Vaccins à acides nucléiques (ARNm et ADN)

Les vaccins à acides nucléiques délivrent des instructions génétiques — ARN messager (ARNm) ou ADN — codant pour un antigène cible, afin que les propres cellules du receveur synthétisent l'antigène et le présentent au système immunitaire. Ils ne contiennent aucun matériel infectieux ni antigène protéique, seulement le code pour en produire un. Les vaccins à ARNm, administrés sous forme de nanoparticules lipidiques, ont acquis une importance majeure en tant que premiers vaccins COVID-19 largement déployés, démontrant que cette plateforme peut être conçue rapidement à partir de la séquence génétique d'un agent pathogène.

Definition

Un vaccin à acide nucléique est une préparation d'ARNm ou d'ADN codant pour un antigène cible, administrée de manière à ce que les cellules hôtes le traduisent en protéine, induisant ainsi une immunité protectrice sans recourir à l'agent pathogène, à un vecteur vivant ou à un antigène protéique purifié.

Scope

Ce sujet aborde le fonctionnement des vaccins à ARNm et à ADN, les raisons pour lesquelles la synthèse endogène d'antigènes induit à la fois une immunité humorale (anticorps) et cellulaire (lymphocytes T), le rôle des systèmes d'administration et de la modification des nucléosides, ainsi que les différences pratiques entre les deux modalités d'acides nucléiques. Il s'agit d'une référence méthodologique qui ne fournit pas de calendriers de vaccination ni de conseils d'éligibilité.

Core questions

• Comment les vaccins à ARNm et à ADN instruisent-ils les cellules hôtes pour produire un antigène ?
• Pourquoi la production endogène d'antigènes suscite-t-elle à la fois des réponses anticorps et des réponses des lymphocytes T cytotoxiques ?
• Quels rôles jouent l'administration par nanoparticules lipidiques et la modification des nucléosides, et en quoi les plateformes à ARNm et à ADN diffèrent-elles ?

Key concepts

• Plateforme d'ARN messager (ARNm)
• Plateforme d'ADN plasmidique
• Administration par nanoparticules lipidiques
• ARNm modifié par des nucléosides
• Traduction endogène d'antigènes
• Conception rapide basée sur la séquence
• Exigences de la chaîne du froid pour l'ARNm

Mechanisms

Le vaccin délivre le code génétique de l'antigène dans les cellules hôtes : l'ARNm est traduit directement dans le cytoplasme, tandis que l'ADN plasmidique doit atteindre le noyau pour être transcrit avant la traduction. La cellule produit ensuite l'antigène et le traite via les deux voies majeures d'histocompatibilité, amorçant ainsi des réponses anticorps et des lymphocytes T cytotoxiques. Pour l'ARNm, deux avancées ont été cruciales : l'encapsulation dans des nanoparticules lipidiques pour une administration et une absorption stables, et la modification chimique des nucléosides pour réduire la suractivation immunitaire innée et augmenter la production de protéines, comme décrit par Pardi et ses collaborateurs. Les vaccins à ADN, examinés par Kutzler et Weiner, sont stables et simples à fabriquer, mais ont été historiquement moins immunogènes chez l'homme, nécessitant souvent des adjuvants d'administration. Étant donné que l'antigène est encodé plutôt que fourni, un vaccin à acide nucléique peut être conçu directement à partir de la séquence d'un agent pathogène, permettant un développement rapide, comme l'ont démontré les vaccins COVID-19 BNT162b2 et mRNA-1273.

Clinical relevance

Les vaccins à acides nucléiques, en particulier ceux à ARNm, ont établi une plateforme rapidement concevable qui induit une forte immunité humorale et cellulaire et a été validée à grande échelle pendant la pandémie de COVID-19. La compréhension de cette plateforme explique pourquoi de tels vaccins peuvent être développés rapidement à partir de données de séquence et pourquoi les produits à ARNm ont des exigences de stockage spécifiques. Cette entrée décrit la science de la plateforme et ne constitue pas une source de conseils de vaccination individuels.

Epidemiology

Les vaccins à ARNm ont été autorisés et administrés à des centaines de millions de personnes pendant la pandémie de COVID-19, avec de grands essais randomisés (Polack et collaborateurs ; Baden et collaborateurs) démontrant une efficacité élevée ; les vaccins à ADN ont été homologués dans des contextes vétérinaires et poursuivent leur développement clinique chez l'homme.

History

L'idée qu'un acide nucléique injecté puisse diriger l'expression d'un antigène in vivo remonte aux démonstrations du début des années 1990 concernant l'expression de protéines à partir d'ARNm et d'ADN injectés. Les vaccins à ADN ont progressé tout au long des années 2000 (examinés par Kutzler et Weiner, 2008), tandis que l'ARNm a longtemps été limité par son instabilité et l'activation immunitaire innée, jusqu'à ce que la modification des nucléosides et l'administration par nanoparticules lipidiques le rendent pratique, un tournant résumé par Pardi et ses collaborateurs en 2018 et concrétisé par les vaccins à ARNm contre la COVID-19 en 2020.

Key figures

• Norbert Pardi
• Drew Weissman
• David B. Weiner
• Florian Krammer

Seminal works

• pardi-2018
• kutzler-2008
• polack-2020
• baden-2021

Frequently asked questions

En quoi les vaccins à ARNm et à ADN diffèrent-ils ?

Les deux délivrent des instructions génétiques pour un antigène, mais l'ARNm est traduit directement dans le cytoplasme et est généralement administré dans des nanoparticules lipidiques, tandis que l'ADN doit d'abord pénétrer dans le noyau cellulaire pour être transcrit ; l'ADN est plus stable à stocker mais a été historiquement moins immunogène chez l'homme.

Pourquoi les vaccins à ARNm contre la COVID-19 ont-ils pu être développés si rapidement ?

Parce que le vaccin ne nécessite que la séquence génétique de l'antigène cible, un ARNm peut être conçu dès que la séquence de l'agent pathogène est connue, sans cultiver l'agent pathogène ni purifier de protéine — permettant un développement très rapide une fois que les problèmes d'administration et de stabilité ont été résolus.