"Proveeremos para todos": Rusia trabaja en una tecnología revolucionaria

Un virus con una molécula de ARN en su interior.

Tatiana Pichúguina (RIA Nóvosti)

Traducción y adaptación Hernando Kleimans

 

MOSCÚ, 11 de octubre - RIA Nóvosti, Tatiana Pichúguina. Al comienzo de la pandemia, varios grupos científicos en Rusia a la vez anunciaron el trabajo en vacunas de ARNm para el coronavirus SARS-CoV-2, que todavía no se han creado. Mientras tanto, la idea no se olvidó, se está implementando en los centros científicos de Academgorodok, la ciudad científica de Novosibirsk y en el polo científico de Koltsovo, ambos siberianos. Los científicos quieren obtener una tecnología universal que pueda ponerse a disposición en caso de emergencia en tan solo unas semanas.

 

Una vacuna portadora de instrucciones

Durante la pandemia de COVID-19, muchos descubrimientos científicos se pusieron en práctica desde los laboratorios, esperando las próximas décadas. El ejemplo más llamativo son las tecnologías basadas en un vector viral y ARNm, que sirvieron para crear una nueva generación de vacunas.

En Rusia, el fármaco vector "Sputnik V" del Centro “Gamaleia” se usa ampliamente: esta es la primera vacuna registrada en el mundo contra el agente causante de COVID-19. En los Estados Unidos, las vacunas de ARNm de Pfizer y Moderna son líderes. En términos de eficiencia y seguridad, son comparables a los vectoriales.

El ARN es una molécula natural, una de las tres moléculas formadoras de vida junto con el ADN y las proteínas. Se encuentra en todas las formas de vida celular y en los agentes extracelulares como los virus. El ARN, como el ADN, codifica información sobre la síntesis de proteínas, es una matriz para su producción y realiza diversas tareas reguladoras del organismo.

Muchos virus usan ARN para transmitir información hereditaria, como el coronavirus SARS-CoV-2, el agente causante del COVID-19. Su genoma es una molécula de ARN recubierta de proteína, plegada y colocada en una cápsula lipídica (cápside). En su superficie hay proteínas de pico. Con su ayuda, el virus penetra en la membrana de una célula humana y atrae sus recursos para la replicación. Nuestro cuerpo reconoce las proteínas de pico como un enemigo y, en respuesta, construye una defensa de anticuerpos.

En este caso, la vacuna de ARNm imita en parte el comportamiento del virus. Sólo que en lugar de una partícula viral completa, un fragmento de ARN ingresa a la célula, el que transporta información sobre la proteína de pico. Este fragmento sirve como una especie de matriz de síntesis. De ahí el nombre - matriz, o mRNA para abreviar.



Del experimento a la tecnología

En noviembre de 2020, el grupo de investigación de Larisa Karpenko del Centro de Investigación Estatal "Véktor" (también en Siberia) publicó una revisión de las vacunas de ARNm contra el coronavirus. Los autores observaron que se habían desarrollado vacunas candidatas contra varios cánceres y virus utilizando esta tecnología antes de la pandemia. Un pequeño número, principalmente contra el VIH, se ha probado en humanos, pero ninguno ha entrado en la práctica. Las preparaciones basadas en ARNm se consideran más seguras: no se integran en el genoma, no introducen mutaciones en él y se degradan rápidamente en la célula. Además son más eficaces, ya que inducen dos tipos de inmunidad, anticuerpos y células T.

Las vacunas de ARNm son más fáciles y baratas de producir que, por ejemplo, las vacunas inactivadas, que requieren un virus real y condiciones de trabajo adecuadas. Dos días después de la publicación del genoma completo del nuevo coronavirus, Moderna tenía un plan sobre cómo desarrollar una vacuna de ARNm. El primer lote se lanzó 42 días después, las pruebas comenzaron en marzo de 2020. Pero lo principal era que había una tecnología lista para usar.

“Cuando comenzó la pandemia, literalmente en cuestión de meses aparecieron en el mercado ruso decenas de sistemas de pruebas nacionales para identificar el agente causante del COVID-19 y los anticuerpos contra él. Estaba la base: de esto se ocupaban los centros científicos, las empresas producían reagentes y equipos”, relata Grigorii Stepánov, jefe del Laboratorio de Edición Genómica del Instituto de Biología Química y Medicina Fundamental, de la filial siberiana de la Academia de Ciencias rusa.

Por la misma razón, se desarrolló rápidamente una vacuna en el Centro “Gamaleia”: hubo un buen comienzo, una plataforma basada en vectores de adenovirus probada contra el ébola. Todo lo que quedaba era reemplazar la región codificante del genoma del antígeno, una proteína que induce una respuesta inmune.

Pero no existe una plataforma tecnológica para la síntesis de ARNm en Rusia. Tiene que ser creada.

"Los virólogos se acercaron a nosotros con una solicitud para ayudar a sintetizar la estructura correcta del ARNm y realizar una investigación conjunta. Asumimos esta tarea, porque la química de los ácidos nucleicos es nuestro perfil", dice el científico.

Una plataforma tecnológica para ARNm es un conjunto de herramientas para la síntesis de una molécula, un medio para entregarlo en una célula, condiciones, especialistas, locales para la producción.

"Tenemos especialistas, creamos herramientas", enumera Stepánov. "Estamos desarrollando toda la base tecnológica y estamos dispuestos a proporcionar a todos las materias primas necesarias".

Según él, la vacuna de ARNm ha funcionado muy bien, por lo tanto, se espera que esta tecnología aumente en el mundo: se utilizará para otras vacunas y terapia génica. "Este es un gran avance en el que hay que integrarse desde el principio y tomar una posición de liderazgo", señala el investigador.


Grigory Stepanov, Jefe del Laboratorio de Edición Genómica


Cubos para la síntesis, envoltura para el ARN

"El ARNm es un polímero que consta de cubos individuales: monómeros. Se necesitan como componentes iniciales para la síntesis de ARNm de alta calidad, sin importar si se trata de una vacuna contra infecciones o cáncer. La segunda dirección es aún más prometedora", continúa Stepánov.

Los monómeros en el ARN son nucleótidos, es decir, compuestos de azúcares con bases nitrogenadas. Nuestras células sintetizan constantemente ARN a partir de nucleótidos utilizando una enzima polimerasa, que lee la secuencia deseada del ADN.

Los nucleótidos para el ARN se obtienen por métodos químicos o biotecnológicos y se sintetizan en reactores químicos. En Rusia todavía no se producen todos los nucleótidos necesarios, algunos se compran en el extranjero. Por tanto, la tarea de establecer una producción propia es muy urgente. Las empresas de la Academgorodok siberiana están preparadas para afrontar esta encomienda.

Las enzimas (catalizadores biológicos) para la síntesis de ARN se obtienen por métodos biotecnológicos. Esta tecnología está a buen nivel en Rusia.

Con todos los "cubos" y enzimas disponibles, es fácil y económico sintetizar el ARNm de la secuencia deseada. Sin embargo, esta molécula es muy delicada, lo que es bien conocido por todos los que trabajan con ella. Si se la inyecta "desnuda" en un músculo, se colapsa muy rápidamente, sin alcanzar el objetivo. Los científicos tardaron décadas en descubrir cómo mejorar (modificar) el ARNm, pero las soluciones existentes no son perfectas.

"Es necesario asegurarse de que cuando se inyecta el ARNm, no colapse de inmediato e ingrese a las células del tipo requerido y se despliegue allí para que la defensa de la célula no lo confunda con un enemigo y no lo destruya. Luego, el ARNm en el citoplasma sintetiza la proteína que necesitamos”, explica el investigador.

La entrega de ARNm a la célula es un problema especial que no se ha resuelto por completo. Los mecanismos de protección no dejan entrar nada extraño. Se necesita algún tipo de vehículo de entrega que engañe al guardia intracelular. Se prueban varios polímeros naturales, nanopartículas inorgánicas para este cometido, pero es difícil calcular las consecuencias de su presencia en el cuerpo.

“El portador de ARNm debe ser lo más seguro posible, degradarse cuanto antes en la célula y los productos de descomposición deben excretarse con rapidez”, señala Stepánov.

Ahora la ventaja está dada a los liposomas, de hecho, nanogotas de grasa. Están cargados positivamente y el ARNm es negativo, por lo que los liposomas encierran la molécula por todos lados. Sin embargo, de la misma forma, pueden interactuar con proteínas y ácidos nucleicos dentro de la célula y el cuerpo, lo que provoca efectos secundarios no deseados.

Los liposomas pueden modificarse, pero esto aumenta drásticamente el costo de producción y también deben almacenarse a temperaturas muy bajas, lo que dificulta la logística en caso de uso masivo. “Véktor” usa su propio portador: una molécula compuesta de poliglucina con espermidina, desarrollada originalmente para administrar una vacuna de ADN en las células. Ambos componentes son de origen natural, seguros y se degradan bien. Los científicos ya han recibido resultados alentadores de experimentos en ratones.



Una molécula de ARNm en una envoltura conjugada de poliglucina-espermidina. La membrana protege simultáneamente el ARNm de la degradación y ayuda a penetrar en la membrana celular.


Puerta celular para vacunas

La entrega de ARNm a la célula es la mitad de la batalla. La molécula en sí debe ser correcta, de lo contrario, la defensa intracelular la reconocerá como enemiga y la destruirá. Para evitarlo, se modifica en la etapa de síntesis. En primer lugar, se inserta un monómero especial, que envía una señal a la célula: "Este ARNm es propio, omítalo, se puede transmitir (usar para síntesis)".

"Clasificamos diferentes monómeros, los insertamos en el ARNm y vemos cuáles dan el mejor efecto. En teoría, algunos son buenos, pero los revisamos en el laboratorio", dice Stepánov. En mayo, publicó un artículo conjunto con científicos de "Véktor" sobre la modificación de la vacuna de ARNm contra la gripe. El nucleótido natural pseudouridina mostró el mejor efecto. Ahora se utiliza en vacunas de este tipo.



Para una vacuna, el ARNm debe modificarse. En la etapa de síntesis, se añaden a la molécula el nucleótido pseudouridina natural y la estructura de la tapa terminal. La síntesis se realiza a partir de ADN monocatenario, que sirve como molde, a través de la enzima ARN polimerasa.

El segundo componente de la modificación es una estructura química especial al final del ARNm. "Antes de sintetizar la proteína deseada, el ARNm pasa por las etapas de maduración nuclear, como lo demuestra la estructura de la tapa (tapa de cinco barras). Permite que los instrumentos intracelulares transmitan la proteína del ARNm. Esto es lo que necesitamos. A continuación, los fragmentos de proteínas se presentan al sistema inmunológico para responder”, explica el científico.

Además de sintetizar el ARNm correcto y elegir un agente de administración, es necesario resolver una serie de otros problemas: asegurar una composición constante de la vacuna en cada dosis, seleccionar un modelo animal adecuado para la investigación.

Al mismo tiempo, el ARNm es una molécula muy inestable, reacciona a la más mínima contaminación. Para trabajar con él, necesita estándares de limpieza excepcionales y las empresas deben cumplir con las reglas GMP - Buenas prácticas de fabricación. Este es un requisito previo para el reconocimiento de productos farmacéuticos en la UE.

Los científicos no quieren apresurarse. Es mejor, apoyándose en la experiencia internacional y en la propia experiencia, preparar y probar todo. Luego el país tendrá una "plataforma de ARNm" en funcionamiento que se puede utilizar para crear diferentes vacunas. Incluidos los polivalentes, por ejemplo, de varias cepas de influenza y coronavirus a la vez, así como vacunas contra el cáncer y terapia génica.



CC BY 4.0 / A.A. Ilyichev, L.A. Orlova / Vavilov Journal of Genetics and Breeding /

La figura muestra lo que le sucede a una molécula de vacuna de ARNm cuando ingresa al cuerpo. En un caso (imagen de la izquierda: a) ingresa a la célula muscular, se divide en péptidos y se presenta al sistema inmunológico, en el segundo (b) penetra en células especiales que causan ambos tipos de respuesta inmune: anticuerpos y células T.

Diarios Argentinos