Rok 2020 upłynął pod znakiem pandemii i wyczekiwania na lek zwalczający COVID-19. Początek roku bieżącego przywrócił nadzieję na powrót do normalności, przynosząc pierwsze szczepionki i akcję ich podawania ludziom na wszystkich kontynentach. Szczepionka nie leczy, ale buduje odporność na zakażenie, dając naukowcom czas na szukanie antidotum. Czym właściwie jest szczepionka mająca chronić przed koronawirusem?

 

Według definicji, każda szczepionka jest preparatem biologicznym, który zawiera antygen/antygeny, pobudające układ odpornościowy do rozpoznania i zniszczenia zagrażającego organizmowi patogenu. Szczepienie ma imitować naturalne zakażenie i w ten sposób wytwarzać odporność podobną do tej, jaką uzyskuje się po pierwszym zetknięciu z zarazkiem. Głównym celem stosowania szczepionek jest uniknięcie ciężkiego przebiegu choroby lub jej powikłań.

Nierozerwalnie ze szczepionką związane jest pojęcie odporności stadnej. Ten rodzaj odporności populacyjnej jest ochroną osób, które nie są uodpornione (bo nie mogą się zaszczepić), w wyniku występowania wysokiego odsetka osób zaszczepionych w danym społeczeństwie. Zwykle do uzyskania odporności stadnej konieczne jest 90-95% populacji uodpornionej, choć odsetek ten może być różny ze względu na daną chorobę. Im wyższy jest odsetek zaszczepionych w społeczeństwie, tym lepiej są chronione osoby najsłabsze (przewlekle chorzy, niemowlęta, osoby z przeciwskazaniami do szczepień).

 

Pendolino wśród szczepionek

Opracowanie i wprowadzenie na rynek nowej szczepionki dotychczas było procesem złożonym i długotrwałym. Od decyzji o rozpoczęciu badań do dystrybucji szczepionki wśród pacjentów mijało zazwyczaj kilkanaście lat. Dlaczego trwało to aż tak długo?

Konieczne było kolejno: przeprowadzenie badań przedklinicznych (ok. 2 lata), testów klinicznych fazy I (ok. 1 roku), fazy II (ok. 2 lata) i fazy III (ok. 3 lata), przygotowanie odpowiedniej infrastruktury do produkcji szczepionki (ok. 3 lat), wreszcie jej produkcja (ok. 2 lata), rejestracja i dystrybucja (ok. 1 roku). Każdy z wymienionych wyżej etapów może zostać rozpoczęty dopiero po zakończeniu poprzedniego, co wydłuża całą procedurę.

W przypadku szczepionki przeciwko koronawirusowi zastosowano procedurę przyspieszoną, pozwalającą na przeprowadzenie wymaganych badań przedklinicznych i klinicznych równolegle. Gospodarcze i etyczne skutki pandemii COVID-19 sprawiły, że wśród naukowców i rządów zapanowała zgoda odnośnie konieczności zmiany dotychczasowych procedur na rzecz ich zdecydowanego skrócenia.

Pierwsze badania nad szczepionką rozpoczęły się w już styczniu 2020 r., gdy tylko poznana została sekwencja genetyczna nowego koronawirusa SARS-CoV-2 (po raz pierwszy zsekwencjonowano go 11 stycznia 2020 r.). W drugiej połowie marca 2020 r. niektóre ze szczepionek były już gotowe do rozpoczęcia badań klinicznych przy udziale ludzi.

Szczepionki przeciwko SARS-CoV-2 mogły tak szybko powstać, ponieważ opierają się na dobrze poznanych technikach tworzenia szczepionek. W każdej z opracowywanych szczepionek antygenem (czyli substancją wpływającą na układ odpornościowy) jest jedno z białek, budujących „koronę” koronawirusa. Każda ze szczepionek wywoływać musi nie tylko humoralną odpowiedź układu odpornościowego (czyli związaną z wytwarzaniem przeciwciał neutralizujących wirusa lub jego fragment), ale również odpowiedź komórkową (czyli stymulującą wytwarzanie limfocytów T).

 

Klasycznie czy nowocześnie?

Wśród pomysłów na stworzenie najskuteczniejszej szczepionki pojawiły się klasyczne szczepionki podjednostkowe oraz nowoczesne szczepionki wektorowe i szczepionki mRNA. W różnych fazach badań klinicznych według danych Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) znajduje się 60 szczepionek, zaś kolejne 172 preparaty przechodzą właśnie badania przedkliniczne.

W klasycznych szczepionkach podjednostkowych znajduje się oczyszczone białko S kolca koronawirusa lub jego fragment. Dodatkowo dodawany jest adiuwant, czyli składnik wzmacniający odpowiedź immunologiczną. Obecność obcego białka w organizmie wywołuje odpowiedź odpornościową i dzięki temu odporność na COVID-19. Przykładem szczepionki podjednostkowej jest preparat przygotowany przez koncern Sanofi-GSK.

Inny mechanizm mają szczepionki wektorowe. W tych szczepionkach, w przeciwieństwie do szczepionek podjednostkowych, nie podaje się gotowego białka patogenu chorobotwórczego, lecz „sposób” na jego wytworzenie. W szczepionkach wektorowych niezdolny do replikacji w ludzkich komórkach niegroźny wirus (np. adenowirus) zostaje rozbudowany o fragment genetyczny, charakterystyczny dla koronawirusa. Tym fragmentem jest informacja genetyczna dotycząca białka S kolca wirusa SARS-CoV-2. Adenowirus jest tylko wektorem, czyli „miniaturową fabryką”, dzięki której w ludzkim organizmie zacznie być produkowane białko S. Jego obecność w ciele (podobnie jak w szczepionkach podjednostkowych) wywoła odpowiedź immunologiczną i odporność na COVID-19. Nad szczepionkami wektorowymi pracowały, m.in. firma Johnson&Johnson oraz firma Astra Zeneca wraz z Uniwersytetem Oksfordzkim.

Szczepionki, które najszybciej uzyskały dopuszczenie do stosowania, są szczepionkami mRNA. Podobnie jak w szczepionkach wektorowych, także tu do ludzkiego organizmu wprowadza się „przepis” na białko S kolca koronawirusa, nie zaś samo białko. Tym „przepisem” jest mRNA, czyli cząsteczka kwasu rybonukleinowego, kodująca to białko. W ludzkich komórkach mRNA zostaje odczytane i na jego podstawie ludzkie ciało samo zaczyna produkować silny antygen, jakim jest białko S kolca. Obecność tego białka, podobnie jak w pozostałych typach szczepionek, wywołuje odpowiedź humoralną i komórkową. Wadą szczepionek wektorowych jest konieczność przechowywania ich w bardzo niskich temperaturach (np. -70 stopni Celsjusza dla preparatu firmy Pfizer lub -20 stopni Celsjusza dla szczepionki firmy Moderna). W przeciwnym razie może dojść do zniszczenia mRNA i dezaktywacji szczepionki. Szczepionki mRNA opracowały firmy Pfizer i BioNTech, firma Moderna czy firma CurVac.

 

Na jednym razie się nie skończy…

Większość z badanych szczepionek przeciwko koronawirusowi musi być podana w co najmniej dwóch dawkach. Według statystyk Światowej Organizacji Zdrowia, tylko w 17% szczepionek (10 preparatów) wystarczy podać jedną dawkę, aby uzyskać odporność na SARS-CoV-2. W 62% przypadków (37 preparatów) muszą być podane dwie dawki, w różnych schematach: po 14 dniach, po 21 dniach lub 28 dniach od podania pierwszej dawki. Trzykrotne podanie szczepionki występuje tylko dla jednego badanego preparatu.

Eksperymenty trwają zarówno nad doustnymi szczepionkami, jak również podawanymi w formie iniekcji – choć ten ostatni sposób jest zdecydowanie częściej proponowany przez twórców szczepionek (85% wszystkich preparatów). Skuteczność badanych szczepionek sięga nawet 95%. Nie można jednak na razie oszacować, na jak długo osoba zaszczepiona pozostaje odporna na zakażenie koronawirusem.

 

Kto wygrywa?

Dotychczas (stan na koniec stycznia 2021 r.) na czoło peletonu szczepionkowego wysunęło się kilka preparatów, m.in. dopuszczone do użytku w UE oraz w USA preparaty koncernu Pfizer–BioNTech oraz firmy Moderna. Obie te szczepionki muszą być podawane w dwóch dawkach: dla produktu firmy Pfizer dawka przypominająca musi zostać zaaplikowana po trzech tygodniach, zaś dla preparatu firmy Moderna – po 4 tygodniach. Obie szczepionki są wymagające pod względem temperatury. Szczepionka Comirnaty (firmy Pfizer) musi być przechowywana w temperaturze -70 stopni Celsjusza, bo inaczej ulega dezaktywacji. Szczepionka mRNA-1273 (firmy Moderna) w temperaturze lodówki jest aktywna tylko przez 30 dni, ale zachowuje swoje właściwości przez 6 miesięcy, gdy przechowuje się ją w -20 stopniach Celsjusza.

W III fazie badań klinicznych oraz jako dopuszczone do stosowania w ograniczonym stopniu są szczepionki: Sputnik V (twórca – Centrum Badań nad Epidemiologią i Mikrobiologią Gamaleya w Rosji), EpiVacCorona (twórca – Instytut Vector w Rosji), AZD1222 (opracowana wspólnie przez Uniwersytet Oksfordzki i firmę Astra Zeneca) oraz 4 szczepionki, zaproponowane przez chińskich badaczy (twórcy: CanSino, Sinopharm, Sinovac, Sinopharm-Wuhan) . Sputnik V oraz AZD1222 są szczepionkami wektorowymi, dzięki mogą być przechowywane w mniej problematycznych warunkach (do 6 miesięcy w lodówce) niż szczepionki mRNA. Pozostałe szczepionki są klasycznymi szczepionkami – zawierającymi albo białko S kolca (EpiVacCorona), albo inaktywowany wirus SARS-CoV-2 (pozostałe).

 

Odpowiedzialność nie tylko za siebie

Koszty społeczne i ekonomiczne, ponoszone z tytułu prób ograniczenia rozprzestrzeniania się koronawirusa są ogromne i nadal trudne do jednoznacznego oszacowania. Jedynym, znanym sposobem na zatrzymanie rozwoju pandemii jest uzyskanie odporności stadnej.

Poddanie się szczepieniom przeciwko wirusowi SARS-CoV-2 dużej części społeczeństwa pozwoli na szybsze uzyskanie odporności stadnej niż czekanie, aż ten sam odsetek osób ulegnie samoistnemu zakażeniu. Tym bardziej, że ten koronawirus jest nieprzewidywalny – niekiedy nawet u osób całkowicie zdrowych i aktywnych fizycznie powoduje on ciężki przebieg choroby.

Kolejne ryzyko związane jest z tendencją tego wirusa do mutacji. Twórcy dotychczas stworzonych i zaakceptowanych szczepionek przekonują, że ich preparaty za cel molekularny mają rzadko zmieniający się genetycznie fragment koronawirusa, dzięki czemu będą skuteczne nawet, gdy wirus przejdzie kolejne mutacje.

 

Autorka jest doktorem chemii, absolwentką Politechniki Gdańskiej (kierunki Chemia i Biotechnologia Leków). Pracuje jako nauczycielka chemii w I Liceum Ogólnokształcącym im. Stanisława Dubois w Koszalinie.