Les vaccins contre le COVID-19 ont rapidement aidé à contenir le COVID-19. Les scientifiques ont créé un vaccin pour prévenir le nouveau virus en utilisant la recherche fondamentale et la technologie développées à Penn. Aujourd'hui, alors que nous nous précipitons pour vacciner plus de personnes dans plus d'endroits contre COVID-19, la biologie derrière ces vaccins est sur le point de changer à nouveau le monde. Avec la promesse d'une toute nouvelle classe de vaccins basés sur l'ARNm, l'histoire de ce nouveau traitement se poursuit à Penn, où les chercheurs et les laboratoires étudient d'autres maladies infectieuses, notamment la grippe et les infections sexuellement transmissibles, qui pourraient être évitées avec un vaccin à ARNm efficace..
Que sont les vaccins à ARNm ?
Les vaccins COVID utilisent l'ARN messager, ou ARNm, pour ordonner au corps de produire des protéines spécifiques appelées protéines de pointe. Ces protéines ressemblent à celles du virus, et cet antigène déclenche le système immunitaire du corps pour créer des anticorps spécifiques qui peuvent combattre le vrai virus si le corps est exposé. Drew Weissman, professeur de maladies infectieuses à la Perelman School of Medicine, et Katalin Karikó, professeur agrégé auxiliaire de neurochirurgie, ont aidé à ouvrir la voie aux vaccins COVID-19 de Pfizer/BioNTech et Moderna avec leurs découvertes d'ARNm en 2005.
Quels sont les avantages des vaccins à ARNm ?
« Il y a quelques avantages cruciaux à utiliser des vaccins à ARNm par rapport à d'autres types de vaccins », a déclaré le Dr Weissman. Il souligne que les vaccins à ARNm sont à la fois plus faciles à fabriquer et peuvent être plus efficaces que d'autres types de vaccins.
Comme on le voit avec le vaccin COVID-19, il est possible de construire un nouveau vaccin rapidement : « Les vaccins à ARNm sont essentiellement plug and play. Nous pensons que vous pouvez modifier la partie de l'ARNm qui code une protéine, en insérant un nouveau code spécifique au virus contre lequel nous espérons nous protéger, et amener votre corps à produire des protéines qui correspondent aux protéines de ce virus. Nous n'avons pas à développer et fabriquer une formule entièrement nouvelle.
Un autre avantage est la vitesse à laquelle les vaccins à ARNm peuvent être fabriqués. Avec d'autres types de vaccins, comme les vaccins vivants atténués (pensez au vaccin contre la rougeole, les oreillons, la rubéole) ou les vaccins inactivés (pensez aux vaccins contre la grippe et la polio), les agents pathogènes réels doivent être transportés et répliqués pendant le processus de fabrication, a déclaré le Dr Weissman. « Cela équivaut à une production plus rapide, ce qui est important si une nouvelle maladie infectieuse apparaît contre laquelle nous devons nous protéger rapidement. »
Les essais cliniques et les études dans le monde réel étudiant les capacités des vaccins à ARNm contre le COVID-19 ont montré une efficacité énorme. La probabilité de contracter COVID-19 si vous avez été complètement vacciné avec un vaccin à ARNm est inférieure à 10%, a déclaré le Dr Weissman. Et les dernières données indiquent que si vous attrapez COVID-19, vos symptômes ne seront pas assez graves pour nécessiter une hospitalisation.
"Ce niveau de protection est bien supérieur à celui de nombreux autres vaccins contre d'autres maladies", a déclaré le Dr Weissman.
Comment la recherche fondamentale peut-elle fabriquer de meilleurs vaccins à ARNm à l'avenir ?
James Eberwine, professeur de pharmacologie des systèmes et de thérapie translationnelle à Penn dont les travaux se concentrent largement sur la recherche fondamentale et fondamentale liée à la neurobiologie, croit depuis longtemps aux promesses de l'ARNm.
"Nous avons vu que si vous mettez l'ARN de la cellule A dans la cellule B, alors la cellule B deviendra la cellule A", a expliqué le Dr Eberwine à propos des expériences menées dans son laboratoire il y a des décennies. "L'ARN et les ARNm ont une mémoire cellulaire figurative et une qualité transformationnelle littérale."
Le travail du Dr Eberwine pour comprendre comment la traduction de différentes molécules d'ARN en protéines affecte différentes cellules remonte à il y a 27 ans à Penn, avant que les Drs. Les recherches révolutionnaires de Weissman et Karikó. Le Dr Eberwine et ses collègues ont été les premiers à « transfecter » de l'ARN dans des cellules lorsqu'ils ont placé de l'ARN dans une région d'un neurone pour déterminer ce que la protéine fabriquée à partir de cet ARN faisait dans cette région du neurone.
Bien que les vaccins COVID-19 actuels à base d'ARNm indiquent chacun au corps de ne fabriquer qu'un seul type de protéine de pointe, le Dr Eberwine pense que l'avantage des vaccins à ARNm réside dans leur capacité à être conçus pour créer plusieurs protéines différentes dans le corps, et ces protéines conduiraient à leur tour à des anticorps qui ciblent divers aspects des virus envahissants ; en fin de compte, cela signifie que le corps dispose de différentes armes pour attaquer les virus menaçants.
Entre autres choses, lui et son laboratoire travaillent sur le développement de meilleures façons de voir la forme des protéines virales et autres maladies liées à la fabrication de structures protéiques basées sur des solutions plutôt que sur des structures cristallines. Cela conduira à une image plus claire des régions d'ARNm les plus efficaces et les plus utiles comme éléments constitutifs des thérapies cellulaires et des vaccins.
Des vaccins contre de nombreuses autres maladies au-delà du COVID-19 sont déjà en préparation. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de certaines des recherches sur l'ARNm menées à Penn pour lutter contre les maladies infectieuses.
Les vaccins à ARNm peuvent-ils prévenir la grippe ou remplacer la vaccination contre la grippe saisonnière ?
Responsable de dizaines de milliers de décès aux États-Unis au cours d'une année typique, la grippe saisonnière est une source constante de risque de maladie infectieuse, a déclaré Scott Hensley, professeur de microbiologie à Penn. Des pandémies peuvent également survenir lorsque de nouveaux virus grippaux passent des animaux aux humains. Le Dr Hensley développe de nouveaux vaccins contre la grippe depuis le lancement de son laboratoire il y a plus de 10 ans et dirige maintenant le nouveau Centre d'excellence de Penn pour la recherche et la réponse à la grippe (CEIRR) financé par les NIH.
« Les virus de la grippe changent constamment », a déclaré le Dr Hensley. « Nous devons développer de nouveaux vaccins qui suscitent une immunité contre diverses souches virales et nous avons besoin de nouvelles technologies vaccinales qui peuvent être mises à jour rapidement pour suivre ces virus en évolution rapide. »
Actuellement, les scientifiques et les fabricants de vaccins doivent étudier les tendances du virus et des mutations pour prédire et concevoir à quoi ressemblera le virus afin de créer de nouveaux vaccins saisonniers chaque année.
"La technologie de l'ARNm vérifie toutes les bonnes cases pour les vaccins contre la grippe", a déclaré le Dr Hensley. "Ces vaccins provoquent des niveaux élevés d'anticorps qui reconnaissent des souches virales antigéniquement diverses et les vaccins eux-mêmes peuvent être facilement mis à jour."
Ensemble, les Drs. Hensley et Weissman ont développé un vaccin à ARNm H1N1 et ont découvert qu'il évoquait des taux d'anticorps constamment élevés chez les souris et les furets. Il s'agit d'épitopes, des parties d'antigènes auxquelles les anticorps se fixent (comme la protéine de pointe dans le cas des vaccins COVID-19). Surtout, leur vaccin contre la grippe H1N1 provoque des anticorps qui ciblent des épitopes qui sont conservés parmi de nombreuses souches différentes de virus de la grippe et pourraient donc offrir une protection universelle contre de nombreuses variétés de grippe.
De petits essais humains étudiant les vaccins à ARNm du virus de la grippe ont déjà été menés et ce domaine est susceptible de s'étendre, compte tenu du succès des vaccins à ARNm du SRAS-CoV-2 chez l'homme.
Les vaccins à ARNm peuvent-ils prévenir les maladies sexuellement transmissibles ?
La maladie sexuellement transmissible (MST) la plus courante, le virus herpès simplex 2 (HSV-2) est une maladie non curable qui peut être douloureuse, peut augmenter le risque d'autres infections (comme le VIH) et peut être mortelle pour les nouveau-nés et les fœtus des mères infectées par le virus. De plus, le HSV-2 est souvent non détecté.
"Le HSV-2 affecte également la santé mentale et émotionnelle", a déclaré Harvey Friedman, professeur de maladies infectieuses et chercheur sur le HSV. « Les personnes atteintes de la maladie doivent s'inquiéter de la transmettre à d'autres et de s'engager dans des relations sexuelles. Et bien qu'il existe des traitements et des moyens de limiter la propagation de la maladie aux partenaires sexuels, il n'existe actuellement aucun traitement permettant d'avoir des relations sexuelles en toute sécurité avec une personne infectée par le HSV-2.
Afin de faire face aux nombreux impacts négatifs du HSV-2, les Drs. Friedman et Weissman et leurs collègues développent un vaccin à ARNm contre le HSV-2. Avant la pandémie de COVID-19, une étude de leur vaccin contre l'herpès à ARNm chez la souris a montré que presque toutes les souris vaccinées puis exposées au HSV-2 avaient une immunité stérilisante, ce qui signifiait qu'il n'y avait aucune quantité de la maladie présente dans le corps après L'exposition.
Ce vaccin contre l'herpès à ARNm a le potentiel d'être si efficace car il stimule les anticorps contre trois protéines différentes du HSV-2, ce qu'un vaccin à ARNm permet facilement.
"Un anticorps empêche le virus de l'herpès de pénétrer dans les cellules, et deux autres empêchent le virus de désactiver essentiellement les fonctions protectrices typiques du système immunitaire", a déclaré le Dr Friedman. "D'autres vaccins en cours de développement pour le HSV-2 ailleurs ne ciblent que ce premier anticorps."
Drs. Friedman et Weissman sont sur la bonne voie pour commencer les essais cliniques humains de leur vaccin à ARNm du HSV-2 en 2022.
Toutes les MST sont différentes, donc ce vaccin exact contre le HSV-2 ne protégerait pas contre d'autres MST, mais le Dr Friedman pense qu'une fois les cibles identifiées pour d'autres MST spécifiques, l'ARNm "peut être le meilleur moyen de développer un vaccin efficace".
Les vaccins à ARNm peuvent-ils empêcher de futurs variants de COVID ou d'autres coronavirus ?
Étant donné que la pandémie de COVID-19 n'est pas terminée et que de nouvelles variantes continuent d'émerger, des vaccins comme le vaccin à ARNm COVID-19, qui peuvent être plus facilement adaptés pour couvrir de nouvelles variantes par rapport à d'autres formats de vaccins, restent précieux. Le laboratoire du Dr Weissman recherche de nouvelles formules qui pourraient couvrir un spectre plus large de coronavirus et de variantes de COVID-19.
Le besoin de vaccins fiables continuera également d'être un besoin dans un avenir prévisible, en particulier dans les pays disposant de moins de ressources financières.
"Comme nous l'avons vu, les pays les plus riches ont pu investir de l'argent dans la fabrication et l'achat de vaccins", a déclaré le Dr Weissman. « Mais tout le monde mérite et a besoin d’avoir accès aux vaccins COVID-19. »
Au printemps 2020, Kiat Ruxrungtham de l'Université Chulalongkorn en Thaïlande a contacté le Dr Weissman et son laboratoire pour leur demander comment le laboratoire du Dr Ruxrungtham, soutenu par le gouvernement thaïlandais, pourrait développer son propre vaccin à ARNm pour le COVID-19. Le Dr Ruxrungtham, ses collègues et le gouvernement thaïlandais ont imaginé que leurs citoyens et les habitants des pays voisins plus pauvres auraient des difficultés à se procurer des vaccins COVID. Ils avaient lu les recherches du laboratoire du Dr Weissman et avaient estimé qu'un vaccin à ARNm fonctionnerait bien et pourrait être créé assez rapidement.
Le Dr Weissman et son laboratoire ont depuis collaboré avec le laboratoire du Dr Ruxrungtham pour créer un tout nouveau vaccin à ARNm COVID-19 qui sera fabriqué spécifiquement pour les personnes en Thaïlande et dans les pays voisins à faibles ressources. Le laboratoire du Dr Weissman et ses collègues de Penn ont soutenu les efforts de Chulalongkorn sans compensation. Entre autres choses, ils les rencontrent virtuellement, examinent les données et le « code » de l'ARNm et aident à la production et aux tests. La Thaïlande prévoit d'y commencer les essais de phase 1 du nouveau vaccin en juin.
« J'ai fait carrière dans la recherche scientifique parce que je voulais aider les gens », a déclaré le Dr Weissman. «Je ne suis pas seulement préoccupé par l'Amérique et nos propres intérêts. Je veux que le monde entier soit vacciné. Quoi qu'il en soit, pour mettre cette pandémie derrière nous, nous avons besoin d'un maximum de personnes vaccinées. COVID a réitéré que nous ne vivons pas dans une bulle. »
Adapté d'un communiqué de presse de Penn Medicine, 27 avril 2021.
