La storia intricata dei vaccini mRNA

(Vaccini mRNA-Immagine: un estratto dai quaderni di laboratorio di Robert Malone, che descrive la sintesi del 1989 dell’mRNA per l’iniezione nei topi. Credito: Robert Malone).

Centinaia di scienziati hanno lavorato sui vaccini mRNA per decenni prima che la pandemia di coronavirus COVID 19 portasse a una svolta.

Alla fine del 1987, Robert Malone eseguì un esperimento epocale: ha mescolato filamenti di RNA messaggero con goccioline di grasso, per creare una specie di stufato molecolare. Le cellule umane immerse in questo gumbo genetico hanno assorbito l’mRNA e hanno iniziato a produrre proteine ​​da esso.

Rendendosi conto che questa scoperta avrebbe potuto avere un potenziale di vasta portata in medicina, Malone, uno studente laureato presso il Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, in California, ha successivamente registrato alcune note, che ha firmato e datato. “Se le cellule potessero creare proteine ​​dall’mRNA consegnato in esse”, scrisse l’11 gennaio 1988, “sarebbe possibile “trattare l’RNA come un farmaco“. Anche un altro membro del laboratorio Salk ha firmato le note per i posteri. Nello stesso anno, gli esperimenti di Malone mostrarono che gli embrioni di rana assorbivano tale mRNA. Era la prima volta che qualcuno usava goccioline di grasso per facilitare il passaggio dell’mRNA in un organismo vivente.

Quegli esperimenti sono stati un trampolino di lancio verso due dei vaccini più importanti e redditizi della storia: i vaccini COVID-19 a base di mRNA somministrati a centinaia di milioni di persone in tutto il mondo. Le vendite globali di questivaccini dovrebbero aver superato i 50 miliardi di dollari nel solo 2021.

Ma la strada per il successo non era diretta. Per molti anni dopo gli esperimenti di Malone, che a loro volta si erano basati sul lavoro di altri ricercatori, l’mRNA fu visto come troppo instabile e costoso per essere usato come farmaco o vaccino. Decine di laboratori accademici e aziende hanno lavorato all’idea, lottando per trovare la giusta formula di grassi e acidi nucleici, gli elementi costitutivi dei vaccini mRNA.

I jab di mRNA di oggi hanno innovazioni realizzate anni dopo il tempo di Malone in laboratorio, tra cui RNA chimicamente modificato e diversi tipi di bolle di grasso per trasportarli nelle cellule. Tuttavia, Malone, che si definisce “l’inventore dei vaccini mRNA”, pensa che il suo lavoro non abbia ricevuto abbastanza credito. “Sono stato cancellato dalla storia”, ha detto a Nature .

Il dibattito su chi meriti il ​​merito di essere pioniere della tecnologia si scalda mentre i premi vaccini iniziano a essere distribuiti e la speculazione si fa più intensa in vista dell’annuncio del premio Nobel. Ma i premi formali riservati a pochi scienziati non riusciranno a riconoscere i molti contributori allo sviluppo medico dell’mRNA. In realtà, il percorso verso i vaccini mRNA si è basato sul lavoro di centinaia di ricercatori in più di 30 anni.

La storia illumina il modo in cui molte scoperte scientifiche diventano innovazioni che cambiano la vita: con decenni di vicoli ciechi, rifiuti e battaglie per potenziali profitti, ma anche generosità, curiosità e tenacia contro lo scetticismo e il dubbio. “È una lunga serie di passaggi”, afferma Paul Krieg, un biologo dello sviluppo presso l’Università dell’Arizona a Tucson, che ha dato il proprio contributo a metà degli anni ’80, “e non si sa mai cosa sarà utile”.

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Gli inizi dello sviluppo dell’mRNA

Gli esperimenti di Malone non sono venuti fuori dal nulla. Già nel 1978, gli scienziati avevano utilizzato strutture di membrane grasse chiamate liposomi per trasportare l’mRNA nelle cellule di topo e umane per indurre l’espressione proteica. I liposomi hanno impacchettato e protetto l’mRNA e poi si sono fusi con le membrane cellulari per fornire il materiale genetico nelle cellule. Questi stessi esperimenti si sono basati su anni di lavoro con i liposomi e con l’mRNA; entrambi sono stati scoperti negli anni ’60.

All’epoca, tuttavia, pochi ricercatori pensavano all’mRNA come a un prodotto medico, non ultimo perché non esisteva ancora un modo per produrre il materiale genetico in laboratorio. Invece, speravano di usarlo per interrogare i processi molecolari di base. La maggior parte degli scienziati ha riproposto l’mRNA da sangue di coniglio, cellule di topo in coltura o da qualche altra fonte animale.

Le cose cambiarono nel 1984, quando Krieg e altri membri di un team guidato dal biologo dello sviluppo Douglas Melton e dai biologi molecolari Tom Maniatis e Michael Green dell’Università di Harvard a Cambridge, nel Massachusetts, usarono un enzima di sintesi dell’RNA (preso da un virus) e altri strumenti produrre mRNA biologicamente attivo in laboratori0— un metodo che, nella sua essenza, rimane in uso oggi. Krieg ha quindi iniettato l’mRNA prodotto in laboratorio nelle uova di rana e ha dimostrato che funzionava proprio come la cosa reale.

Sia Melton che Krieg affermano di aver visto l’mRNA sintetico principalmente come uno strumento di ricerca per studiare la funzione e l’attività dei geni. Nel 1987, dopo che Melton scoprì che l’mRNA poteva essere utilizzato sia per attivare che per prevenire la produzione di proteine, contribuì a formare una società chiamata Oligogen (in seguito ribattezzata Gilead Sciences a Foster City, California) per esplorare modi per utilizzare l’RNA sintetico per bloccare l’espressione di geni bersaglio — con un occhio al trattamento delle malattie. I vaccini non erano nella mente di nessuno nel suo laboratorio o dei loro collaboratori.

“L’RNA in generale aveva una reputazione di incredibile instabilità“, afferma Krieg. “Tutto intorno all’RNA era ammantato di cautela”. Questo potrebbe spiegare perché l’ufficio per lo sviluppo tecnologico di Harvard ha scelto di non brevettare l’approccio di sintesi dell’RNA del gruppo. Invece, i ricercatori di Harvard hanno semplicemente dato i loro reagenti alla Promega Corporation, una società di forniture di laboratorio a Madison, nel Wisconsin, che ha messo a disposizione dei ricercatori gli strumenti per la sintesi dell’RNA. Hanno ricevuto in cambio modeste royalties e una cassa di Veuve Clicquot Champagne.

Controversie sui brevetti

Anni dopo, Malone seguì le tattiche del team di Harvard per sintetizzare l’mRNA per i suoi esperimenti. Ma aggiunse un nuovo tipo di liposoma, uno che trasportava una carica positiva, che migliorava la capacità del materiale di interagire con la spina dorsale caricata negativamente dell’mRNA. Questi liposomi sono stati sviluppati da Philip Felgner, un biochimico che ora guida il Centro di ricerca e sviluppo sui vaccini presso l’Università della California a Irvine.

Nonostante il suo successo nell’usare i liposomi per fornire mRNA nelle cellule umane e negli embrioni di rana, Malone non ha mai conseguito un dottorato di ricerca. Ha litigato con il suo supervisore, il ricercatore di terapia genica Salk Inder Verma e, nel 1989, ha lasciato presto gli studi universitari per lavorare per Felgner a Vical, una start-up di recente costituzione a San Diego, in California. Lì, insieme ai collaboratori dell’Università del Wisconsin-Madison, hanno dimostrato che i complessi lipidi-mRNA potevano stimolare la produzione di proteine ​​nei topi.

Poi le cose si sono incasinate. Sia Vical (con l’Università del Wisconsin) che il Salk hanno iniziato a depositare brevetti nel marzo 1989. Ma il Salk ha presto abbandonato la sua richiesta di brevetto e nel 1990 Verma si è unito al consiglio consultivo di Vical.

Lotta continua

Negli anni ’90 e per la maggior parte degli anni 2000, quasi tutte le aziende produttrici di vaccini che hanno preso in considerazione l’idea di lavorare sull’mRNA hanno scelto di investire le proprie risorse altrove. La saggezza convenzionale riteneva che l’mRNA fosse troppo incline alla degradazione e che la sua produzione fosse troppo costosa. “È stata una lotta continua”, afferma Peter Liljeström, virologo del Karolinska Institute di Stoccolma, che 30 anni fa ha aperto la strada a un tipo di vaccino RNA “auto-amplificante”.

“È stato così difficile lavorare con l’RNA”, afferma Matt Winkler, che ha fondato una delle prime aziende di forniture di laboratorio incentrate sull’RNA, Ambion, ad Austin, in Texas, nel 1989. “Se mi avessi chiesto allora se potessi iniettare RNA in qualcuno per un vaccino, ti avrei riso in faccia”.

L’idea del vaccino mRNA ha avuto un’accoglienza più favorevole nei circoli oncologici, sebbene come agente terapeutico, piuttosto che per prevenire le malattie. A partire dal lavoro del terapista genetico David Curiel, diversi scienziati accademici e start-up hanno esplorato se l’mRNA potesse essere usato per combattere il cancro. Se l’mRNA codificava le proteine ​​espresse dalle cellule cancerose, si pensava, quindi che iniettarlo nel corpo avrebbe potuto addestrare il sistema immunitario ad attaccare quelle cellule.

Curiel, ora alla Washington University School of Medicine di St Louis, Missouri, ha avuto un certo successo nei topi. Ma quando si è rivolto ad Ambion per le opportunità di commercializzazione, l’azienda gli ha detto: “Non vediamo alcun potenziale economico in questa tecnologia”. Un altro immunologo oncologico ha avuto più successo, il che ha portato alla fondazione della prima azienda di terapia dell’mRNA, nel 1997. Eli Gilboa ha proposto di prelevare cellule immunitarie dal sangue e di convincerle ad assorbire l’mRNA sintetico che codificava le proteine ​​​​tumorali. Le cellule verrebbero quindi iniettate di nuovo nel corpo dove potrebbero schierare il sistema immunitario per attaccare i tumori in agguato.

Gilboa e i suoi colleghi del Duke University Medical Center di Durham, nella Carolina del Nord, lo hanno dimostrato nei topi. Alla fine degli anni ’90, i collaboratori accademici avevano lanciato studi sull’uomo e lo spin-off commerciale di Gilboa, Merix Bioscience (in seguito ribattezzato Argos Therapeutics e ora chiamato CoImmune), presto seguito da studi clinici propri. L’approccio sembrava promettente fino a pochi anni fa, quando un vaccino candidato in fase avanzata fallì in un ampio studio; ora è in gran parte caduto fuori moda. Ma il lavoro di Gilboa ha avuto una conseguenza importante. Ha ispirato i fondatori delle aziende tedesche CureVac e BioNTech, due delle più grandi aziende di mRNA esistenti oggi, a iniziare a lavorare sull’mRNA. Sia Ingmar Hoerr, di CureVac, sia Uğur Şahin, di BioNTech, hanno detto a Nature che, dopo aver appreso di ciò che Gilboa aveva fatto, volevano fare lo stesso, ma somministrando l’mRNA direttamente nel corpo. “C’è stato un effetto valanga”, afferma Gilboa, ora alla Miller School of Medicine dell’Università di Miami in Florida.

Acceleratore di avviamento

Hoerr è stato il primo a raggiungere il successo. Mentre era all’Università di Tubinga in Germania, nel 2000 riferì che le iniezioni dirette potevano suscitare una risposta immunitaria nei topi. Ha creato CureVac (anch’esso con sede a Tubinga) in quell’anno. Ma pochi scienziati o investitori sembravano interessati.  Alla fine, i soldi sono arrivati. E nel giro di pochi anni sono iniziati i test sugli esseri umani. Il direttore scientifico dell’azienda all’epoca, Steve Pascolo, è stato il primo soggetto dello studio: si è iniettato mRNA e ha ancora cicatrici bianche della grandezza di una testa di fiammifero sulla gamba da dove un dermatologo ha prelevato biopsie per l’analisi. Una sperimentazione più formale, che coinvolge l’mRNA specifico del tumore per le persone con cancro della pelle, è iniziata poco dopo. Anche Şahin e sua moglie, Özlem Türeci, immunologa, hanno iniziato a studiare l’mRNA alla fine degli anni ’90, ma hanno aspettato più tempo di Hoerr per avviare un’azienda. Si sono collegati alla tecnologia per molti anni, lavorando alla Johannes Gutenberg University Mainz in Germania, ottenendo brevetti, documenti e borse di ricerca, prima di presentare un piano commerciale a investitori miliardari nel 2007. “Se funziona, sarà rivoluzionario, “ha disse Şahin che ricevette 150 milioni di euro in seed money.

Fonte: Nature