วัคซีนเป็นส่วนสำคัญของโครงการสาธารณสุขทั่วโลกมาช้านาน ช่วยลดการแพร่กระจายและความรุนแรงของโรคติดเชื้อ ความสำเร็จของกลยุทธ์การสร้างภูมิคุ้มกันเพื่อปกป้องเด็กจากโรคต่างๆ เช่น โปลิโอ ไวรัสตับอักเสบบี และโรคหัด และผู้ใหญ่จากโรคไข้หวัดใหญ่และโรคปอดบวมสามารถพบเห็นได้ทั่วโลก
การระบาดใหญ่ของ COVID-19 ทำให้เกิดความต้องการวัคซีนที่มีประสิทธิภาพอย่างเร่งด่วน นี่คือจุดที่วัคซีน Messenger RNA (mRNA) ซึ่งจัดอยู่ในประเภทเทคโนโลยีแห่งยุคหน้า
ได้รับความโดดเด่น ทศวรรษของการวิจัยและพัฒนาทางคลินิก
สู่แพลตฟอร์ม mRNA สังเคราะห์สำหรับการรักษามะเร็งและวัคซีนสำหรับโรคติดเชื้อ เช่น ไข้หวัดใหญ่ มาลาเรีย และโรคพิษสุนัขบ้า ในที่สุดก็ได้รับผลตอบแทน เนื่องจากวัคซีน mRNA ของ Moderna และ Pfizer/BioNTech ได้รับอนุญาตให้ใช้ในกรณีฉุกเฉิน เป็นผลให้เทคโนโลยี mRNA ได้รับความสนใจจากสาธารณชน
พัฒนา mRNA สังเคราะห์เป็นวัคซีน
กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) เป็นโมเลกุลธรรมชาติที่พบในเซลล์ทั้งหมดของเรา RNA มีหลายประเภท แต่ละประเภทมีหน้าที่แตกต่างกัน ตามชื่อที่แสดงไว้mRNA ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารที่สำคัญในเซลล์ของมนุษย์ โมเลกุลเหล่านี้มีรหัสเฉพาะที่บอกเซลล์ของเราว่าโปรตีนชนิดใดที่ควรสร้างและเมื่อใดที่ควรสร้าง รหัสถูกคัดลอกมาจากสายดีเอ็นเอในนิวเคลียสของเซลล์ ในกระบวนการที่เรียกว่าการถอดความ จากนั้น mRNA จะถูกส่งเข้าสู่ไซโตพลาสซึม (สารละลายที่มีอยู่ในเซลล์) ซึ่งข้อความจะถูก ‘อ่าน’ และแปลโดยเครื่องจักรผลิตโปรตีนของเซลล์ ผลลัพธ์ที่ได้คือโปรตีนที่สำคัญ เช่น เอนไซม์ แอนติบอดี ฮอร์โมน หรือส่วนประกอบโครงสร้างของเซลล์
เกือบ 40 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์พบว่าพวกเขาสามารถเลียนแบบการถอดความและผลิต mRNA สังเคราะห์โดยไม่ต้องใช้เซลล์ กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความในหลอดทดลอง สามารถสร้างโมเลกุล mRNA จำนวนมากจากสายดีเอ็นเอในหลอดทดลอง สิ่งนี้ต้องการเอนไซม์ (เรียกว่า RNA polymerase) และนิวคลีโอไทด์ (โมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของ DNA และ RNA) เมื่อผสมเข้าด้วยกัน พอลิเมอเรสจะอ่านสายของ DNA และแปลงรหัสเป็นสายของ mRNA โดยการเชื่อมโยงนิวคลีโอไทด์ต่างๆ เข้าด้วยกันตามลำดับที่ถูกต้อง
เมื่อนำ mRNA ที่ถอดรหัสภายนอกร่างกายเข้าสู่เซลล์ กลไกการผลิต
โปรตีนของเซลล์จะ ‘อ่าน’ ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการทำงานของ mRNA ตามธรรมชาติ โดยหลักการแล้ว กระบวนการนี้สามารถใช้เพื่อสร้าง mRNA สังเคราะห์ที่เข้ารหัสโปรตีนที่สนใจ ในกรณีของวัคซีน รหัส mRNA สำหรับชิ้นส่วนของโปรตีนไวรัสที่เรียกว่าแอนติเจน เมื่อแปลแล้ว แอนติเจนจะกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันเพื่อช่วยป้องกันไวรัส mRNA มีอายุสั้นและไม่เปลี่ยนแปลง DNA ของเซลล์ ดังนั้นจึงปลอดภัยสำหรับการพัฒนาวัคซีนและการรักษา
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการถอดความในหลอดทดลองคือไม่ต้องใช้เซลล์ในการผลิต mRNA มีข้อได้เปรียบด้านการผลิตบางประการเหนือเทคโนโลยีวัคซีนอื่นๆ เช่น เวลาตอบสนองที่รวดเร็วและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยทางชีวภาพที่ลดลง เป็นต้น ใช้เวลาเพียง25 วันในการผลิตชุดทดลองทางคลินิกของวัคซีน mRNA ชนิดอนุภาคนาโนลิพิดของ Moderna ซึ่งในเดือนมีนาคม 2020 กลายเป็นวัคซีน COVID-19 ตัวแรกที่เข้าสู่การทดลองทางคลินิกในมนุษย์
ที่สำคัญ เนื่องจากการถอดความในหลอดทดลองนั้นปราศจากเซลล์ ท่อส่งการผลิตสำหรับ mRNA สังเคราะห์จึงมีความยืดหยุ่น และสามารถปรับปรุงวัคซีนหรือการบำบัดใหม่ๆ ในโรงงานที่มีอยู่ได้ ด้วยการเปลี่ยนรหัส DNA โรงงานสามารถเปลี่ยนจากการผลิตวัคซีน mRNA ชนิดหนึ่งไปเป็นชนิดอื่นได้อย่างง่ายดาย สิ่งนี้ไม่เพียงพิสูจน์โรงงานผลิต mRNA ที่มีอยู่ในอนาคตเท่านั้น แต่ยังพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญต่อการตอบสนองอย่างรวดเร็วของวัคซีนต่อโรคระบาดใหม่และการระบาดของโรคอุบัติใหม่
วัคซีน mRNA ทำงานอย่างไร
วัคซีน mRNA ที่เราคุ้นเคยในปัจจุบันได้รับประโยชน์จากการวิจัย การออกแบบ และการเพิ่มประสิทธิภาพเป็นเวลาหลายปี การทำความเข้าใจว่า RNA สังเคราะห์ได้รับการยอมรับในเซลล์ได้อย่างไร พิสูจน์แล้วว่าจำเป็นในการพัฒนาวัคซีนที่มีประสิทธิภาพ โดยทั่วไป รหัส mRNA สำหรับแอนติเจนของไวรัสที่รู้จัก ในกรณีของวัคซีน COVID-19 mRNA จะใช้รหัสลำดับสำหรับโปรตีนขัดขวาง SARS-CoV-2 หรือโดเมนที่จับตัวรับ โมเลกุล mRNA ที่เข้ารหัสแอนติเจนเหล่านี้รวมเข้าเป็นอนุภาคขนาดเล็กมากซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไขมัน (ไขมัน) อนุภาคไขมันมีหน้าที่หลักสองประการ: ปกป้อง mRNA จากการย่อยสลายและช่วยส่งเข้าไปในเซลล์ เมื่ออยู่ในไซโตพลาสซึม mRNA จะถูกแปลเป็นแอนติเจนซึ่งกระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน
กระบวนการนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นการฝึกแบบฝึกหัดสำหรับระบบภูมิคุ้มกันของคุณ และโดยปกติจะใช้เวลาสองสามสัปดาห์กว่าที่ภูมิคุ้มกันที่ปรับตัวได้ของคุณจะเติบโตเต็มที่และประสานกัน วัคซีน mRNA ได้รับการแสดงเพื่อกระตุ้นแขนทั้งสองข้างของการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว ซึ่งมีความสำคัญต่อการสร้างการป้องกัน ภูมิคุ้มกันของร่างกาย (เซลล์ B) สร้างแอนติบอดีในขณะที่ภูมิคุ้มกันของเซลล์ (T เซลล์) ช่วยในการตรวจหาเซลล์ที่ติดเชื้อ ตารางการให้วัคซีน mRNA COVID-19 ในปัจจุบันใช้วิธีสองโดส (prime-boost) ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อเสริมสร้างการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่ปรับตัวของคุณต่อไวรัส SARS-CoV-2
อ่านเพิ่มเติม: วัคซีน COVID-19 สร้างภูมิคุ้มกัน T-cell ที่คงอยู่และทำงานกับไวรัสสายพันธุ์ต่างๆ
วัคซีน mRNA อีกประเภทหนึ่งเรียกว่าRNA ที่ขยายตัวเองอาจต้องการเพียงโดสต่ำเพียงครั้งเดียวเพื่อให้ได้การป้องกันในระดับเดียวกัน ในเซลล์ วัคซีน RNA ที่ขยายตัวเองเหล่านี้สามารถคัดลอกรหัส mRNA ได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างแอนติเจนได้มากขึ้นจาก RNA ที่น้อยลง ปัจจุบัน วัคซีน RNA ของ COVID-19หลายตัวอยู่ในการทดลองทางคลินิกกำลังสำรวจเทคโนโลยี RNA ที่ขยายตัวได้เอง
