Вакцини від COVID-19. Усе, що відомо на сьогодні

Станом на середину грудня 2020 р. серед 214 вакцин-кандидатів проти COVID-19 було виокремлено 59, які проходять клінічні дослідження за участю людей [1]. При цьому 16 вакцин із зазначеного переліку досягли заключних стадій випробування (ІІІ фаза). Одночасно принаймні ще 86 вакцин перебувають на етапі доклінічних досліджень та проходять активну фазу випробувань на тваринах [2]. Також повідомляється, що на ІІІ етапі клінічних досліджень знаходяться наступні вакцини: Ad5-nCoV («CanSino Biologicals»), мРНК-1273 («Moderna»), INO-4800 («Inovio, Inc.»), BNT162/мРНК («Fosun Pharma»), BBIBP-CorV («Sinopharm»), CoronaVac («Sinovac») та ChAdOx1 (Оксфордський університет (University of Oxford) [3]. Представлені вакцини проти вірусу SARS-CoV-2 створені з використанням декількох технологічних платформ, які, тим не менш, дають змогу забезпечити характерні для вакцин якості: можливість отримання певної кількості доз, стабільність за кімнатної температури, можливість швидкого технологічного впровадження для виготовлення, масштабованість (повторне відтворення), потреба в ад’ювантах [4]. На сьогодні всі вакцини від COVID-19, які розробляють, слід розділити на дві основні категорії: а) створені на основі генетичного вірусного матеріалу; б) розроблені на основі специфічних вірусних білків.

Вакцини, створені з використанням генів (генетичного матеріалу) SARS-CoV-2, передбачають виготовлення: РНК-вакцин, ДНК-вакцин, а також векторних — на основі вірусів-носіїв, які не викликають захворювання у людей, а лише транспортують потрібний генетичний матеріал, та вакцин з використанням живих, інактивованих або ослаблених вірусів.

Вакцини, створені на основі білків, які містяться у SARS-CoV-2, отримані за рахунок біоінженерних технологічних процесів: капсульних чи спайкових білків та їх субодиниць у якості антигенного матеріалу.

Вакцини, створені з використанням повномірного або фрагментарного спайкового білка

Білок шипоподібного паростка (або спайковий білок), який утворює виступ у вигляді шипа на поверхні вірусу SARS-CoV-2, утворений двома субодиницями білків S1 і S2. Паросток/шип відіграє важливу роль у формуванні рецептор-зв’язуючого поля вірусу, що забезпечує йому здатність проникати через клітинний бар’єр на етапі клітинної інвазії. Ключова роль у цьому процесі належить білковим субодиницям S1 та S2 паростка-шипа [5]. Завдяки білковій субодиниці S1 відбувається ініціація контакту вірусу з рецептором ацетилхолінестеразою-2 (ACE2) на клітинній поверхні «жертви» з подальшою інкорпорацією та злиттям з її мембраною та інвазією генетичного матеріалу віріона в тіло клітини-хазяїна. На сьогодні цей механізм вважається ключовим у патогенезі вірусного навантаження. А білкові субстанції віріона стають головним подразником для відповіді макроорганізму: викиду специфічних антитіл. Вважається, що антитіла, які зв’язуються з білками шиповидного паростка, блокують проникнення вірусу в клітину-хазяїна на етапі віремії та перешкоджають транскрипції й розмноженню вірусу, а разом з тим і розвитку захворювання. Саме тому ключовим під час розробки багатьох, практично переважної більшості вакцин, стало отримання білкової субстанції спайкового білка коронавірусу [6].

Вакцини на основі рекомбінантного повнорозмірного спайкового S-білка вперше розроблені проти вірусів SARS-CoV та MERS-CoV, виявилися досить ефективними. Це дало привід застосовувати вже відомі технології для розробки вакцини проти COVID-19 [7]. Серед успішних — вакцина NVX-CoV2373 «Novavax» створена із застосуванням рекомбінантного повнорозмірного S-білка, який отримують на клітинах комах. Ад’ювантом слугує Matrix-M1 на основі сапоніну, розроблений та створений за власною технологією виготовлення наночастинок компанією «Novavax». Отримана вакцина доволі стабільна і може зберігатися за температури 2–8 °C в звичайному холодильнику. NVX-CoV2373 після введення спричиняє продукування високих концентрацій S-специфічних антитіл, які здатні блокувати рецептор-зв’язуючий домен на клітинах людини і таким чином усувати вірусну інвазію SARS-CoV-2. На даний час вакцина знаходиться на ІІІ фазі клінічних випробувань у Великобританії [8].

мРНК вакцини

Оскільки SARS-CoV-2 належить до РНК-вірусів, логічно у якості генетичного матеріалу використовувати його матричну РНК. А саме ті її фрагменти, які кодують відтворення шипоподібного білка. У якості носія генетичного матеріалу використовують різні оболонки (нанокапсули), наприклад, ліпідні наночасточки. Інкапсульований таким чином генетичний матеріал отримує здатність проникати всередину клітини-хазяїна, на зразок справжнього вірусу, інкорпоруватися в геном клітини і спричиняти вироблення шипоподібного білка. Утворені білкові агрегати і стають тим антигенним полем, на яке формується імунна відповідь у імунізованої людини. Для створення відповідного захисту потрібно щонайменше двократне щеплення з інтервалом 3–4 тиж.

На даний час за цією технологією для вакцинації в декількох країнах використовуються 2 мРНК-вакцини, які отримали екстрений дозвіл на застосування від Управління з контролю за харчовими продуктами та лікарськими засобами США (Food and Drug Administration — FDA).

ДНК-вакцини

Застосуванням плазмідної ДНК з кодом білків шипа S, М та N є ще одним із шляхів отримання імунної відповіді подібної на ту, яка виникає під час віремії SARS-CoV-2. Інкорпорований генетичний матеріал у двоспіральну ДНК створює можливість у разі потрапляння в клітину-хазяїна забезпечувати продукування трансгенних білків. Це ще один з можливих революційних технологічних проривів, здатних створити відповідну адаптивну імунну відповідь для захисту від SARS-CoV-2.

Процес вироблення трансгенного білка розпочинається одразу після отримання гібридної ДНК з інкорпорованими генами, які кодують синтез шиповидного білка, подібного до тих, які продукує живий вірус, та провокувати гуморальну, а також клітинну імунну відповідь [9]. Однією з ДНК-вакцин-кандидатів є INO-4800, розроблена компанією «Inovio Pharmaceuticals». Отримані результати у доклінічних випробовуваннях підтвердили наявність гуморальної та Т-клітинної відповідей, які давали підстави стверджувати що INO-4800 здатна викликати ефективну імунну відповідь. На сьогодні вакцина вступила у I та II фази (NCT04336410) клінічних випробувань для оцінки імуногенної активності, безпеки застосування та переносимості [10].

Векторні вакцини

На сьогодні застосовуються і мають певний клінічний успіх вакцини, основою яких є так званий вектор вірус-транспортер. У якості ботів використовують віруси, які не здатні викликати захворювання у людини. Використовуючи певні технології, в такий вектор інкорпорують частину геному, відповідального за той чи інший процес у хвороботворному віріоні. У нашому випадку це гени вірусу SARS-CoV-2 які кодують продукування шиповидного білка. У якості транспортного засобу виступають віруси, позбавлені здатності до реплікації: такі як аденовіруси людини, вірус грипу, кору, везикулярного стоматиту, вірус вісповакцини. Однак недоліком вакцин можна вважати можливу наявність антитіл до застосованого вектора. Серед позитивного — для векторних вакцин, у яких транспортером є віруси, здатні до реплікації, відзначається їх висока імунна здатність, яка може виявитися вже після першого щеплення.

Вакцина на платформі інактивованих вірусів

Платформою для виготовлення вакцин є інактивовані, позбавлені можливості розмножуватися, віруси. Цього, як правило, досягають застосуванням різних фізичних або хімічних чинників: ультрафіолетових променів, відповідних хімічних реагентів, високої температури, жорсткого випромінювання та ін. Такі вакцини є досить безпечними, однак мають низьку імуногенність, порівняно з препаратами на базі живих вірусів. Тому для досягнення відповідного ступеня імунної відповіді доводиться проводити кілька щеплень. Серед іншого, технологічний процес їх виробництва має досить тривалим, що за деяких обставин є значним недоліком, скажімо, у разі стрімкого розповсюдження інфекції та потреби в масових щепленнях. На сьогодні відомо про 7 вакцин-кандидатів, які перебувають на стадії клінічних випробовувань та 12 — на стадії доклінічних досліджень [11]

Однією з перших вакцин, під час розробки якої було використано інактивовані віруси, стала CoronaVac, розроблена в Китайській Народній Республіці провідним виробником вакцин «Sinovac Biotech». Основою вакцини CoronaVac є інактивований вірус SARS-CoV-2, вирощений на культурі живих клітин. Процес інактивації проводився додаванням формаліну з подальшою абсорбцією на алюмокалієвий галун. Інактивований вірус зберігає рецептор-зв’язуючий домен спайкових білків S які виступають у ролі імунного індуктора [12]. Вакцина CoronaVac отримала дозвіл на екстрене використання від китайських органів влади і була допущена до клінічних випробовувань. Першими щеплення отримали співробітники компанії-виробника, понад 90% працівників, що лише підтверджує високий рівень безпеки та впевненість виробника у якості свого продукту. Результати клінічного випробування II фази CoronaVac показали, що вакцина здатна викликати імунну відповідь впродовж 14 днів після щеплення, має високу імуногенність і здатна забезпечити імунну відповідь у 90% щеплених. Такий результат було продемонстровано за участю 600 здорових добровольців. На даний час CoronaVac перебуває на III фазі (NCT04456595) клінічних випробувань [13].Клінічні дослідження проводили із застосуванням 3 доз (10 мкг, 5 мкг та 2,5 мкг), антигену — І фаза та 5 мг — ІІ фаза. Результати довели високу безпеку вакцини, мінімальну кількість побічних ефектів та сильну нейтралізуючу реакцію утворених антитіл за всіх 3 застосованих доз. Однак подальші дослідження — ІІ фаза — довели таку ж високу імуногенність дози 5 мг із меншою кількістю небажаних ефектів. Застосування бустерної дози при щепленні з інтервалом (21 день та 28 днів) від першого введення сприяє отриманню більш значущої імунної відповіді. На сьогодні вакцина проходить клінічне випробування III фази (ChiCTR2000034780), яке розпочалося у липні 2020 р. із загальною кількістю учасників 21 тис. осіб [14, 15]. Подібні результати отримано під час випробовування ще однієї вакцини — BBIBP-CorV, розробленої Пекінським інститутом біологічних продуктів (Beijing Institute of Biological Products) та компанією «Sinopharm». Потужну імунну відповідь на щеплення було отримано у 100% реципієнтів. Вакцина проходить випробування III фази, яке триває в Об’єднаних Арабських Еміратах [16]

До створення вакцини на платформі інактивованого вірусного матеріалу долучилася також Індія. Нею представлено вакцину Covaxin. Це продукт, який було розроблено спільними зусиллями компанії «Bharat Biotech», Індійською радою з медичних досліджень (Indian Council of Medical Research — ICMR) та Національним інститутом вірусології. Вакцина пройшла клінічні випробування I та II фаз на базі 12 лікарень різних міст країни. За результатами цих досліджень була доведена висока імуногенність розробленої вакцини, а викликана імунна відповідь зберігає тривалу дію і забезпечує надійний захист від інфікування SARS-CoV-2. На сьогодні вакцина проходить III фазу клінічних випробувань, у якому бере участь 26 тис. учасників у 22 містах Індії [17].

Вакцини на базі штучно створеного химерного білка, подібного до вірусного

За своєю будовою агент, на базі якого створено вакцину, імітує конформацію справжнього вірусу, зберігаючи майже всі його білки. Однак у цій структурі бракує вірусного геному, що позбавляє створений химерний білок здатності розмножуватися та викликати захворювання, а також спричиняти створення структурних білків для побудови вірусної субодиниці. Натомість у створеної конструкції залишається здатність індукувати клітинну імунну відповідь. Такі химерні білки на сьогодні можна отримати за допомогою генно-інженерних технологій, створюючи комбінації структурних білків різних типів вірусів, об’єднуючи їх із геномом рослинної клітини [18].

Рослини стали таким чином ідеальною платформою для виробництва пероральних вакцин. Геном з кодом вірусних білків доставляється в рослину за допомогою бактерій роду Agrobacterium, де він інтегрується в геном рослинної клітини і примушує його виробляти вірусоподібні білкові частинки. Рослинні вакцини, вироблені з використанням Agrobacterium та Nicotiana benthamiana проти вірусів грипу A (A/H1N1, A/H3N2) та пташиного грипу H5 (AIV), були ефективними, безпечними та добре переносилися при застосуванні. Ця вакцинна платформа була представлена як перспективна технологія їх продукування. ЇЇ було успішно застосовано для створення вакцини проти хвороби Лайма, Ньюкасла, вірусної діареї великої рогатої худоби та деяких інших захворювань. Її застосування було також запропоновано для створення вакцини проти вірусів SARS-CoV-2 [19].

На сьогодні такими розробками є вакцина RBD SARS-CoV-2 HBsAg VLP від компанії «SpyBiotech» та Інституту сироваток Індії (Serum Institute of India), яка пройшла I та II фази досліджень (ACTRN12620000817943), а також CoVLP, розроблена «Medicago biopharmaceutical» в Канаді, що проходить II/III фазу (NCT04636697) клінічних випробувань [20, 21].

Список використаної літератури

• 1. World Health Organization. DRAFT Landscape of COVID-19 Candidate Vaccines. Geneva: WHO; 2020.
• 2. Zimmer C., Corum J., Wee S.L. Сoronavirus vaccine tracker. New Your Times. https://www.nytimes.com/interactive/2020/science/coronavirus-vaccine-tracker.html.
• 3. Dagotto G., Yu J., Barouch D.H. (2020). Approaches and challenges in SARS-CoV-2 vaccine development. Cell Host Microbe., 28(3): 364–370. doi: 10.1016/j.chom.2020.08.002.
• 4. Ng W.H., Liu X., Mahalingam S. (2020). Development of vaccines for SARS-CoV-2. F1000Res. 9: F1000 Faculty Rev-991. doi:10.12688/f1000research.25998.1
• 5. Baviskar T., Raut D., Bhatt L.K. (2020). Deciphering vaccines for COVID-19: where do we stand today? Immunopharmacol Immunotoxicol.,14: 1–48.
• 6. Belete TM. A (2020). review on promising vaccine development progress for COVID-19 disease. Vacunas. 21(2): 121–128. doi: 10.1016/j.vacun.2020.05.002.
• 7. Morse J.S., Lalonde T., Xu S. et al. (2020). Learning from the past: possible urgent prevention and treatment options for severe acute respiratory infections caused by 2019-nCoV.Chem Biochem., 21(5): 730–738. doi:.10.1002/cbic.202000047.
• 8. Keech C., Albert G., Cho I. et al. (2020). Phase 1–2 trial of a SARS-CoV-2 recombinant spike protein nanoparticle vaccine. N Engl J Med., 383(24): 2320–2332. doi: 10.1056/NEJMoa2026920.
• 9. Gary E.N., Weiner D.B. (2020). DNA vaccines: prime time is now. Curr Opin Immunol., 65: 21–27. doi: 10.1016/j.coi.2020.01.006.
• 10. ClinicalTrials.gov. Identifier: NCT04336410. 2020. Available from: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04336410. Accessed May 2, 2020.
• 11. World Health Organization( 2020) DRAFT Landscape of COVID-19 Candidate Vaccines. Geneva: WHO.
• 12. Xia S., Duan K., Zhang Y. et al. (2020). Effect of an inactivated vaccine against SARS-CoV-2 on safety and immunogenicity outcomes: interim analysis of 2 randomized clinical trials. JAMA, 324(10): 951–960.
• 13. Lim H.X., Lim J., Jazayeri S.D. et al. (2020). Development of multi-epitope peptide-based vaccines against SARS-CoV-2. Biomed J. doi:10.1016/j.bj.2020.09.005.
• 14. Chakraborty R., Parvez S. (2020). COVID-19: an overview of the current pharmacological interventions, vaccines, and clinical trials. Biochem Pharmacol. 30: 114184. doi: 10.1016/j.bcp.2020.114184.
• 15. Xia S., Duan K., Zhang Y. et al. (2020). Effect of an inactivated vaccine against SARS-CoV-2 on safety and immunogenicity outcomes: interim analysis of 2 randomized clinical trials. JAMA, 324(10): 951–960.
• 16. Xia S., Zhang Y., Wang Y. et al. (2020). Safety and immunogenicity of an inactivated SARS-CoV-2 vaccine, BBIBP-CorV: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1/2 trial. Lancet Infect Dis., 21(1): 15. doi: 10.1016/S1473-3099(20)30831-8.
• 17. Dutta AK. (2020).Vaccine against Covid-19 disease–present status of development. Indian J Pediatrics., 3: 1–7.
• 18. van Riel D., de Wit E. (2020). Next-generation vaccine platforms for COVID-19. Nat Mater.,19(8): 810–812. doi: 10.1038/s41563-020-0746-0.
• 19. Karpiński T.M., Ożarowski M., Seremak-Mrozikiewicz A. et al. The 2020 race towards SARS-CoV-2 specific vaccines.
• 20. Bakhiet M., Taurin S. (2020). SARS-CoV-2: targeted managements and vaccine development. Cytokine Growth Factor Rev. doi: 10.1016/j.cytogfr.2020.11.001.
• 21. Medicago announces production of a viable vaccine candidate for COVID-19 (2020) BioSpace. Available from: https://www.biospace.com/article/releases/medicago-announces-production-of-a-viable-vaccine-candidate-for-covid-19/.