На острие иглы

На 29 июня в пока нет, 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