-SA
Las vacunas que contienen ADN en forma de doble hélice (hélice formada por dos hebras) pueden ser estables a temperatura ambiente (esta molécula es tan resistente que puede fechar objetos muy antiguos como momias), y por tanto no requieren respetando cualquier cadena de frío.
No ocurre lo mismo con las vacunas basadas en ARN mensajeros: su estructura, formada por una sola hebra, es sensible a las enzimas que cortan el ARN (llamadas «ARNasas»). Esta es la razón por la cual estas vacunas se almacenan a -70°C, para evitar cualquier degradación enzimática.
Dado que la vacuna de Pfizer y BioNtech entra en esta categoría, algunos observadores han señalado el desafío logístico de distribuirla.
¿Cómo llegar allá?
Las células eucariotas (las de todos los seres vivos excepto las bacterias y las arqueobacterias) contienen un núcleo que contiene su ADN, la molécula de soporte del gen. Para hacer una proteína, su gen se copia en ARN en el núcleo. El ARN luego pasa al citoplasma donde servirá como una «guía de ensamblaje».
Wikimedia Commons/Phil Schatz (adaptación), CC BY
Este nuevo método de vacunación será mucho más reactivo para producir vacunas con extrema rapidez, lo que permitirá responder a amenazas de infecciones vinculadas a nuevos agentes infecciosos, o proponer nuevos métodos de tratamiento del cáncer. Estas ventajas explican el auge de la investigación sobre este nuevo tipo de vacunación en los últimos treinta años, y permiten considerar a las vacunas de ADN y ARN como las «vacunas del futuro».
Sin embargo, siguen existiendo dificultades para garantizar plenamente la eficacia de las vacunas de ácido nucleico. Uno de los principales obstáculos consiste en lograr llevar las moléculas de ADN o ARN al lugar correcto de la célula: en el núcleo para el primero y en el citoplasma para el segundo. Esto requiere atravesar las membranas celulares, una de cuyas funciones es precisamente la de servir de barrera a los invasores, y evitar la degradación por parte de las enzimas celulares.
Para lograr esto, varias soluciones son posibles. Puede usarse un virus modificado para que sirva como «medio de transporte» para el ácido nucleico que se desea introducir en las células. Otro enfoque es fabricar desde cero una envoltura artificial, una especie de virus sintético. Esta es la vía elegida por Pfizer y BioNtech, que utilizaron partículas de nanolípidos para transportar el ARN de la vacuna.
Nuestro equipo ha desarrollado unos vehículos especiales, llamados Nanotaxi®. Basados en polímeros en forma de estrella o lípidos derivados de azúcares naturales, pueden atravesar directamente la membrana llevando consigo el ADN o el ARN destinados a la vacunación, o ingresar a la célula por las vías que utilizan naturalmente las sustancias «permitidas» para ingresar.
Estos dos modos de entrada en la célula jugarán un papel decisivo en la activación del sistema inmunitario. De hecho, alertarán al sistema de vigilancia de la célula, desencadenando la producción de moléculas involucradas en la respuesta inmune. Estos contribuirán al aumento de la inmunogenicidad y, por tanto, a la eficacia de la vacuna de ADN o ARN.
¿Hacia nuevas vacunas utilizadas en salud humana?
Las vacunas de ácido nucleico ya han sido objeto de numerosos estudios preclínicos y clínicos contra diversas dianas, en el campo de las enfermedades infecciosas y la oncología. Todos estos ensayos han demostrado la perfecta tolerancia de este tipo de vacunas.
Antes del inicio de la pandemia de Covid-19, cuatro vacunas de ADN ya habían recibido las autorizaciones regulatorias necesarias para su uso en animales. Se utilizan, por ejemplo, para proteger el salmón de piscifactoría contra la necrosis hematopoyética infecciosa y contra la enfermedad pancreática, los pollos contra la gripe aviar (la gripe aviar se refiere a las diferentes formas del virus de la gripe que infecta a los pollos…), o para tratar a los perros que sufren de melanoma bucal.
Pero estos prometedores resultados obtenidos en animales aún no se habían reproducido en humanos: la inmunogenicidad de estas vacunas seguía siendo insuficiente para brindar protección a los pacientes contra los patógenos objetivo. La autorización de comercialización todavía parecía estar muy lejos.
Ahora, con la administración de la vacuna de Pfizer, los resultados por venir podrían cambiar las reglas del juego y acelerar la investigación sobre vacunas de ácido nucleico. El futuro (cercano) lo dirá.
¿Te ha gustado este artículo? ¿Quieres apoyarnos? Compártelo en las redes sociales con tus amigos y/o coméntalo, ¡esto nos animará a publicar más temas similares!