RNA auto-amplificanti: i vaccini del futuro contro le malattie infettive

I "nuovi anni Venti" si sono aperti con una svolta epocale della medicina: il settore dei farmaci e vaccini a RNA messaggero (mRNA) sta letteralmente esplodendo. Nonostante la ricerca in questo campo sia iniziata almeno 30 anni fa, prima della pandemia Covid-19 l'mRNA era ancora una tecnologia di nicchia, che anche gli addetti ai lavori non immaginavano di vedere sul mercato già all'inizio di questo ventennio.

Invece, i vaccini a mRNA hanno inferto un duro colpo alla pandemia, dopo solo un anno dal suo inizio. Oggi l'RNA vive il suo momento d'oro e all'orizzonte c'è già una nuova generazione di vaccini, con la capacità inedita di auto-replicarsi all'interno delle cellule. Un articolo pubblicato su Gene Therapy presenta questi RNA auto-amplificanti come potenziali vaccini per malattie infettive vecchie e nuove.

Ne parliamo con il dott. Dario Sannino che attualmente opera come Head of Quality Management in una delle aziende Biotech che si occupano anche di produzione farmaceutica a base mRNA.

LA TECNOLOGIA mRNA

È stata chiamata da qualcuno "RNAissance", "RNAscimento", questa nuova era della medicina che vede l'RNA messaggero protagonista di nuove piattaforme vaccinali e farmacologiche. Scoperta nel 1961, ma a lungo oscurata dal fratello maggiore DNA, questa molecola trasporta l'informazione genetica fuori dal nucleo, riscrivendola in una forma "leggibile" per i ribosomi, gli organelli deputati alla sintesi delle proteine nel citoplasma cellulare. Un messaggero fondamentale, senza il quale la cellula non potrebbe mai decifrare le informazioni contenute nel DNA.

I vaccini più tradizionali, come quelli che abbiamo fatto da bambini ad esempio, sono per lo più a base di frammenti di proteine. I tempi di produzione sono lunghi (e costosi), perché richiedono vari passaggi in cellule vive per formare le proteine. I vaccini a RNA o a DNA, invece, contengono solo una sequenza genetica – le "istruzioni" per costruire la proteina – che viene prodotta per via totalmente sintetica con tempi più veloci e costi minori.

L'RNA sta riscuotendo successo come piattaforma terapeutica o di vaccini - rispetto al DNA - perché non ha bisogno di entrare nel nucleo, ma trasferisce l'informazione genetica direttamente nel citoplasma. In questo modo, il rischio di integrazione nel​ genoma è praticamente nullo e l'espressione della proteina è più veloce, perché viene trasferita subito ai ribosomi.

I vaccini a mRNA, in particolare, istruiscono le cellule a produrre una proteina (antigene) del virus o del batterio. Rispetto ai vaccini proteici, quindi, riproducono ogni fase dell'infezione, compreso il trasferimento del materiale genetico del patogeno nella cellula, e stimolano perciò una risposta immunitaria più completa, che vede schierati non solo gli anticorpi, ma anche i linfociti T: i primi bloccano solo l'ingresso del patogeno, i secondi distruggono le cellule infette.

RNA AUTO-AMPLIFICANTE: saRNA

I vaccini a mRNA ideati per il SARS-CoV-2 contengono solo la sequenza genetica del virus. Ma esiste anche un secondo tipo di RNA di nuova generazione, auto- amplificante o saRNA (dall'inglese "self amplifying RNA").

Come dice il nome, questa particolare molecola di RNA è in grado di auto-replicarsi quando viene iniettata nelle cellule, generando numerose copie dello stesso filamento genetico e aumentando fino a 80-100 volte l'espressione dell'antigene. Un nodo cruciale per tutte le piattaforme vaccinali e in particolare per quelle basate sull'RNA, che è una molecola poco stabile e viene rapidamente degradato. Per attivare una risposta immunitaria, invece, l'antigene deve potersi accumulare con somministrazioni ripetute e dosi crescenti di vaccino. Ma questo limite potrebbe essere superato grazie agli RNA auto-amplificanti.

Queste molecole sono simili ai vaccini a mRNA ma hanno un elemento in più. A monte della sequenza genetica del virus, viene introdotto un secondo gene che codifica per una RNA polimerasi, un enzima in grado di amplificare le molecole di RNA, e alle estremità due sequenze segnale che servono a iniziare la replicazione.

I vantaggi sono gli stessi dei vaccini a mRNA più classici: tempi di produzione rapidi e costi contenuti, ma anche la possibilità di modificare la sequenza per aumentare la stabilità e favorire la traduzione in proteina o per adattare il vaccino a nuovi ceppi virali (come è avvenuto con i vaccini per COVID-19, ridisegnati sulla base della nuova variante Omicron). I saRNA, però, avrebbero una marcia in più, perché permetterebbero di accumulare l'antigene in minor tempo e con dosi di partenza più basse. Potrebbero anche stimolare una risposta anticorpale più forte dei vaccini a mRNA classici, perché il gene della RNA polimerasi contiene sequenze di origine virale (del genere Aphavirus) in grado di attivare il sistema immunitario.

GLI STUDI

I ricercatori hanno iniziato a sperimentare i vaccini a base di saRNA in studi preclinici e clinici contro i virus respiratori, come l'influenza o SARS-CoV-2, e contro le malattie trasmesse da insetti (virus Zika) o da animali (rabbia). Un altro candidato per cui non esiste un vaccino, nonostante lo si cerchi ormai da più di 30 anni, è l'HIV. L'entusiasmo per i vaccini a RNA ha contagiato anche questo settore, ma le risposte immunitarie misurate negli studi clinici di fase I/II sono state finora piuttosto deludenti. I saRNA rappresentano una speranza anche per questa e altre malattie croniche, che richiedono la presenza di più copie dell'antigene per stimolare una risposta immunitaria forte.​

Il campo dei vaccini a RNA è in forte espansione. Nei laboratori gli scienziati studiano formulazioni migliori per aumentare il potenziale immunogenico e la stabilità dei vaccini, cercando di superare ostacoli di natura tecnica di cui abbiamo già parlato in questo articolo. Sarà forse proprio questa la tecnologia che ci permetterà di affrontare le pandemie del futuro e forse anche di mettere un freno alla diffusione di malattie che da decenni continuano a superare le nostre difese?