วัคซีนกรดนิวคลีอิก (mRNA และ DNA)

วัคซีนกรดนิวคลีอิกส่งคำสั่งทางพันธุกรรม — เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (mRNA) หรือดีเอ็นเอ — ที่เข้ารหัสแอนติเจนเป้าหมาย เพื่อให้เซลล์ของผู้รับสังเคราะห์แอนติเจนนั้นและนำเสนอต่อระบบภูมิคุ้มกัน วัคซีนเหล่านี้ไม่มีสารก่อโรคหรือโปรตีนแอนติเจนใด ๆ มีเพียงรหัสสำหรับสร้างแอนติเจนเท่านั้น วัคซีน mRNA ซึ่งถูกส่งในอนุภาคไขมันนาโน (lipid nanoparticles) ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะวัคซีนป้องกันโควิด-19 ที่ถูกนำมาใช้ในวงกว้างเป็นครั้งแรก แสดงให้เห็นว่าแพลตฟอร์มนี้สามารถออกแบบได้อย่างรวดเร็วจากลำดับพันธุกรรมของเชื้อโรค

Definition

วัคซีนกรดนิวคลีอิกคือสารเตรียม mRNA หรือ DNA ที่เข้ารหัสแอนติเจนเป้าหมาย ซึ่งถูกนำส่งเพื่อให้เซลล์เจ้าบ้านแปลรหัสเป็นโปรตีน จึงกระตุ้นภูมิคุ้มกันป้องกันโดยไม่ต้องใช้เชื้อโรค เวกเตอร์มีชีวิต หรือโปรตีนแอนติเจนบริสุทธิ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการทำงานของวัคซีน mRNA และ DNA เหตุใดการสังเคราะห์แอนติเจนภายในร่างกายจึงกระตุ้นทั้งภูมิคุ้มกันแบบแอนติบอดีและทีเซลล์ บทบาทของระบบนำส่งและการปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไซด์ และความแตกต่างในทางปฏิบัติระหว่างวัคซีนกรดนิวคลีอิกทั้งสองชนิด นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับตารางการฉีดวัคซีนหรือคุณสมบัติของผู้รับวัคซีน

Core questions

• วัคซีน mRNA และ DNA สั่งการเซลล์เจ้าบ้านให้สร้างแอนติเจนได้อย่างไร?
• เหตุใดการผลิตแอนติเจนภายในร่างกายจึงกระตุ้นการตอบสนองทั้งแอนติบอดีและทีเซลล์ชนิดทำลายเซลล์?
• บทบาทของการนำส่งด้วยอนุภาคไขมันนาโนและการปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไซด์คืออะไร และแพลตฟอร์ม mRNA และ DNA แตกต่างกันอย่างไร?

Key concepts

• แพลตฟอร์มเมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (mRNA)
• แพลตฟอร์มพลาสมิดดีเอ็นเอ
• การนำส่งด้วยอนุภาคไขมันนาโน
• mRNA ที่มีการปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไซด์
• การแปลรหัสแอนติเจนภายในร่างกาย
• การออกแบบอย่างรวดเร็วโดยอาศัยลำดับพันธุกรรม
• ข้อกำหนดด้านห่วงโซ่ความเย็นสำหรับ mRNA

Mechanisms

วัคซีนนำส่งรหัสพันธุกรรมสำหรับแอนติเจนเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน: mRNA จะถูกแปลรหัสโดยตรงในไซโตพลาสซึม ในขณะที่พลาสมิด DNA จะต้องเข้าถึงนิวเคลียสเพื่อถอดรหัสก่อนที่จะแปลรหัส จากนั้นเซลล์จะผลิตแอนติเจนและประมวลผลผ่านวิถีฮิสโตคอมแพททิบิลิตีหลักทั้งสองแบบ ซึ่งกระตุ้นการตอบสนองของแอนติบอดีและทีเซลล์ชนิดทำลายเซลล์ สำหรับ mRNA มีความก้าวหน้าสองประการที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง — การห่อหุ้มในอนุภาคไขมันนาโนเพื่อการนำส่งและการดูดซึมที่เสถียร และการปรับเปลี่ยนทางเคมีของนิวคลีโอไซด์เพื่อลดการกระตุ้นภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดที่มากเกินไปและเพิ่มปริมาณโปรตีนที่ผลิตได้ ดังที่ Pardi และคณะได้อธิบายไว้ วัคซีน DNA ซึ่งได้รับการทบทวนโดย Kutzler และ Weiner มีความเสถียรและผลิตได้ง่าย แต่ในอดีตมักจะกระตุ้นภูมิคุ้มกันในมนุษย์ได้น้อยกว่า และมักต้องการตัวช่วยในการนำส่ง เนื่องจากแอนติเจนถูกเข้ารหัสแทนที่จะถูกจัดหาให้ วัคซีนกรดนิวคลีอิกจึงสามารถออกแบบได้โดยตรงจากลำดับของเชื้อโรค ทำให้การพัฒนาเป็นไปอย่างรวดเร็ว ดังที่แสดงให้เห็นในวัคซีนป้องกันโควิด-19 BNT162b2 และ mRNA-1273

Clinical relevance

วัคซีนกรดนิวคลีอิก โดยเฉพาะ mRNA ได้สร้างแพลตฟอร์มที่สามารถออกแบบได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งกระตุ้นภูมิคุ้มกันทั้งแบบฮิวเมอรัลและเซลล์ได้อย่างแข็งแกร่ง และได้รับการพิสูจน์ในวงกว้างในช่วงการระบาดใหญ่ของโควิด-19 การทำความเข้าใจแพลตฟอร์มนี้ช่วยอธิบายว่าเหตุใดวัคซีนดังกล่าวจึงสามารถพัฒนาได้อย่างรวดเร็วจากข้อมูลลำดับพันธุกรรม และเหตุใดผลิตภัณฑ์ mRNA จึงมีข้อกำหนดในการจัดเก็บที่เฉพาะเจาะจง ข้อมูลนี้อธิบายวิทยาศาสตร์ของแพลตฟอร์มและไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับคำแนะนำการฉีดวัคซีนส่วนบุคคล

Epidemiology

วัคซีน mRNA ได้รับการอนุมัติและฉีดให้กับผู้คนหลายร้อยล้านคนในช่วงการระบาดใหญ่ของโควิด-19 โดยมีการทดลองแบบสุ่มขนาดใหญ่ (Polack และคณะ; Baden และคณะ) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สูง วัคซีน DNA ได้รับอนุญาตให้ใช้ในสัตว์และยังคงอยู่ในการพัฒนาทางคลินิกในมนุษย์

History

แนวคิดที่ว่ากรดนิวคลีอิกที่ฉีดเข้าไปสามารถสั่งการการแสดงออกของแอนติเจนในร่างกายได้นั้นมีมาตั้งแต่การสาธิตการแสดงออกของโปรตีนจาก mRNA และ DNA ที่ฉีดเข้าไปในช่วงต้นทศวรรษ 1990 วัคซีน DNA มีความก้าวหน้าตลอดช่วงทศวรรษ 2000 (ทบทวนโดย Kutzler และ Weiner, 2008) ในขณะที่ mRNA ถูกจำกัดมานานด้วยความไม่เสถียรและการกระตุ้นภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด จนกระทั่งการปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไซด์และการนำส่งด้วยอนุภาคไขมันนาโนทำให้สามารถนำมาใช้ได้จริง ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนที่ Pardi และคณะสรุปไว้ในปี 2018 และเกิดขึ้นจริงในวัคซีน mRNA ป้องกันโควิด-19 ในปี 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

วัคซีน mRNA และ DNA แตกต่างกันอย่างไร?

ทั้งสองชนิดนำส่งคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับแอนติเจน แต่ mRNA จะถูกแปลรหัสโดยตรงในไซโตพลาสซึมและมักถูกนำส่งในอนุภาคไขมันนาโน ในขณะที่ DNA จะต้องเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์เพื่อถอดรหัสก่อน DNA มีความเสถียรในการจัดเก็บมากกว่า แต่ในอดีตกระตุ้นภูมิคุ้มกันในมนุษย์ได้น้อยกว่า

เหตุใดวัคซีน mRNA ป้องกันโควิด-19 จึงสามารถพัฒนาได้อย่างรวดเร็ว?

เนื่องจากวัคซีนต้องการเพียงลำดับพันธุกรรมของแอนติเจนเป้าหมายเท่านั้น mRNA จึงสามารถออกแบบได้ทันทีที่ทราบลำดับของเชื้อโรค โดยไม่ต้องเพาะเลี้ยงเชื้อโรคหรือทำให้โปรตีนบริสุทธิ์ ซึ่งช่วยให้การพัฒนาเป็นไปอย่างรวดเร็วเมื่อปัญหาการนำส่งและความเสถียรได้รับการแก้ไขแล้ว