Как сделана российская инактивированная вакцина от нового коронавируса
В ряду российских вакцин от коронавируса пополнение — Научный центр исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени Чумакова РАН сообщил, что закончил тесты на животных и уже получил разрешение Минздрава на клинические испытания. Это уже третья российская разработка, после НИЦЭМ им. Гамалеи и «Вектора» допущенная к испытаниям на людях. N + 1 поговорил с сотрудниками Центра о вакцине и ее отличиях от других российских разработок.
Многие российские разработчики, в частности «Вектор», Центр им. Гамалеи и BIOCAD, поставили на новые технологии и работают над вакцинами на основе вирусных векторов, ДНК и РНК. В Центре Чумакова пошли традиционным путем — здесь сделали инактивированную вакцину (подробно о том, какие виды вообще бывают вакцины, и какие из них разрабатывают в России, можно прочитать в наших материалах «Догнать и предупредить» и «На острие иглы»).
Инактивированным вакцинам больше полувека — так что они изучены вдоль и поперек и проверены на разных болезнях. С ними сталкивались все, кто делал прививки от бешенства или энцефалита. Кроме отличной изученности, они могут похвастаться умеренным иммунным ответом и относительной простотой разработки. Российскую вакцину от энцефалита центр Чумакова производит с 80-х годов — это его разработка. Здесь же производят инактивированную вакцину от полиомиелита.
«С нашей [новой] вакциной, — рассказывает Любовь Козловская, заведующая недавно созданным в Центре отделом актуальных и вновь возникающих инфекций с пандемическим потенциалом — всё, думаю, довольно понятно. Было ясно, что нам придётся её разрабатывать на том, что есть. У нас есть готовая платформа для инактивированных вакцин. Когда ты производишь вакцину на существующей платформе, на существующей технологии, можно предполагать, какая у неё будет длительность иммунного ответа, как быстро поднимутся и какими приблизительно будут титры антител, какие будут побочные реакции и как можно их избежать».
Вакцину того же типа, по данным Всемирной организации здравоохранения, делают Китай (сразу несколько, и одна вакцина уже вышла на третью фазу клинических испытаний), Казахстан и Индия.
В случае инактивированных вакцин наша иммунная система учится на «трупах» патогенов — они уже не могут ни размножаться, ни заражать клетки. Помимо безопасности, пассивность этой конструкции служит залогом того, что иммунная система не перевозбудится. При этом она сможет познакомиться с патогеном целиком и самостоятельно подобрать с вирусных «трупов» те детали-антигены, которые ей понравятся — исследователям нет надобности подбирать их специально и создавать синтетические конструкции (как это приходится делать создателям вакцин нового поколения, к которым относятся и разработка Центра им. Гамалеи, и новосибирского «Вектора»).
С теми же характеристиками — цельностью вириона и его пассивностью — связаны, впрочем, и недостатки инактивированных вакцин. Они привлекают внимание иммунитета — и особенно Т-клеток — хуже деятельных векторных и аттенуированных вакцин, и потому его память оказывается короче. Поэтому приходится стимулировать его при помощи дополнительных раздражителей и чаще прививаться. Эта же слабость есть и у белковых вакцин.
Кроме того, чтобы получить коронавирусные «трупы» для вакцины, исследователям для начала нужно размножить сам вирус. Работать с патогенными штаммами не всегда удобно и повышает требования к безопасности.
Схема производства инактивированной вакцины выглядит просто. Надо наработать достаточное количество вируса, обезвредить его, очистить, добавить «усилители» — и после этого уже можно колоть полученный препарат пациентам. Тем не менее, в этом деле полно нюансов. Даже имея значительный опыт за плечами, создать инактивированную вакцину от коронавируса оказалось нетривиальной задачей, признают в беседе с N + 1 разработчики.
«В нашем случае главной проблемой был просто сам новый вирус, — говорит Любовь Козловская. — Нет никаких регламентирующих вещей: какой вирус, какой штамм надо брать. Вирус появился за три месяца до того, как мы начали разрабатывать [вакцину]. Было непонятно, сможет ли он расти на тех клетках, которые мы используем? Не придется ли нам заново все [линию клеток, параметры роста] отрабатывать?»
Кроме того, продолжает она, в центре не было штамма коронавируса. Ученым пришлось выделять его из проб пациентов, секвенировать, выяснять — подойдет ли он на роль вакцинного штамма, похож ли он на те, которые циркулируют хотя бы в России. К счастью, проблем с клеточной линией не возникло и для роста вирусу вполне подошла стандартная.
После того как ученые получили посевной материал, инициатива перешла к отделу разработки, который занялся технологией производства вакцины.
Чтобы получить достаточное количество вирусов для вакцины их необходимо размножить. Самостоятельно, они это сделать не могут, так что для этого их подсаживают к культурам клеток. Те заражаются, синтезируют в огромных количествах вирус и потом погибают, а вирусы идут на производство вакцины.
В том или ином виде этот этап есть в производстве любых вакцин на основе вирусов. Для векторных вакцин нужно размножить основу, например аденовирус, а в случае инактивированных или аттенуированных вакцин разработчики имеют дело с самим патогеном. Но на разных производствах процесс сильно отличается в зависимости от вируса, целей и технической оснащенности.
Опасность вируса играет важную роль: за основу для векторов берется довольно безобидный вирус, а в центре Чумакова работают с настоящим SARS-CoV-2, который по российским метрикам относится ко второму классу патогенности. В частности это означает, что в лаборатории должно быть деление на инфекционную и неинфекционную зоны, повышенные требования к вентиляции и изоляции помещений, дополнительные СИП и особые правила поведения для сотрудников.
Впрочем, отмечают исследователи, с активными вирионами сотрудники контактируют только на самых ранних этапах производства, когда происходит первичный посев вируса.
Это делается вручную, а потом полученной смесью без непосредственного контакта засевают биореактор — агрегат с большой одноразовой емкостью, заполненной питательной средой и шариками-микроносителями. Питательная среда нужна для клеток Vero, которые растут на шариках и служат фабриками по размножению вируса. Биореакторы с микроносителями это довольно новая технология, благодаря которой получается увеличить площадь поверхности, на которой растут клетки, и обеспечить им равномерный pH, температуру, доступ кислорода, и питательных веществ.
Вопреки опасениям ученых вирус хорошо размножался на стандартной линии клеток Vero и ничего нового тут изобретать не пришлось. После того как клетки подрастут, их заражают и ждут еще 3-4 суток, а затем смесь обезвреживается, не покидая биореактора. Обычно это делается нагреванием или формальдегидом, но в центре Чумакова используют более прогрессивный бета-пропиолактон. Нагревание может изменить конформацию белков вируса и тем самым изменить их до неузнаваемости для нашей иммунной системы, тогда как бета-пропиолактон просто запирает навечно нуклеиновые кислоты внутри вириона. По сравнению с формальдегидом (который тоже воздействует в основном на нуклеиновые кислоты) c бета-пропиолактоном работать быстрее и приятнее: он инактивирует вирус всего за сутки (против двух недель для формальдегида) и нейтрализуется потом простым нагревом до 37 градусов Цельсия.
После этого вирионы отправляют на фильтрацию и хроматографические очистки, а одноразовую емкость уничтожают. Дополнительно проверяют то, насколько хорошо сработал бета-пропиолактон: обливают полученным раствором клетки и смотрят, заразили ли их инактивированные вирусы.
Кроме вируса, в вакцину добавили стандартный адъювант — гидроокись алюминия. Сами по себе «мертвые» вирусы не способны привлечь внимание иммунной системы, и адъювант им в этом помогает: он собирает их на себе и стимулирует их поедание иммунными клетками.
Регламент доклинических и клинических испытаний подробно прописан, но даже внутри него у исследователей остается определенная свобода действий.
«Самый творческий подход можно проявлять как раз при проверке иммуногенности, — говорит Козловская. — Вы можете взять тех животных, которые, как вы считаете, вам лучше подойдут. Все, что регламентировано, — это то, что их должно быть два вида. В нашем случае это были мыши и обезьяны-мармозеты. С ними немножко проще работать, чем с большими [приматами]. У нас есть своя колония, и это облегчает задачу. Ну, и приматы значительно ближе к человеку, чем любая мышь».
Первым делом нужно было отработать дозу и схему вакцинации — на это и ушла большая часть мышей. Эффективность выбранной дозы исследователи подтвердили на мышах другого гаплотипа и только после этого принялись за дорогие и сложные эксперименты на мармозетах — маленьких нечеловекообразных обезьянках родом из Нового Света.
После подбора иммуногенной дозы вакцину проверили на безопасность: посмотрели общую токсичность, способность вызывать жар и аллергию как сразу, так и спустя некоторое время. Тут всё по протоколу: аллергенность принято смотреть на кроликах, а хроническую токсичность — на морских свинках.
Во всех тестах исследователи сравнивали вакцинированных животных с контрольными, которым вместо рабочего препарата кололи плацебо. По словам Анастасии Пиняевой, руководительницы отдела разработки и внедрения инновационных и полупромышленных технологий, побочных эффектов в тестовой группе и контрольной группах не нашлось, но при этом у тестовых животных появлялись антитела к S-белку коронавируса в «достаточных» с точки зрения исследователей титрах.
Сравнить эту «достаточность» пока что невозможно: данные испытаний Центр им. Чумакова не опубликовал, равно как «Вектор» и Центр им. Гамалеи (хотя оба они уже перешли от экспериментов с животными к людям).
Как обычно смотрят иммунный ответ
Иммунный ответ в экспериментах с животными смотрят практически так же, как и у испытуемых людей на первых стадиях клинических испытаний: по титрам антител и Т-клеточному ответу (мы описывали это в материале о вакцине Центра им. Гамалеи и заметке о завершении клинических испытаний британской и китайской вакцин).
Проверять эффективность вакцины, заражая животных вирусом, в данном случае бессмысленно, — многие из них совсем не болеют COVID-19 и в целом это не входит в стандартный комплекс доклинических исследований.
В России создают линии мышей, чувствительные к SARS-CoV-2, а некоторые ученые проводят тесты на сирийских хомячках. Но хорошо отработанной модели для подобных проверок пока нет.
Кроме того, исследователи подчеркивают, что из-за самой новизны и малой изученности инфекции не совсем понятно, «сколько надо антител, когда они будут нейтрализоваться, как долго они должны держаться».
Но для того чтобы наверняка получить устойчивый иммунитет они — как и многие другие разработчики — решили подстегнуть иммунную систему повторной, «бустерной» прививкой. «Ввиду того, что это всё-таки пандемия, и нам нужно как можно быстрее достичь максимальных титров, которых мы можем достичь... мы решили, что это [будет] двукратная вакцинация с двухнедельным интервалом. Опять же, чтобы это просто было быстрее» — рассказывает Любовь Козловская. При такой схеме, уже спустя месяц после первой вакцинации антитела выходят на плато с титрами больше, чем 1 на сотню.
Инактивированные вакцины нацелены на антительный ответ, а Т-клеточный ответ обычно минимальный. Это связано с тем, что инактивированные вирионы не заражают клетки и из-за этого не могут быть представленными Т-лимфоцитам должным образом. Тем не менее, предварительные результаты экспериментов на мышах говорят о том, что у животных всё-таки формируется пул Т-клеток, которые при повторной встрече с антигеном начинают усиленно делиться. Это значит, что вакцина может включать не только антительный, но и клеточный иммунный ответ.
Часть животных будут наблюдать еще в течение некоторого времени, но в целом доклинические испытания завершены. Ученые приступают к тестам на людях.
В самых первых испытаниях безопасности планируется привить всего 15 человек. В течение пары недель за ними будут наблюдать в стационаре и если за это время не всплывет каких-то серьезных побочных эффектов, то ученые приступят к расширенным испытаниям. Всего в них примет участие двести человек, из которых 150 получат вакцину, а 50 — плацебо. Оценивать будут стандартные параметры: побочные эффекты, титры антител и т-клеточный ответ, причем это будет двойное слепое исследование, — пациенты и врачи из лабораторий на местах не будут знать, кому какой вариант вакцины достался.
По итогам испытаний планируется получить временное регистрационное удостоверение и приступить в 2021 году к третьей фазе КИ. На вопрос, будут ли кого-нибудь прививать на основании временной регистрации вне клинических испытаний, в центре Чумакова ответили, что не исключают возможности производства вакцины не для клинических исследований.
По сравнению с другими разрабатываемыми вакцинами, инактивированные требуют большего надзора в плане безопасности. Это может сказаться на цене и доступности вакцины и стать препятствием для расширения производства: не всякое помещение подходит для работы с SARS-CoV-2 и не любая компания имеет для этого оборудование и разрешение.
В центре Чумакова планируют справляться своими силами. У них есть собственное отлаженное производство, на котором в частности работают с вирусами того же класса патогенности, — с тем же вирусом клещевого энцефалита. Его мощностей — по словам исследователей — должно ориентировочно хватить на десять миллионов доз коронавирусной вакцины в год, а при необходимости их можно расширить, поставив дополнительные биореакторы.
Вера Мухина