На острие иглы

На 29 июня в списке разрабатываемых вакцин от коронавируса, который ведет Всемирная организация здравоохранения, 149 препаратов. 17 из них уже проходят клинические испытания, остальные 132 пока что проверяют на животных. Список ВОЗ ограничивается только теми вакцинами, о которых организации заявили сами разработчики. Он неполон, но его удобно использовать в качестве ориентировки. Десять из них — это российские вакцины, причем одна уже вышла «в клинику». В конце мая заместитель премьер-министра России Татьяна Голикова говорила, что число российских вакцин намного больше — их 47, а позже сообщала, что уже этой осенью две из них могут пойти в производство. N + 1 разбирается, что вообще за вакцины разрабатывают в России и что о них известно.

Все разрабатываемые вакцины можно разделить на несколько типов по платформам, на которых они разрабатываются. Каждый из них имеет свои плюсы, минусы, сроки разработки.

По скорости прохождения клинических испытаний в глобальной вакцинной гонке сейчас лидирует ChAdOx1-S на векторной основе. Это совместная разработка Оксфордского университета и компании AstraZeneca, которая уже набирает добровольцев для третьей фазы клинических исследований в Великобритании, США и Бразилии. Также достаточно шустрыми оказались вакцины на основе нуклеиновых кислот, — они составляют почти половину из «добежавших» до клиники препаратов.

Если смотреть на географию вакцин в клинике, то тут по количеству ожидаемо лидирует Китай (7 из 17). Несколько клинических исследований проводят институты и компании США и Великобритании, есть корейская, немецкая и российская разработки.

Несмотря на все эти рейтинги и то, что некоторые разработчики уже озвучивают примерные сроки выпуска вакцин, ориентироваться на них не стоит, — слишком многое может пойти не так. Для регистрации вакцина должна пройти три этапа клинических исследований. Среди 70% прошедших первый уровень на втором выживает порядка 30%, еще немного отсеивается на третьем. В итоге до рынка доходят единицы.

С каждым новым уровнем возрастает и время на его преодоление — если первую стадию можно пройти за месяцы, то вторая и третья растягиваются на года. Среднее время разработки вакцин с нуля — около десяти лет. С 1967 года мировой рекорд принадлежит вакцине от свинки, — ее сделали и одобрили за четыре года. Вакцина rVSV‐ZEBOV от вируса Эбола, клинические испытания которой начались в 2014 году, была одобрена лишь в конце 2019 года — и это самый стремительный «спринт» за последние годы, в немалой степени мотивированный вспышками Эболы в Африке.

Пока для большинства вакцин нет даже результатов доклинических исследований, так что говорить с уверенностью о том, какая из них и когда будет готова — явно рано. Тем не менее, уже известны некоторые детали дизайна вакцин-кандидатов. Зная предысторию их создания и судьбу вакцин аналогичного типа, можно предсказать их сильные и слабые стороны. Ниже мы собрали все, что известно на текущий момент о российских вакцинах, с которыми, — если они дойдут до промышленного производства и необходимость в вакцинации не отпадет — нам предстоит иметь дело.

Пока в списке ВОЗ есть 10 российских кандидатов.Про остальные 37 вакцин, упомянутых в мае вице-премьером Голиковой, но отсутствующих в списке ВОЗ, известно крайне мало. Нам известно о разработках, принадлежащих ФНЦ им. Чумакова, Институту биоорганический химии РАН, Институту экспериментальной медицины и Казанскому федеральному университету.

Идеальная вакцина должна обладать несколькими свойствами. Во-первых, она должна быть безопасной. В случае с SARS-Cov-2 это особенно тонкий момент: основной процент тяжелых пациентов это люди с ослабленным иммунитетом, которым легко навредить. Во-вторых, она должна вызывать стойкий, но не чрезмерный противовирусный ответ. Третья составляющая успеха — это точность иммунного ответа: он должен узнавать патогена в любой ситуации и не путать его ни с чем другим. Важны также удобство и цена вакцины: сколько стоит ее производство, насколько легко его наладить, как она хранится.

Часть успеха заключается в правильном подборе участка вируса, который должна запомнить иммунная система. В большинстве разрабатываемых синтетических коронавирусных вакцин это разные детали S-белка (которым вирус крепится к клеткам человека). Чем именно отличаются эти компоненты у российских вакцин, пока неизвестно.

Но для того чтобы иммунитет запомнил антигены, недостаточно их просто «положить» в человека. Иммунной системе нужно показать эти антигены в правильном месте, а заодно «объяснить», что это что-то опасное, и намекнуть, как реагировать при встрече — потому как существуют разные схемы иммунного реагирования для вирусов, бактерий или кишечных паразитов. Реализовать это можно с помощью разных подходов, у каждого из которых есть свои преимущества и недостатки.

Сломать вирус

(10 вакцин в списке ВОЗ, 1 — в России)

Есть несколько способов сымитировать нападение настоящего патогена. Самый простой — скормить иммунитету настоящий вирус, безнадежно испорченный при помощи нагревания или химической обработки. Вакцины этого класса — инактивированные — хорошо изучены и давно применяются на практике.

Именно такой препарат делают в ФНЦ им. Чумакова (нет в списке ВОЗ). По прогнозам генерального директора центра, доклинические испытания завершатся не раньше августа, а клинические — в январе.

Недостаток таких вакцин в том, что сломанные вирусы привлекают внимание иммунитета хуже активных, и его память оказывается короче. Поэтому приходится стимулировать его при помощи дополнительных раздражителей. Кроме того, для разработки и производства требуется много работать с патогенными штаммами, что не всегда удобно и в целом повышает требования к безопасности.

С другой стороны, работа с любыми целыми вирусами удобна тем, что исследователю нет надобности самому выбирать детали-антигены, которые понравятся иммунной системе, — она получит все и выберет сама.

Ослабить вирус

(2 в списке ВОЗ, 0 — в России)

Другой подход заключается в «приручении» вируса, — путем долгого выращивания в культурах клеток животных опасный штамм накапливает мутации и становится неспособен полноценно заражать человека. Так устроена классическая вакцина от кори.

Ослабленные (аттенюированные) вирусы вызывают яркий и стойкий иммунный ответ, но тоже не очень удобны в разработке: нужно работать с патогенными штаммами, разрабатывать каждую новую вакцину с нуля и потом долго доказывать, что «прирученный» штамм безопасен. При этом такие вакцины могут не рекомендовать использовать пожилым и людям с ослабленным иммунитетом, — их организм может не справиться и с ослабленным вирусом. 

В списке ВОЗ есть пара организаций, которые поставили на этот тип вакцин против коронавируса, но в России такие разработки не идут.

Подделать вирус

(36 в списке ВОЗ, 5 — в России)

Третий подход — один из наиболее используемых сейчас — сконструировать гибридный вирус, или вектор. Пока «в бой» регуляторы пустили всего одну вакцину этого класса — это вакцина против вируса Эбола, получившая одобрение в 2019 году американского FDA и Европейского агентства медицинских средств. Несколько подобных находятся на последних стадиях проверки.

Этот метод хорош своей универсальностью, — меняя только начинку, можно относительно быстро разрабатывать разные вакцины. 

В то же время нужно очень аккуратно выбирать антигены для вставки в упаковочный вирус и быть уверенным, что иммунная система точно сможет опознать и добраться до них при настоящем заражении.

В условиях «коронавирусной гонки», самый удобный способ сократить время производства — это работать с такими универсальными заготовками, в которые нужно лишь вставить подходящий для конкретного вируса антиген. Помимо ускорения, использование заготовок снижает цену разработки и увеличивает шансы препарата добраться до рынка: их безопасность уже проверена, поэтому шанс получить вредную модификацию ниже, чем у абсолютно нового варианта. Способов «подделать» вирус два.

Первый способ: нереплицирующиеся вирусные векторы (19 в списке ВОЗ, 1 — в России).

Что это такое. В природе аденовирусы вызывают простуду, но чтобы сделать их безопасными переносчиками, их «кастрируют» — убирают необходимые для размножения гены и вместо них вставляют нужные гены вирусной «начинки». Но снаружи такая конструкция выглядит как настоящий аденовирус, у нее сохраняется способность заражать клетки и заставлять их синтезировать свои белки. Сигналы SOS от зараженных клеток и вирусные белки привлекают внимание иммунной системы и провоцируют ответную реакцию, — и так вместе с белками вируса-оболочки иммунные клетки запоминают и белки патогена.

Кто этим занимается. Примером такой конструкции может служить рекомбинантный аденовирус человека 5 серотипа, на базе которого делают вакцину в НИЦЭМ им. Гамалеи. Это единственная пока что вакцина, которая вышла на стадию клинических испытаний в стране. Для института это не первая их аденовирусная разработка: ранее здесь сделали вакцину против Эболы, зарегистрированную в РФ и проходящую последнюю, — четвертую — стадию клинических исследований. В 2019 году в центре начали клинические испытания аналогичной вакцины от MERS и именно ее модификация легла в основу новой вакцины от SARS-CoV-2. 

Аденовирусные вакцины готовят зарубежные команды, среди которых CanSino Biologics, Johnson & Johnson и Оксфордский университет. В основе их работы лежат исследования этого типа вакцин для других болезней, — вирусов Эбола, Зика и иммунодефицита человека.

Плюсы/минусы.

Аденовирусные вакцины планируют применять от разных вирусов, но пока во всем мире готова

 — это вакцина от бешенства для собак. Вакцина против Эбола, разработанная в НИЦЭМ им. Гамалеи, допущена для «экстренного» использования, но данных о том как она действует на пожилых людей, детей или людей с ослабленным иммунитетом

. Та же история и у двух других ее аденовирусных конкурентов.

Эффективность таких вакцин зависит от антигенов, выбранных для начинки и от наличия у человека устойчивости к вирусу оболочки. Организм уже может быть знаком с аденовирусными инфекциями и при новой встрече поднимет на борьбу с ней уже имеющиеся клетки памяти, а антигены начинки, ради которых всё и затевалось, запоминать не станет. Так у многих людей живущих в Азии и субсахарной Африке уже есть иммунитет к одному из типов аденовируса. Сейчас существуют наработки по тому чтобы обойти эту проблему, но будут ли они применены в российской вакцине и необходимо ли это — неизвестно.

Второй способ: реплицирующиеся вирусные векторы (17 в списке ВОЗ, 4 — в России).

Что это такое. Описанный выше способ переделки вируса-упаковки — не единственный. Можно не запрещать ему размножаться, как это делают в НИЦЭМ им. Гамалеи, а заменить в нем часть других важных генов на гены вируса, против которого разрабатывают вакцину.

Так, в основе одобренной FDA вакцины против Эболы лежит вирус везикулярного стоматита (VSV), у которого гены его поверхностных белков заменены на гены поверхностных белков Эболы. Получается, что в шкуре страшной Эболы сидит довольно безопасный вирус везикулярного стоматита. Иммунитет с ним легко справляется и учится распознавать по внешнему виду, то есть по белкам Эболы. Поэтому если в организм попадает настоящая Эбола, он ее тоже узнает.

Кто этим занимается. В гонке вакцин от SARS-CoV-2 участвуют такие варианты, в России их как минимум четыре: три делают в новосибирском «Векторе», еще одну в петербургском Институте экспериментальной Медицины, совместно с компанией BIOCAD.

Одна из разработок «Вектора» устроена именно так, как описано выше: в ней часть вируса везикулярного стоматита заменена на детали из SARS-CoV-2. Кроме этого, «Вектор» дополнительно попробовал спрятать гены SARS-CoV-2 в ослабленные вирусы гриппа и кори. Выбор вирусных основ связан, по-видимому, с существующими наработками. Так, на сайте «Вектора» указано, что они разрабатывают вакцины против пандемического гриппа H1N1 и против кори на основании живых ослабленных вирусов. Если они уже прошли первичную проверку безопасности, их можно использовать в качестве основы.

Разработка института экспериментальной Медицины ведется на основе вакцины от гриппа. Опыт работы с гриппом у них есть: две вакцины института от H1N1 и H5N2 прошли первую и вторую стадии клинических испытаний и зарегистрированы в России, еще несколько находятся на более ранних этапах.

Плюсы/минусы.

 Векторные вакцины попадают внутрь клетки и ведут себя почти как настоящие патогены. Это позволяет иммунитету правильно оценить ситуацию и включить адекватный противовирусный ответ с участием Т-клеток. У вакцин на основе вируса гриппа есть своя «фишка» — они закапываются в нос. Это повторяет естественный путь попадания вируса в организм и, по идее, может помочь настроить организму иммунный ответ и правильно локализовать его. Все остальные обсуждаемые вакцины вводятся внутримышечно.

Кроме «подделок», есть и методы, позволяющие вообще обойтись без вируса — как того, от которого мы хотим сделать вакцину, так и того, который мы используем в качестве вектора.

Белковые вакцины

(51 в списке ВОЗ, 3 — в России)

Что это такое. Это класс «мертвых» вакцин, которые не умеют заражать клетки, заставлять их синтезировать вирусные белки и показывать их иммунной системе. Вместо этого вирусные белки делают в лаборатории, а потом инъецируют их вместе с адъювантами — дополнительными веществами-раздражителями, на которые реагирует иммунная система. Никаких вирусных носителей в этом случае не используется.

В качестве адъювантов могут браться разные вещества. Самый распространенный вариант, — соли алюминия. Они аккумулируют антигены и потом вместе с ними заглатываются клетками иммунной системы, которые, по не до конца понятным причинам, любят такое блюдо больше, чем просто антигены. Соли алюминия безопасны и активно применяются в вакцинах против бактерий.

Кто этим занимается. Две таких вакцины делает «Вектор», а также московский НИИ Вакцин и Сывороток им. Мечникова. Какие именно адъюванты используются в разработках «Вектора» и Института Вакцин, неизвестно.

Нечто промежуточное между векторными вакцинами и белковыми создают ученые из МГУ (подробно можно прочитать в нашем предыдущем материале). Они работают с незаразным для человека вирусом табачной мозаики, поверхность которого «обклеивается» белками SARS-CoV-2 и (при необходимости) других коронавирусов. По идее исследователей, вирус табачной мозаики выступает в роли естественного адъюванта и должен вызывать хороший иммунный ответ, а белки коронавируса будут расположены на поверхности такой частицы в правильной ориентации.

Плюсы/минусы. Проблемы вакцин такого типа в том, что часто они дают кратковременную и слабую реакцию организма, — иммунитет не совсем понимает, с чем имеет дело, и задействует в основном антительный ответ, не вовлекая в борьбу очень эффективные против вирусов Т-клетки. В противовес «живым» вакцинам, «мертвая» не может поддерживать себя в организме самостоятельно и для того чтобы закрепить ответ, часто требуется неоднократное введение вакцины и большие дозы вирусных белков. Что касается конкретно солей алюминия, то в случае с вирусами — несмотря на широкое применение в бактериальных вакцинах — они могут быть неэффективны.

В то же время такие вакцины могут оказаться спасением для людей с очень сильно ослабленным иммунитетом, — в ней нет целых вирусов, и она не сможет спровоцировать даже минимальную инфекцию.

РНК-вакцины

(20 в списке ВОЗ, 2 — в России)

Что это такое. Эта технология пришла из онкоиммунологии, где с использованием молекул РНК были получены обнадеживающие результаты в генной терапии рака. Теперь ее активно адаптируют для производства вакцин — но пока ни одной готовой разработки нет.

По сути, это молекулы РНК, с которых при попадании в клетки человека начинается синтез белков, которые должна научиться узнавать иммунная система. В случае рака, это белки, специфичные для опухоли, а в случае коронавируса — белки с его поверхности.

Кто этим занимается. За рубежом эту методику использует, в частности, компания Moderna. В России это «Вектор» и компания BIOCAD.

Плюсы/минусы. Разработка таких вакцин идет очень быстро, особенно если основа генетической конструкции придумана и проверена заранее. Клинические испытания вакцины Moderna стартовали еще в феврале. Представитель BIOCAD подтвердил N+1, что у них тоже есть платформа для разработки мРНК-онковакцин, и они работают на ее основе, но деталей конструкции вакцины раскрывать не стал.

Вакцины на основе РНК хороши тем, что они, с одной стороны, должны быть безопасны и не могут вызывать инфекций, а с другой — находят правильный подход к иммунной системе, изнутри клетки. Это позволяет им, как и «живым» вакцинам, задействовать в иммунном ответе Т-клетки. Тем не менее, на сегодняшний день РНК-вакцины не могут похвастаться тем, что провоцируют яркий иммунный ответ. Основная проблема — транспортировка молекул. Молекулы РНК можно быстро и дешево синтезировать. Однако они легко разваливаются и требуют специальной упаковки, которая доставит их в клетки невредимыми. Известно, что BIOCAD планирует использовать для доставки липосомы - жировые оболочки, которые могут встраиваться в мембраны клеток. Что для этого использует «Вектор» — неизвестно.

Хрупкость РНК молекул и их неспособность копировать себя в организме приводит к тому, что для успешной вакцинации может потребоваться несколько инъекций. По идее, это можно обойти, запустив в клетку самореплицирующуюся РНК. Прибегают ли к этому российские разработчики, также пока неизвестно.

Ни одна вакцина этого типа не прошла все этапы клинических исследований и не зарегистрирована для использования на людях.

ДНК-вакцины

(13 в списке ВОЗ, 2 — в России)

Что это такое. Вместо молекул РНК можно использовать ДНК — эти молекулы более стабильны. Несмотря на то, что их выделяют в отдельный класс, суть их та же, что и у аденовирусных вакцин: куски ДНК патогена доставляются в клетку и с них стартует синтез РНК и белков. Куски этих чужеродных организму белков демонстрируются иммунной системе и та учится их распознавать. Вместо аденовируса-переносчика здесь используют другие методы доставки. ДНК могут запаковывать в жировые капли или «пропихивать» в клетки делая дыры в их мембране при помощи электропорации.

Кто этим занимается. Казанский Федеральный Университет и Институт биоорганический химии РАН. Первые сейчас тестируют свою разработку на мышах: делают им инъекции плазмид с генами SARS-CoV-2. Как сообщил N + 1 директор научно-клинического центра прецизионной и регенеративной медицины КФУ Альберт Ризванов, доклинические испытания продлятся еще два месяца. В ИБХ для переноса ДНК используют жировые капли, а для усиления эффекта вакцины планируют добавлять в них не только ДНК, но и белки SARS-CoV-2.

Плюсы/Минусы. Во многом характеристики ДНК и РНК вакцин сходны. Их легко произвести в больших объемах и разработать, но они вызывают относительно слабый иммунный ответ и никогда еще не применялись на практике. В плане устойчивости ДНК обыгрывает РНК, но у нее есть и свои недостатки.

Перспективы

Испытания российских препаратов находятся на ранних этапах, и как дальше сложится их судьба — непонятно. Предвосхитить ее, зная только механизм работы вакцины, невозможно. Большая часть исследователей начала не с нуля и успела проверить на первичную безопасность свои заготовки, но эффективность получившихся модификаций еще не проверена на людях. Проверка может занять продолжительное время, и лишь она покажет, насколько удачно подобраны антигенная начинка и «упаковка» каждой из них.

Отдельного внимания заслуживает то, что многие кандидаты относятся к новым и возможно недостаточно изученным классам: из векторных вакцин международные рекомендации пока заслужила лишь вакцина от вируса Эбола, а среди РНК-вакцин нет ни одной, что успешно прошла бы все клинические испытания. 

С другой стороны новая пандемия, требующая очень быстрой и безопасной вакцины, может помочь им проявить себя.

Вера Мухина