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Las vacunas inyectadas pueden funcionar de muchas maneras diferentes. Algunos podrían editar su ADN; algunos podrían usar una vacuna inofensiva como cobertura. (Igor Vetushko / Depósito de fotos /)
Jean Peccoud es profesor y presidente de Abell en biología sintética en la Universidad del Estado de Colorado. Esta historia apareció originalmente en La conversación.
El coronavirus ha detenido los intercambios sociales, económicos y educativos en todo el mundo. Por ahora, los funcionarios de salud pública confían en herramientas como el distanciamiento social para minimizar el daño del virus, pero a largo plazo, una vacuna COVID-19 es la mejor esperanza de un retorno a la normalidad.
Eso normalmente lleva unos años desarrollar una vacuna, pero ante el coronavirus, las compañías de biotecnología y las agencias reguladoras están tomando medidas agresivas para hacer que una vacuna COVID-19 esté ampliamente disponible antes de eso.
yo estudiar biofabricación y biología sintética, y es fascinante ver este esfuerzo sin precedentes empujar los límites del desarrollo de vacunas. Los laboratorios públicos y privados de todo el mundo están aplicando estrategias de ingeniería de vacunas de vanguardia que nunca se han probado en una escala tan grande. Si estos esfuerzos tienen éxito, la vacuna se convertiría en una herramienta esencial para combatir o prevenir futuras epidemias de COVID.
Como funcionan las vacunas
La primera vez que el cuerpo está expuesto a un nuevo virus, lleva semanas construir anticuerpos y otros mecanismos de defensa eso lo peleará. Esto le da al virus suficiente tiempo para replicarse y enfermar a alguien.
Sin embargo, el sistema inmune tiene memoria. Si ha encontrado un virus antes, el cuerpo puede desplegar rápidamente sus defensas contra el invasor y neutralizar el virus antes de que se desarrolle una infección completa.
Esta es la idea detrás de las vacunas: darle al cuerpo la oportunidad de construir defensas contra un virus que pueda encontrar en el futuro. No todas las vacunas producen el mismo nivel de preparación inmunológica–cuanto más fuerte es la respuesta inmune inicial, mejor es la vacuna–pero alguna preparación es mejor que nada.
La forma tradicional de desarrollar una vacuna es hacer crecer e inyectar a los pacientes con virus inactivados. Esto no lo enferma, pero una vez expuesto a estos virus "muertos", el sistema inmunitario tendrá las armas para combatir ese virus en el futuro, si es necesario.
Desafortunadamente, descubrir cómo hacer crecer un nuevo virus a escala industrial es complicado, y una vez hecho, el proceso en sí mismo suele ser lento, difícil y potencialmente riesgoso. Por ejemplo, la vacuna contra la gripe se produce al hacer crecer el virus en millones de huevos de gallina. El proceso lleva cuatro meses. Además, cuando se trata de un virus para el que no hay drogas o vacunas, es más seguro evitar cultivarlo en grandes cantida des por temor a que se escape accidentalmente de la fábrica y empeore aún más la situación.
Con el coronavirus literalmente haciendo del tiempo una cuestión de vida o muerte, casi 50 laboratorios públicos y privados están recurriendo a métodos más nuevos, seguros y rápidos para desarrollar una vacuna contra el coronavirus.
Vacunas basadas en proteínas
En lugar de inyectar el virus completo, es posible vacunar a una persona con un solo componente de virus. Las piezas más utilizadas son las proteínas de la superficie de un virus. Si un virus vivo ingresa al cuerpo, el sistema inmunitario reconoce fácilmente estas proteínas superficiales. Este enfoque es más fácil, más rápido y más seguro porque la proteína viral se puede producir en cultivos celulares.
Dos empresas, Sanofi y Novawax, ambos se están desarrollando vacunas proteicas basadas en el pico SARS-CoV-2 proteína, las estructuras en forma de torre en la superficie del nuevo coronavirus que causa COVID-19.
Las vacunas basadas en proteínas, también conocidas como vacunas recombinantes, ya se utilizan para vacunar contra infecciones virales como el VPH. Son mucho más simples de producir en comparación con las vacunas tradicionales de virus completos, pero aún puede llevar un año desarrollar un nuevo proceso y varias semanas para producir la vacuna después de que se haya desarrollado el proceso de fabricación. El mundo necesita algo más rápido.
Vacunas basadas en genes
Teóricamente, la forma más simple y rápida de fabricar una vacuna sería hacer que las células de una persona produzcan cantidades diminutas de la proteína viral que desencadenan una respuesta inmune. Para hacerlo, los investigadores están recurriendo a la genética.
El primer enfoque genético utiliza ADN. Un solo gen que codifica una proteína del coronavirus se inyecta en las células del paciente con la esperanza de que una pequeña fracción de las moléculas de ADN llegue al núcleo de la célula. Allí serían copiados en una molécula de ARN que luego es leída por la célula para producir la proteína viral. Pero es difícil lograr que el cuerpo humano produzca suficiente proteína utilizando este enfoque. Con frecuencia, muy poco ADN llega al núcleo celular y la célula no produce la proteína en cantidad suficiente para desencadenar una respuesta inmune lo suficientemente fuerte.
Hasta el momento, hay no hay vacunas de ADN aprobadas actualmente por la FDA para uso humano y el éxito de este método ha sido limitado. Pero hay promesa. En 2016, varios grupos desarrollaron candidatos Vacunas contra el zika que utilizan esta tecnología y al menos una empresa, INOVIO Pharmaceuticals, Inc. se esta desarrollando INO-4800, una vacuna de ADN candidata para el coronavirus.
El cuello de botella de las vacunas de ADN está haciendo que el material genético del núcleo se transcriba en ARN. Las vacunas que usan ARN directamente podrían superar este problema. Dado que el ARN se traduce en proteínas tan pronto como ingresa a la célula, este enfoque resulta en respuestas inmunes más fuertes que las vacunas de ADN. Sin embargo, el ARN se descompone más rápido que el ADN.
Sin embargo, esto no ha disuadido a varias compañías de intentarlo. Notable en los EE. UU. Es Modernay el 16 de marzo, los Institutos Nacionales de Salud comenzó un ensayo clínico del candidato a vacuna de coronavirus líder de Moderna, mRNA-1273.
La fabricación de ADN y ARN se basa en procesos estandarizados y bastante simples. Las vacunas de ADN se producen en bacterias. que crecen durante la noche mientras Las vacunas de ARN se producen en tubos de ensayo. usando una reacción bioquímica que solo lleva horas. Las vacunas basadas en genes podrían producirse extremadamente rápido en comparación con las vacunas tradicionales o basadas en proteínas.
Vacunas de virus amigables
El principal problema con las vacunas basadas en genes es llevar el ADN o ARN a donde necesita estar. Una forma elegante de resolver este desafío es utilizar un virus inofensivo como sistema de entrega. Los virus son extremadamente buenos para penetrar las células; Una vez dentro, un virus con genes del SARS-CoV-2 podría usar la maquinaria de la célula para producir proteínas para desencadenar una respuesta inmune para el coronavirus.
Esta técnica está siendo implementada por algunas compañías alrededor del mundo. Por ejemplo, con sede en Hong Kong CanSino Biologics está insertando el gen del coronavirus que codifica la proteína espiga en un adenovirus. Utilizaron esta estrategia para producir el primera vacuna contra el ébola aprobada por el gobierno, y los ensayos clínicos de un adenovirus diseñado que protegería contra el coronavirus ya han comenzado en China.
La producción de vacunas administradas por virus inofensivos es más lenta que la producción de vacunas de ADN o ARN porque involucra el cultivo de células de mamífero de crecimiento lento. Sin embargo, al igual que la producción de vacunas basadas en genes, se basan en procesos existentes que aprovechan los virus que han sido optimizados para la fabricación.
Contener la epidemia con vacunas imperfectas.
Si bien el ritmo del desarrollo de la vacuna COVID-19 no tiene precedentes, el cronograma para la vacunación masiva sigue siendo incierto. La gran cantidad de enfoques que se siguen puede dar la impresión de desesperación y confusión, pero en realidad es tranquilizador. Este enfoque múltiple es una forma de cubrir la apuesta de desarrollo de la vacuna.
Es poco probable que las primeras vacunas desarrolladas sean 100 por ciento efectivas y fáciles de producir a gran escala. Siendo realistas, los investigadores desarrollarán una serie de vacunas suficientemente buenas que se pueden producir utilizando diferentes tipos de infraestructuras de fabricación. Mientras estas vacunas al principio puede tener una eficacia limitada, la diversidad en los procesos de fabricación permitirá a las empresas fabricarlos y distribuirlos rápidamente, comprando tiempo y ayudando contener la epidemia actual y prevenir brotes futuros.
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