HomeBIOMEDICINA & SALUTEI vaccini anti-COVID: cosa sono e come vengono fabbricati?

I vaccini anti-COVID: cosa sono e come vengono fabbricati?

In seguito alla pubblicazione della sequenza genetica del virus della sindrome respiratoria acuta grave 2 (SARS-CoV-2) nel gennaio 2020, le aziende farmaceutiche di tutto il mondo hanno gareggiato per sviluppare un vaccino sicuro ed efficace, con molti che hanno raggiunto studi clinici a tempo di record . In confronto, erano trascorsi 22 mesi dallo scoppio di MERS-CoV nel 2012 prima che fosse disponibile un vaccino approvato. Il metodo di azione e i componenti di un particolare vaccino possono variare enormemente, proprio come i virus che proteggono da cellule diverse e prendono strade diverse per l’infezione. È stato ben segnalato che SARS-CoV-2 induce una serie di risposte immunitarie nei pazienti, con alcune che rimangono non sintomatiche mentre altre altrettanto pesantemente infette necessitano di ricovero, e questa variabilità rende lo sviluppo di un vaccino di lunga durata che garantirà l’immunità a tutta la popolazione altamente impegnativa.

SARS-CoV-2 si lega al recettore dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2), che è espresso in molti tessuti e organi in tutto il corpo, in particolare nei polmoni, nell’intestino e nel cervello. L’ampia presentazione del recettore ACE2 è in parte la ragione dei sintomi altamente variabili di COVID-19. I linfociti T sono responsabili della memoria immunitaria e della generazione di anticorpi ad alta affinità, e i pazienti infetti da SARS-CoV-2 tendono a mostrare livelli elevati di anticorpi per periodi significativi dopo l’infezione A differenza della maggior parte degli altri vaccini che sono inattivati particelle che non hanno capacità di produrre malattie) o attenuati (resi meno dannosi o virulenti), molti dei vaccini approvati per l’uso contro COVID-19 finora sono basati sulla nanotecnologia.

Vaccini a mRNA

Due delle prime aziende ad annunciare un vaccino di successo sono state Moderna e Pfizer-BioNTech, che utilizzano entrambe nanoparticelle lipidiche per incapsulare un carico utile di mRNA. L’mRNA codifica per la produzione di un antigene noto per essere specifico per SARS-CoV-2, consentendo al macchinario della cellula di produrre l’antigene al quale il corpo svilupperà quindi l’immunità. L’uso di un trasportatore di nanoparticelle lipidiche può potenzialmente fornire diversi vantaggi, tra cui la possibilità di rilascio citoplasmatico diretto e una maggiore specificità verso le cellule che presentano l’antigene. I dettagli completi di ciascuna formulazione devono ancora essere rilasciati, sebbene la nanoparticella lipidica Pfizer-BioNTech sia nota per essere leggermente cationica, il che potrebbe potenzialmente aiutare l’internalizzazione cellulare a causa della leggera carica negativa della membrana cellulare.

Entrambi i vaccini Moderna e Pfizer-BioNTech utilizzano mRNA che codifica per la proteina spike di SARS-CoV-2, la proteina che si legherebbe al recettore ACE2. La proteina spike è costituita da due subunità, la prima delle quali è responsabile del legame iniziale con ACE2 mentre la seconda promuove la fusione virale. Il vaccino Moderna, mRNA-1273, codifica specificamente per la forma di pre-fusione della proteina ed è in gran parte intatto oltre a due sostituzioni di amminoacidi nelle posizioni 986 e 987 che aiutano a mantenere la proteina stabile in questo stato di pre-fusione. La nanoparticella lipidica circostante è composta da quattro lipidi, la cui struttura esatta deve ancora essere annunciata. Tuttavia, i vaccini a base di nanoparticelle lipidiche sviluppati in precedenza da Moderna contengono 1,2-distearoil-sn-glicero-3-fosfocolina, colesterolo e polietilenglicole-lipide.

L’mRNA utilizzato dal vaccino Pfizer-BioNTech (BNT162) codifica solo per il dominio di legame del recettore della proteina spike, che si trova sulla prima subunità della proteina. L’mRNA è stato modificato per incorporare 1-metilpseudouridina, che aiuta a ridurre l’immunogenicità dell’mRNA e aumenta la velocità di traduzione, molto probabilmente attraverso una migliore stabilità della molecola, anche se questo deve ancora essere completamente chiarito. Ancora una volta, la formulazione esatta del trasportatore di nanoparticelle lipidiche non è stata pubblicata, anche se documenti precedenti dell’azienda indicano che potrebbe contenere fosfatidilcolina, colesterolo e polietilenglicole-lipide.

La tecnologia di vaccinazione impiegata da queste aziende non è stata ancora approvata in seguito a studi clinici iniziali per qualsiasi altra malattia, sebbene in questo caso il tempo di sviluppo relativamente rapido e l’urgenza della situazione abbiano portato questa tecnologia alla ribalta. Poiché il vaccino in sé non contiene l’antigene, vi sono poche possibilità di neutralizzazione nel siero e i regimi di richiamo ripetuti sono meno proibitivi. Poiché l’RNA si replica nel citoplasma, non ha bisogno di essere localizzato nel nucleo, come il DNA. Tuttavia, i vaccini a DNA generalmente offrono una replicazione più a lungo termine e hanno meno probabilità di richiedere ulteriori potenziamenti. Alla luce di ciò, molte altre aziende hanno invece lavorato a un vaccino vettore virale basato sul DNA.

Vaccini virali vettoriali

Gli adenovirus sono virus semplici senza involucro che contengono un genoma di DNA lineare a doppio filamento e sono responsabili di una varietà di malattie, compreso il comune raffreddore. I vettori dell’adenovirus sono utilizzati nei vaccini per esprimere antigeni estranei e quindi stimolare una risposta immunitaria, ottenuta sostituendo sezioni di DNA all’interno dell’adenovirus. Il DNA adenovirale non si integra nel genoma dell’ospite e non viene replicato durante la divisione cellulare. Poiché l’adenovirus proviene da una famiglia di virus comuni, compreso il comune raffreddore, molti pazienti hanno già sviluppato anticorpi neutralizzanti, che hanno portato all’uso di adenovirus che si erano originariamente evoluti per infettare altre specie e per i quali gli esseri umani non hanno immunità.

Il vaccino Oxford-AstraZeneca (ChAdOx1) utilizza un vettore di adenovirus derivato dallo scimpanzé, incorporando sequenze genetiche che istruiscono il macchinario cellulare per produrre la proteina spike intera di SARS-CoV-2. Sono state apportate alcune modifiche alla sequenza genetica che impedirebbero la replicazione e migliorerebbero la traduzione, in particolare eliminando E1 ed E3 e incorporando una sequenza leader dell’attivatore del plasminogeno tissutale. L’azienda cinese di vaccini CanSino ha adottato un approccio simile, sebbene abbia utilizzato un adenovirus originario dell’uomo che viene spesso impiegato come vettore di vaccini: l’adenovirus di tipo 5. L’azienda ha notato che circa la metà dei loro primi partecipanti aveva un’immunità preesistente verso l’adenovirus di tipo 5, rispetto a solo 1 paziente su 98 per il vaccino Oxford-AstraZeneca di scimpanzé.

Entrambi i vaccini hanno dimostrato alcuni effetti avversi nei primi studi clinici, inclusi dolore da lieve a moderato, affaticamento e mal di testa, con il vaccino Oxford-AstraZeneca co-somministrato con il farmaco antinfiammatorio paracetamolo come precauzione che sembrava ridurre questi problemi.

Efficacia e alternative

Dozzine di altre aziende stanno lavorando per creare un vaccino sicuro e affidabile, alcune utilizzando le tecnologie sopra descritte, mentre altre si affidano a piattaforme di vaccino virale attenuate o inattivate più classiche. Tuttavia, questi ultimi sono raramente adatti all’uso con individui immunocompromessi, il che li rende tutt’altro che ideali per la protezione dei più vulnerabili. Ognuno dei tre vaccini discussi in dettaglio qui, BNT162 (Pfizer-BioNTech), mRNA-1273 (Moderna) e ChAdOx1 (Oxford-AstraZeneca), hanno dimostrato di possedere un profilo di sicurezza accettabile durante la fase I, II e III clinica, essendo stati ora somministrati a molte migliaia di pazienti da tutto il mondo. Tutti riportano un alto grado di efficacia, dichiarato fino al 95% a seconda del gruppo di età, sesso, etnia, stato di infezione e regime di dosaggio.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche 

Vergara RJD et al. J Public Health 2021 Jan 18:fdaa282.

Mellet J, Pepper MS. Vaccines 2021 Jan 11; 9(1):E39.

Voysey M et al. Lancet. 2021 Jan 9; 397(10269):99-111.

Chung YH et al. ACS Nano 2020; 14(10):12522-12537.

Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica e salute sui siti web salutesicilia.com, medicomunicare.it e in lingua inglese sul sito www.medicomunicare.com
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