Valikko Sulje

Rokote koronavirusta vastaan

Infektiobiologian tutkimusryhmä, johon liityin vuoden vaihteessa, osallistuu mm. immunologian jatkokurssin opetukseen maisterivaiheen opiskelijoille. Syöpätutkijan taustastani johtuen sain luonnollisesti kontolleni syövän immunoterapian vastuualueen. Syövän immunoterapiaa tulenkin varmasti käsittelemään tulevissa postauksissani.  

Immunoterapian lisäksi perehdyimme myös rokotekehitykseen, ja yksi kotitehtäväkysymys, jonka annoimme fiksuille opiskelijoillemme oli: Miten kehittäisit rokotteen koronavirusta vastaan? Tässä on oma, hieman perusteellisempi vastaus.

Mitä ominaisuuksia hyvältä rokotteelta vaaditaan?

Hyvältä rokotteen täytyy täyttää neljä kriteeriä. Sen täytyy olla:

  • tehokas
  • turvallinen
  • pitkään säilyvä
  • edullinen

Tehokkuus

Ensinnäkin rokotteen täytyy aktivoida ne immuunipuolustuksen ns. muistisolut, jotka säilyttävät vastustuskyvyn rokotteen esittelemälle taudinaiheuttajalle. Suojan pitäisi kestää vähintään vuosia, parhaimmillaan koko ihmiselämän. Rokotteen täytyy myös olla tehokas hyvin suurelle osalle väestöstä, jolle sitä annetaan sekä yksilö- että laumaimmuniteetin vuoksi.

Turvallisuus

Rokotetta annetaan hyvin suurelle ihmismäärälle, ainakin miljoonille, koronaviruksen tapauksessa luultavasti jopa yli miljardille. Tämän vuoksi edes hyvin harvinaisia sivuvaikutuksia ei pitäisi ilmetä. Jokainen suomalainen muistanee ns. sikainfluenssarokotteen aiheuttamat narkolepsiatapaukset. Rokotetta annettiin satoja miljoonia annoksia, joten siihen verrattuna narkolepsiatapauksia oli häviävän pieni määrä. Siitä huolimatta ideaalisella rokotteella tällaisia sivuvaikutuksia ei pitäisi ilmetä.

Hyvä säilyvyys

Useat, esimerkiksi heikennettyä elävää virusta sisältävät rokotteet (ks. alla) voivat vaatia katkeamattoman kylmäsäilytyksen säilyttääkseen tehokkuutensa. Länsimaissa kylmäketjun katkeamattomuus on järjestettävissä, mutta kehittyvissä maissa tämä on todellinen ongelma. Siksi olisikin ideaalista, jos rokote säilyisi pitkiä aikoja myös lämpimämmissä olosuhteissa.

Edullinen hinta

Laumaimmuniteetin saavuttamiseksi rokotuskattavuuden pitäisi olla yli 80%, mielellään ainakin 90% väestöstä. Tämän saavuttamiseksi valtioiden pitää jakaa rokote ihmisille ilmaiseksi, tai hyvin pientä maksua vastaan. Jotta valtioilla olisi varaa hankkia rokote koko sen väestölle, rokotteen valmistaminen ja jakelu ei voi maksaa tuhottomasti.

Miten rokote koronavirusta vastaan voidaan kehittää?

vaccine photo

Perinteiset menetelmät

Rokotekehityksessä virustauteja vastaan on perinteisesti käytetty kahta erilaista lähestymistapaa. On käytetty joko

  • tapettua virusta, tai
  • heikennettyä virusta

Haitat ja hyödyt

Tapetun viruksen voidaan ajatella olevan turvallinen, koska kuolleet virukset eivät tietenkään kykene jakautumaan ihmisen soluissa, eivätkä siksi aiheuttamaan tautia. Ongelmana on kuitenkin se, ettei tapettu virus myöskään tuota virusproteiineja, joten immuunipuolustus ei aktivoidu tarpeeksi tuottaakseen pitkäikäisen suojan virustautia vastaan.

Heikennetyt virukset ovat yleensä rokotteena tehokkaampia kuin tapetut virukset. Heikennettyjä viruksia voidaan luoda esimerkiksi siirtämällä taudinaiheuttajavirusta ihmissoluviljelmästä apinansoluviljelmään. Jotta virus selviää apinansoluviljelmässä, sen täytyy mutatoitua alkuperäisestä muodostaan. Kun mutatoitunutta virusta kerätään ja infektoidaan uudestaan ihmissoluviljelmään, virus jakaantuu ihmissoluissa enää hyvin heikosti: virus on heikentynyt.

Rokotteet heikentyneillä viruksilla synnyttävät yleensä pysyvän immuunivasteen taudinaiheuttajaa kohtaan, mutta niitä ei voi antaa aivan kaikille. Terveelle ihmiselle ne ovat vaarattomia, mutta jos ihmisen immuunipuolustus on heikentynyt esimerkiksi perinnöllisen sairauden tai HIV-infektion vuoksi, elimistö ei välttämättä pysty tuhoamaan edes heikennettyjä viruksia. Infektion pitkittyessä on ainakin periaatteessa mahdollista, että heikentynyt virus mutatoituu uudestaan infektiivisemmäksi.

Uudet menetelmät

Immunologian ja molekyylibiologian ymmärryksen lisääntyessä myös uusia, entistä tehokkaampia ja turvallisempia rokotteita on pystytty kehittämään. Nykyisin ei välttämättä tarvita edes kokonaisia viruksia, vaan pystytään tunnistamaan niiden immuunipuolustuksen kannalta tärkeimmät osat, ja tuottamaan tehokas rokote pelkästään niillä. Rokotekehitys koronavirusta vastaan hyödyntää ainakin kahta uutta lähestymistapaa:

  • konjugoituja viruspeptidejä
  • DNA:ta tai RNA:ta

Konjugoidut viruspeptidit

peptide photo
Kuvassa esimerkkiproteiini, joka kaikkien proteiinien tavoin koostuu aminohappoketjusta. Aminohappoketjut laskostuvat kemiallisten ominaisuuksiensa perusteella tiettyyn kolmiulotteeseen muotoon, jota tämäkin kuva pyrkii havainnoimaan. Peptidit ovat lyhyempiä aminohappoketjuja, osia proteiinista. Photo by Enzymlogic

Peptidit ovat proteiinien osia, ja virusproteiineja löytyy esimerkiksi viruksen ulkovaipasta, jossa ne toimivat tarttumakäsinä auttaen virusta tarttumaan ihmisen solujen pinnoille. Esimerkiksi SARS-CoV-2 koronavirus tarttuu S-proteiinilla ihmisen solun pinnalla olevaan ACE2-reseptoriproteiiniin, jota ilmennetään hengitysteiden ja keuhkojen pintasoluissa, mutta myös muualla elimistössä.

Ilmeisesti koronavirus sitoutuu ihmisen keuhkoissa toissijaisesti myös TMPRSS2-reseptoriin, jonka ilmentymistä säätelee mm. androgeenireseptori. Androgeenireseptorin aktiivisuutta taas säätelee testosteroni, mikä saattaa selittää miksi suurempi osa tautiin kuolleista on ollut miehiä. TMPRSS2-reseptorin vaikutus kuolleisuuteen on kuitenkin täysin omaa pähkäilyäni, eikä perustu mihinkään tieteelliseen näyttöön.

Peptidien käyttöä rokotteissa kokonaisten virusten sijaan puoltaa luonnollisesti niiden turvallisuus: pelkkä aminohappoketju ei kykene aiheuttamaan tautia. Lisäksi peptidejä on helpompi ja edullisempi valmistaa laboratoriossa kuin kokonaisia proteiineja. Peptideissä on kuitenkin useita tehokkuushaasteita:

  • Ihmispopulaatioiden immuunipuolustus on sen verran heterogeeninen, etteivät kaikki yksilöt välttämättä tunnista yksittäisiä peptidejä vieraiksi, eivätkä täten kehitä immuunipuolustuksen muistisoluja niitä vastaan. Tästä päästään kuitenkin yli lisäämällä useampia eri peptidejä samaan rokotteeseen; muodostetaan peptidikonjugaatteja.
  • Varsinkin lyhyet peptidit voidaan tuhota soluissa ilman että immuunipuolustus ehtii aktivoitumaan. Tarvitaan siis kyllin pitkiä peptidejä.
  • Aina pitkätkään peptidit eivät aktivoi immuunipuolustusta tarpeeksi tehokkaasti. Tällöin tarvitaan boostereita, eli adjuvantteja.

Onnistunut esimerkki tehokkaasta peptidirokotteesta on rokote ihmisen papilloomavirusta vastaan, eli HPV-rokote.

Nyt Washingtonin yliopistossa ollaan kehittämässä rokotetta koronavirusta vastaan, jossa useampia viruspeptidejä liitetään nanopartikkeliin joka mimikoi mm. bakteereissa usein esiintyviä kemiallisia toistojaksoja. Näiden toistojaksojen on osoitettu boostaavan immuunipuolustusta, koska ne tunnistetaan helposti elimistölle vieraaksi molekyyliksi.

Nanopartikkeli-peptidikonjugaattitekniikalla on jo kehitetty rokote RS-virusta, yleisintä lasten keuhkokuumeen aiheuttajaa, vastaan. Tällä hetkellä rokote odottaa kuitenkin vasta kliinisiä kokeita, eli sen turvallisuutta ja tehokkuutta ei ole vielä osoitettu ihmisillä.

DNA- ja RNA-rokotteet

DNA- ja RNA-rokotteiden ajatuksena on, että soluihin injektoidaan perintöainesta (DNA:ta tai RNA:ta), jonka koodin avulla solu itse tuottaa taudinaiheuttajan tiettyä proteiinia, tai sen osaa. Tämä mimikoi tapaa, jolla elimistö luonnollisestikin esittelee viruksen proteiineja immuunipuolustukselle, ja näin ollen aktivoi immuunipuolustusta tehokkaasti. Näin syntyy luonnollinen immuunivaste, joka parhaimmillaan johtaa pitkäikäisten muistisolujen syntyyn, ja vahvaan immuniteettiin virusta vastaan. Rokote on turvallinen koska se ei sisällä virusta itsessään, vaan vain pienen pätkän sen perimää, eli koronaviruksen tapauksessa RNA:ta. Tehokkuuden lisäksi tällä tekniikalla rokotteen tuottaminen on perinteisiä menetelmiä huomattavasti edullisempaa.

DNA- ja RNA-rokotteita alettiin kehittämään rinta rinnan 90-luvulla, mutta DNA-rokotteet kirivät pian ohi, lähinnä RNA:n heikomman säilyvyyden vuoksi. Nykyisin DNA-rokotteita on käytössä joihinkin eläinsairauksiin, mutta ihmisten rokotteisiin tätä tekniikkaa ei ole vielä hyväksytty. Nykyisin RNA-molekyylejä on onnistuttu muokkaamaan kestävimmiksi, ja RNA näyttää syrjäyttäneen DNA:n ainakin rokotekehityksessä koronavirusta vastaan. Yhtään RNA-rokotetta mitään tautia vastaan ei kuitenkaan olla vielä hyväksytty ihmiskäyttöön.

Yhtenä suurimmista haasteista RNA- ja DNA-rokotteiden kehittelyssä on kuitenkin se miten perintöaines saadaan kuljettua solujen sisään. Normaalisti soluilla ei ole tarvetta ottaa perintöainesta solujen ulkopuolelta sisäänsä, joten siihen tarvitaan uusia keinoja. Kehittelyssä on esimerkiksi viruksen ulkokapsidia muistuttavia partikkeleita tai pieniä lipidi- eli rasvapalloja, joiden sisällä RNA tai DNA pääsisi solun lipidikalvon läpi solun sisään.

Mikä sitten on se paras konsepti koronaviruksen rokotteen kehittämiseen?

  • Perinteinen heikennetyn viruksen -menetelmä on edelleen paljon käytetty ja isomman skaalan tuottoon olisi resurssit valmiina. Ongelmana on kuitenkin tehokkuuden puute, ja kallis hinta.
  • Uudemmissa menetelmissä, sekä peptidikonjugaateissa että RNA-rokotteissa, on samat ongelmat: Vaikka ne teoriassa ovat tehokkaita, tosielämän näyttö puuttuu. Samoin turvallisuus täytyy varmistaa ennen niiden hyväksymistä.
  • Peptidikonjugaateissa ollaan kuitenkin askelen pidemmällä RNA-rokotteisiin verrattuna, sillä HPV-rokotteen teho ja turvallisuus on varmistettu.
  • Koronaviruksen rokotekehitettelyssä useimmat rokotefirmat kuitenkin näyttävät panostavat RNA-rokotteisiin, ja niiden osalta kliiniset kokeet ovat lähempänä kuin peptidikonjugaateilla.

Tehon ja erityisesti turvallisuuden takaamiseksi rokotekehitys on kuitenkin suhteellisen hidasta puuhaa, ja vaikka tehokas konsepti olisi valmis nyt, sen laajamittaiseen käyttöönottoon menisi vielä ainakin vuosi. Silti tehokas rokote saattaa olla nopein keino lopettaa tämä poikkeuksellisen vakava pandemia.

Lähteet:

Janeway’s Immunobiology, 9th edition, Garland Science.

https://www.pnas.org/content/early/2020/03/11/2002589117

https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(20)30526-2/fulltext

https://www.statnews.com/2020/03/09

15 Comments

  1. Ohikulkija

    Kätevä keuhkojen avauskeino: n. alle desi puhdasta vettä, raapaise 2 tulitikkua yhtaikaa ja tiputa veteen, kun ne ovat vielä ”purkautumis vaiheessa” palamaan. Ravista seos ja nauti tee- tai ruokalusikka kerralla. Netistä löytyy kanssa lisää aiheesta. Olen itse käyttänyt jo muutaman viikon tätä kikkaa ja toimii hyvin.

  2. Maija Tusa

    Annoin tämän kirjoituksen lukutehtäväksi lukiolaisilleni BI5-kurssille, jossa käsitellään biotekniikan hyödyntämistä lääketeollisuudessa. Hyvä ja selkeä kirjoitus! Kiitos Saara!

  3. Inka Karhunen

    Mielenkiintoinen aihe. Asiat olivat esitetty selkeästi ja niiden tarkoituksen ymmärsi hyvin.

  4. Nimetön

    Hyvin laajasti ja mielenkiintoisesti kerrottu rokotteiden tekemisestä. Sain paljon uutta tietoa rokotteiden teosta!

  5. Inka Kankkunen

    Hyvin laajasti ja mielenkiintoisesti kerrottu rokotteiden tekemisestä. Sain paljon uutta tietoa rokotteiden teosta!

  6. Nimetön

    Hyvä, selkeä artikkeli. Asiat selitetty kansantajuisesti ja teksti on hyvin rakennettu.

  7. Saara / Tieteen viemää

    Kiitos teille kaikille positiivisista kommenteista! Maijalla on ihania ja fiksuja oppilaita! 😀

Herättikö ajatuksia? Jäikö jotain puuttumaan? Kommentoi!

%d bloggaajaa tykkää tästä: