Non solo Covid: perché i vaccini a mRNA potrebbero essere una nuova arma contro il cancro e le infezioni virali

I vaccini a mRNA di Pfizer-BioNTech e di Moderna contro il Covid-19 sono stati i primi ad essere approvati per l’uso in Europa. Entrambi utilizzano una tecnologia innovativa frutto di studi iniziati già prima dell’inizio della pandemia. Le ricerche sono cominciate ben due decenni fa con l’obiettivo di trovare una cura per i tumori. Con la diffusione del Covid-19 a livello planetario, la ricerca su questa tecnologia si è intensificata grazie ai nuovi finanziamenti e ha portato, un anno fa, allo sviluppo di vaccini a mRNA contro il Sars-CoV-2 efficaci e sicuri. Questi vaccini contengono una sequenza di RNA (una molecola polimerica implicata in vari ruoli biologici di codifica, decodifica, regolazione ed espressione dei geni) sintetizzata in laboratorio che, una volta iniettata nell’organismo umano, istruisce le cellule su come produrre una proteina (la Spike, in questo caso) simile a quella contro cui si vuole stimolare la risposta immunitaria, quindi la produzione di anticorpi neutralizzanti. “I vaccini basati su questa tecnologia innovativa – spiega la Dott.ssa Veronica De Rosa, Ricercatrice del CNR di Napoli – presentano numerosi vantaggi: sono sicuri (poiché l’mRNA è una molecola non infettiva e non integrante nel genoma), sono efficaci (varie modifiche possono rendere l’mRNA più stabile e altamente traducibile) e la loro produzione è rapida ed economica, poichè è molto semplice il meccanismo molecolare utilizzato per generarli”. “Grazie alla loro efficacia e versatilità – continua la Ricercatrice -, i vaccini a mRNA stanno vivendo un’esplosione sia nell’ambito della ricerca di base che nella clinica”. Oltre a rappresentare una promettente strategia alternativa per il trattamento dei tumori maligni, in futuro potranno essere usati, come già hanno dimostrato molti studi recenti, anche per la protezione da un’ampia varietà di infezioni causate da patogeni, come i virus dell’influenza, il virus Ebola, lo Zika virus, lo Streptococcus e lo Toxoplasma gondii. Abbiamo approfondito l’argomento con la Dott.ssa Veronica De Rosa, Ricercatrice dell’Istituto di Endocrinologia ed Oncologia Sperimentale del CNR di Napoli, e componente della delegazione della Fondazione Italiana Sclerosi Multipla, per capire quali saranno gli sviluppi futuri di questa tecnologia.

Dott.ssa De Rosa, i vaccini anti-Covid a m-RNA, in uso attualmente nel nostro Paese, funzionano in maniera diversa rispetto a quelli tradizionali. Qual è il loro meccanismo di azione e cosa contengono?

“Rispetto ai vaccini tradizionali (costituiti da virus attenuati, inattivati e vettori virali), relativamente semplici da produrre, i vaccini a RNA messaggero (mRNA) sono definiti “di ultima generazione” perché hanno una diversa formulazione ed un meccanismo d’azione più innovativo. I vaccini tradizionali, rispetto a quelli di nuova generazione (vaccini a mRNA, plasmidi a DNA) inducono una lieve infezione che porta ad una forte risposta immunitaria (ad una maggiore reattogenicità) la cui memoria immunologica può durare per anni, ma hanno potenziali problemi di sicurezza: esistono, infatti, casi in cui i patogeni attenuati o inattivati possono riattivarsi quando inoculati in vivo e causare malattia. Ma torniamo all’mRNA: questo tipo di vaccino contiene una macromolecola a filamento singolo che corrisponde alla sequenza genetica di un DNA presente nei nuclei cellulari e viene letto da un ribosoma, e tradotto in proteine nel citoplasma. Più in dettaglio, il vaccino a mRNA BNT162b2 (di Pfizer/BioNTech) e quello mRNA-1273 (di Moderna) sono composti da un mRNA modificato in alcuni nucleosidi (le unità strutturali della molecola di mRNA), che codifica una forma mutata della proteina Spike del SARS-CoV-2. Tale mRNA è incapsulato in nanoparticelle lipidiche, che ne garantiscono la permeabilità attraverso la membrana cellulare (cioè l’ingresso nelle cellule bersaglio). Una volta entrata, la molecola di mRNA si libera nel citoplasma e sfrutta “l’apparato traduzionale” della cellula bersaglio per la sua trasformazione in proteina, la molecola biologicamente attiva. Questo è il processo attraverso cui, all’interno di ogni cellula, l’informazione genetica contenuta nel DNA (il codice) viene prima “trascritta” in mRNA (il messaggero) e poi “tradotta” in proteina (la molecola). La modifica dei nucleosidi selezionati consente, inoltre, di sopprimere al massimo le proprietà immunogeniche intrinseche dell’mRNA della Spike al fine di garantire una produzione proteica superiore. L’mRNA veicolato non entra nel nucleo cellulare né interagisce con il genoma; non è replicante e la sua espressione è transitoria, principalmente ad opera delle cellule dendritiche e dei macrofagi. La proteina spike del SARS-CoV-2, espressa e legata alla membrana, viene, quindi, riconosciuta dalle cellule immunitarie come antigene estraneo. Questo induce un’attivazione sia dei linfociti T che di quelli B che generano anticorpi neutralizzanti e una memoria immunologica, capaci di contribuire alla protezione contro il Covid-19”.

Come agiscono e cosa contengono, invece, i vaccini anti-Covid a vettore adenovirale? E in cosa si differenziano dai vaccini a mRNA?

“Nei vaccini anti-Covid a base di vettori virali (ChAdOx1 nCoV-19 (adenovirus di scimpanzè), Gam-COVID-Vac e Ad26.COV2.S (adenovirus umano)), l’antigene viene clonato (“inserito”) in un vettore virale che non ha la capacità di riprodursi. I vettori più comuni sono i lentivirus, gli adenovirus e i virus adeno-associati (AVV). Un vettore adenovirale è, quindi, un virus geneticamente modificato impossibilitato a riprodursi nel corpo umano. Contenendo il materiale genetico per la sintesi della proteina Spike, però, esso può stimolare le cellule a sintetizzare tale proteina che, venendo riconosciuta come molecola estranea, indurrà il sistema immunitario ad attivarsi e a produrre degli anticorpi che poi potranno riconoscere e attaccare il virus SARS-CoV-2 nel momento in cui dovesse infettare l’organismo. Il vettore virale imita la malattia data dall’infezione virale e, quindi, può produrre una risposta immunitaria più forte rispetto al vaccino ricombinante (a mRNA). Questi vaccini (a mRNA) non utilizzano virus o frammenti interi, attivi o inattivati, ma solo un piccolo segmento di DNA che contiene le istruzioni per produrre la proteina Spike (la produzione della proteina Spike estranea terminerà in breve tempo). Per indurre una risposta immunitaria antigene-specifica occorre l’attivazione del sistema immunitario innato, capace di rilevare l’antigene come corpo estraneo, processarlo e “presentarlo” ai linfociti che si attivano per generare una risposta immunitaria che porta all’eliminazione del patogeno e alla creazione di una memoria immunologica. Tuttavia, il vaccino a mRNA è spesso debolmente immunogenico e richiede la presenza di un adiuvante per aumentare l’immunogenicità. I vaccini a vettore adenovirale invece, non richiedono adiuvanti. Negli anni ’30, i sali di alluminio, noti come “allume”, sono stati i primi adiuvanti utilizzati nei vaccini umani commercializzati e sono tutt’oggi ancora utilizzati in circa l’80% dei vaccini”.

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Il livello di tollerabilità delle due famiglie di vaccini è lo stesso?

“Sì, studi clinici hanno dimostrato che la tollerabilità dele due categorie vaccinali è la stessa, così come gli effetti indesiderati quali dolore nel sito d’iniezione, prurito e arrossamento e non è stata identificata alcuna differenza significativa nella risoluzione delle reazioni avverse”.

Dopo quanto tempo dall’inoculazione del siero, si è protetti?

“Studi clinici sperimentali hanno dimostrato che la prima dose di vaccino a mRNA potrebbe offrire una buona protezione già dopo 12 giorni. Inoltre, una singola dose è già altamente efficace contro il ricovero in ospedale quattro settimane dopo la vaccinazione. Gli anticorpi possono essere riscontrati già dopo 14 gg dalla prima dose ed aumentano nelle settimane successive. Con la seconda dose il sistema immunitario si attiva molto più rapidamente. Entro una settimana dalla seconda dose, i livelli di anticorpi aumentano di oltre dieci volte, fornendo una protezione dalle infezioni molto più forte e duratura. Quindi, la prima dose di un vaccino anti-Covid attiva la risposta immunitaria, ma la seconda dose è essenziale per garantire che l’immunità sia forte, sebbene variabile da persona a persona, e più duratura. Più in dettaglio, i vaccini BNT162b2 (Pfizer/BioNTech) e mRNA-1273 (Moderna) hanno dimostrato alta efficacia negli studi clinici, come >90% protezione dalla malattia sintomatica dopo una singola dose, quando i livelli di NAbs (anticorpi neutralizzanti) sono <5% del picco raggiunto alla seconda dose. Entrambi i vaccini, dopo appena un dose, mostrano livelli di anticorpi equivalenti o superiore a quelli osservati in pazienti in convalescenza”.

La tecnologia a m-RNA non è nata con la pandemia da Covid-19. Per sviluppare vaccini a m-RNA efficaci ci sono voluti 20 anni di ricerca finalizzati alla lotta contro il cancro. Perché è così innovativa questa la tecnologia, e in che modo potrebbe rivoluzionare la cura non solo del cancro ma anche di altre malattie?

“I primi vaccini a mRNA hanno trovato impiego nella lotta al cancro, ma studi recenti hanno dimostrato la loro efficacia e versatilità per la protezione contro un’ampia varietà di infezioni causate da patogeni, inclusi virus dell’influenza, virus Ebola, Zika virus, Streptococcus e Toxoplasma gondii, prima che per il SARS-CoV-2. L’uso dei vaccini a mRNA ha diverse caratteristiche vantaggiose rispetto ai vettori virali, ai virus attenuati o inattivati e a quelli a base di DNA. Primo, la sicurezza: poiché l’mRNA è una molecola non infettiva e non integrante nel genoma, non c’è rischio di infezione o mutagenesi inserzionale (il termine con cui si indica l’alterazione della sequenza originale di DNA in seguito ad inserimento di una sequenza estranea). Inoltre, l’mRNA viene degradato dai normali processi cellulari e la sua emivita (il tempo che occorre perché la concentrazione di una sostanza farmacologica nel sangue) può essere regolata controllandone la formulazione e la via di somministrazione. In secondo luogo, l’efficacia: varie modifiche rendono l’mRNA più stabile e altamente traducibile. L’entrata nella cellula bersaglio può essere ottenuta inserendo l’mRNA in molecole di trasporto, consentendo un rapido assorbimento e la successiva espressione nel citoplasma cellulare. L’mRNA è poco immunogenico, pertanto l’immunità anti-vaccino è trascurabile e i vaccini a mRNA possono essere somministrati ripetutamente. Terzo, la produzione: i vaccini a mRNA hanno una produzione rapida ed economica, grazie alla semplicità del meccanismo molecolare utilizzato per generarli (reazioni di trascrizione in vitro). Attualmente, i vaccini a mRNA stanno vivendo un’esplosione sia nell’ambito della ricerca di base che nella clinica”.

Nell’ultimo anno le aziende leader nel settore della tecnologia a m-RNA hanno fatto grossi passi avanti, grazie anche ai finanziamenti e all’interesse generati dalla pandemia intorno a questa tecnologia. Possiamo essere ottimisti e pensare che, molto presto, guarire da molti tumori attraverso un vaccino non sarà più un sogno?

“I vaccini contro il cancro rappresentano una promettente strategia alternativa per il trattamento dei tumori maligni. Possono essere progettati per colpire antigeni (sostanza che, introdotta nel sangue o nei tessuti, provoca la formazione di anticorpi) associati al tumore che sono espressi preferenzialmente nelle cellule cancerose come, per esempio, fattori associati alla crescita o antigeni che sono unici per le cellule maligne a causa della mutazione somatica. Questi neoantigeni sono stati impiegati come bersagli del vaccino a mRNA negli esseri umani. La maggior parte dei vaccini contro il cancro sono terapeutici e non profilattici (preventivi), e cercano di stimolare le risposte immunitarie cellulo-mediate, come quelle dei CTL, che sono in grado di eliminare o ridurre il carico tumorale. I primi studi che proponevano di utilizzare i vaccini a mRNA contro il cancro sono stati pubblicati più di due decenni fa. Da allora, numerosi studi preclinici e clinici hanno dimostrato la fattibilità dei vaccini mRNA per combattere il cancro. La combinazione della vaccinazione con mRNA con terapie aggiuntive, come la chemioterapia tradizionale, radioterapia e gli inibitori dei checkpoint immunitari, ha aumentato l’esito positivo della vaccinazione in molti studi preclinici. Studi preclinici prevedono l’utilizzo di vaccini a mRNA in diversi tipi tumorali, come mammella, melanoma e linfoma, con risultati davvero promettenti. Ad esempio, la combinazione di cisplatino con il vaccino contenente l’mRNA che codifica l’oncoproteina HPV16 E7 ha aumentato l’efficacia terapeutica portando al rigetto completo di tumori del tratto genitale femminile in modelli sperimentali sui topi. Il vantaggio di questi vaccini nel trattamento del cancro è rappresentato dal fatto che (1) l’mRNA può codificare contemporaneamente più antigeni o una proteina completa e facilitare sia la risposta adattativa umorale (produzione anticorpale) che quella cellulare, scatenando una maggiore immunità antitumorale; (2) rispetto al vaccino a DNA, i vaccini a mRNA non si integrano, sono altamente degradabili e non hanno problemi di integrazione nel genoma; inoltre, non contengono componenti patogeni e, quindi, non sono infettivi. La maggior parte dei vaccini a mRNA testati in studi clinici è generalmente ben tollerata, con rari casi di reazioni nel sito di iniezione”.

Quali sono le prospettive future dei vaccini a m-RNA? L’utilizzo di questa tecnologia potrà essere estesa anche ad altri ambiti della medicina?

“Sebbene l’identificazione degli antigeni tumorali più immunogenici e la presenza di un microambiente tumorale che sopprime la risposta immunitaria rimangano ancora i principali ostacoli della terapia per curare il cancro, l’utilizzo dei vaccini a mRNA e la recente identificazione dei “neoantigeni” (proteine di derivazione tumorale) hanno aperto una nuova strada nel campo della medicina personalizzata. Più in dettaglio, alcune aziende leader del settore, tra le quali BioNTech e Moderna (ben note per i vaccini anti-Covid), stanno sostenendo la sperimentazione di vaccini a mRNA personalizzati, che funzionano producendo i neoantigeni specifici per ciascun individuo, in maniera da riattivare la risposta immunitaria antitumorale soppressa. Tale trattamento, in sperimentazione in diversi studi clinici su tumori solidi multipli, incluso il melanoma metastatico e i tumori pancreatici più aggressivi, sta aprendo una nuova era per i vaccini terapeutici contro il cancro, un nuovo traguardo nella medicina, da utilizzare da solo o in combinazione con le terapie tradizionali (chemio e radioterapie, inibitori dei checkpoint etc). I vaccini a mRNA, utilizzati per attivare la risposta immunitaria contro una molecola (definita “antigene”) nella profilassi anti-virale/batterica o nella terapia anti-antitumorale, potranno trovare impiego in tutti quei settori della medicina in cui si desideri ripristinare la produzione di una molecola endogena, come l’insulina nel Diabete di Tipo 1 e la mielina nella Sclerosi Multipla”.

Fonte : Today