Vắc-xin Axit Nucleic (mRNA và DNA)

Vắc-xin axit nucleic cung cấp các chỉ dẫn di truyền — RNA thông tin (mRNA) hoặc DNA — mã hóa một kháng nguyên mục tiêu, để các tế bào của chính người nhận tổng hợp kháng nguyên và trình diện nó cho hệ miễn dịch. Chúng không mang vật liệu lây nhiễm và không có kháng nguyên protein, chỉ mang mã cho một kháng nguyên. Vắc-xin mRNA, được phân phối trong các hạt nano lipid, trở nên nổi bật như những vắc-xin COVID-19 đầu tiên được triển khai rộng rãi, chứng minh rằng nền tảng này có thể được thiết kế nhanh chóng từ trình tự di truyền của mầm bệnh.

Definition

Vắc-xin axit nucleic là một chế phẩm mRNA hoặc DNA mã hóa một kháng nguyên mục tiêu, được phân phối để các tế bào chủ dịch mã thành protein, từ đó tạo ra miễn dịch bảo vệ mà không cần sử dụng mầm bệnh, một vector sống hoặc một kháng nguyên protein tinh khiết.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách thức hoạt động của vắc-xin mRNA và DNA, tại sao quá trình tổng hợp kháng nguyên nội sinh lại tạo ra cả miễn dịch kháng thể và tế bào T, vai trò của hệ thống phân phối và biến đổi nucleoside, cũng như sự khác biệt thực tế giữa hai phương thức axit nucleic. Đây là một tài liệu tham khảo về phương pháp luận và không cung cấp lịch trình hoặc lời khuyên về điều kiện tiêm chủng.

Core questions

• Vắc-xin mRNA và DNA hướng dẫn các tế bào chủ tạo ra kháng nguyên như thế nào?
• Tại sao việc sản xuất kháng nguyên nội sinh lại tạo ra cả phản ứng kháng thể và tế bào T gây độc tế bào?
• Vai trò của việc phân phối hạt nano lipid và biến đổi nucleoside là gì, và nền tảng mRNA và DNA khác nhau như thế nào?

Key concepts

• Nền tảng RNA thông tin (mRNA)
• Nền tảng DNA plasmid
• Phân phối hạt nano lipid
• mRNA biến đổi nucleoside
• Dịch mã kháng nguyên nội sinh
• Thiết kế nhanh chóng dựa trên trình tự
• Yêu cầu chuỗi lạnh đối với mRNA

Mechanisms

Vắc-xin cung cấp mã di truyền cho kháng nguyên vào các tế bào chủ: mRNA được dịch mã trực tiếp trong tế bào chất, trong khi DNA plasmid phải đến nhân để được phiên mã trước khi dịch mã. Tế bào sau đó sản xuất kháng nguyên và xử lý nó thông qua cả hai con đường phức hợp hòa hợp mô chính, kích hoạt phản ứng kháng thể và tế bào T gây độc tế bào. Đối với mRNA, hai tiến bộ là then chốt — bao bọc trong các hạt nano lipid để phân phối và hấp thu ổn định, và biến đổi hóa học các nucleoside để giảm kích hoạt quá mức miễn dịch bẩm sinh và tăng sản lượng protein, như được mô tả bởi Pardi và các cộng sự. Vắc-xin DNA, được Kutzler và Weiner đánh giá, ổn định và đơn giản để sản xuất nhưng trong lịch sử ít có khả năng sinh miễn dịch ở người, thường cần các công cụ hỗ trợ phân phối. Bởi vì kháng nguyên được mã hóa thay vì được cung cấp, một vắc-xin axit nucleic có thể được thiết kế trực tiếp từ trình tự của mầm bệnh, cho phép phát triển nhanh chóng, như đã được chứng minh bởi vắc-xin COVID-19 BNT162b2 và mRNA-1273.

Clinical relevance

Vắc-xin axit nucleic, đặc biệt là mRNA, đã thiết lập một nền tảng có thể thiết kế nhanh chóng, tạo ra miễn dịch dịch thể và tế bào mạnh mẽ và đã được xác nhận ở quy mô lớn trong đại dịch COVID-19. Việc hiểu nền tảng này giải thích tại sao các vắc-xin như vậy có thể được phát triển nhanh chóng từ dữ liệu trình tự và tại sao các sản phẩm mRNA có yêu cầu bảo quản cụ thể. Mục này mô tả khoa học của nền tảng và không phải là nguồn cung cấp lời khuyên tiêm chủng cá nhân.

Epidemiology

Vắc-xin mRNA đã được cấp phép và tiêm cho hàng trăm triệu người trong đại dịch COVID-19, với các thử nghiệm ngẫu nhiên lớn (Polack và các cộng sự; Baden và các cộng sự) chứng minh hiệu quả cao; vắc-xin DNA đã được cấp phép trong thú y và tiếp tục trong quá trình phát triển lâm sàng ở người.

History

Ý tưởng rằng axit nucleic được tiêm có thể chỉ đạo biểu hiện kháng nguyên in-vivo có từ những minh chứng đầu những năm 1990 về biểu hiện protein từ mRNA và DNA được tiêm. Vắc-xin DNA đã phát triển trong những năm 2000 (được Kutzler và Weiner, 2008 đánh giá), trong khi mRNA từ lâu đã bị hạn chế bởi sự không ổn định và kích hoạt miễn dịch bẩm sinh cho đến khi biến đổi nucleoside và phân phối hạt nano lipid làm cho nó khả thi, một bước ngoặt được Pardi và các cộng sự tóm tắt vào năm 2018 và được hiện thực hóa trong các vắc-xin mRNA COVID-19 năm 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

Vắc-xin mRNA và DNA khác nhau như thế nào?

Cả hai đều cung cấp chỉ dẫn di truyền cho một kháng nguyên, nhưng mRNA được dịch mã trực tiếp trong tế bào chất và thường được phân phối trong các hạt nano lipid, trong khi DNA phải đi vào nhân tế bào để được phiên mã trước; DNA ổn định hơn khi bảo quản nhưng trong lịch sử ít có khả năng sinh miễn dịch ở người hơn.

Tại sao vắc-xin mRNA COVID-19 có thể được phát triển nhanh chóng như vậy?

Bởi vì vắc-xin chỉ cần trình tự di truyền của kháng nguyên mục tiêu, một mRNA có thể được thiết kế ngay khi biết trình tự của mầm bệnh, mà không cần nuôi cấy mầm bệnh hoặc tinh chế protein — cho phép phát triển rất nhanh chóng sau khi các vấn đề về phân phối và ổn định đã được giải quyết.