La enredada historia de las vacunas de ARNm

Cientos de científicos habían trabajado en vacunas de ARNm durante décadas antes de que la pandemia de coronavirus supusiera un gran avance.

A finales de 1987, Robert Malone realizó un experimento histórico. Mezcló hebras de ARN mensajero con gotitas de grasa, para crear una especie de estofado molecular. Las células humanas bañadas en este gumbo genético absorbieron el ARNm y comenzaron a producir proteínas a partir de él¹.

Al darse cuenta de que este descubrimiento podría tener un gran potencial en medicina, Malone, un estudiante de posgrado en el Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, más tarde anotó algunas notas, que firmó y fechó. Si las células pudieran crear proteínas a partir del ARNm que reciben, escribió el 11 de enero de 1988, podría ser posible “tratar el ARN como una droga”. Otro miembro del laboratorio de Salk también firmó las notas para la posteridad. Más tarde ese año, los experimentos de Malone demostraron que los embriones de rana absorbían ese ARNm². Era la primera vez que alguien usaba gotas de grasa para facilitar el paso del ARNm a un organismo vivo.

Esos experimentos fueron un trampolín hacia dos de las vacunas más importantes y rentables de la historia: las vacunas COVID-19 basadas en ARNm que se administraron a cientos de millones de personas en todo el mundo. Se espera que las ventas globales de estos superen los 50.000 millones de dólares estadounidenses solo en 2021.

Pero el camino hacia el éxito no fue directo. Durante muchos años después de los experimentos de Malone, que se habían basado en el trabajo de otros investigadores, el ARNm se consideró demasiado inestable y costoso para usarse como medicamento o vacuna. Docenas de laboratorios académicos y empresas trabajaron en la idea, luchando por encontrar la fórmula correcta de grasas y ácidos nucleicos, los componentes básicos de las vacunas de ARNm.

Los jabs de ARNm de hoy tienen innovaciones que se inventaron años después del tiempo de Malone en el laboratorio, incluido ARN químicamente modificado y diferentes tipos de burbujas de grasa para transportarlos a las células (consulte “Dentro de una vacuna COVID de ARNm”). Aún así, Malone, quien se llama a sí mismo el “inventor de las vacunas de ARNm”, cree que su trabajo no ha recibido suficiente crédito. “Me han sacado de la historia”, le dijo a Nature.

Nik Spencer / Naturaleza; Adaptado de M. D. Buschmann et al. Vacunas 9, 65 (2021)

El debate sobre quién merece crédito por ser pionero en la tecnología se está calentando a medida que comienzan a distribuirse los premios, y la especulación se está volviendo más intensa antes de los anuncios del premio Nobel el próximo mes. Pero los premios formales restringidos a unos pocos científicos no reconocerán los muchos contribuyentes al desarrollo médico del ARNm. En realidad, el camino hacia las vacunas de ARNm se basó en el trabajo de cientos de investigadores durante más de 30 años.

La historia ilumina la forma en que muchos descubrimientos científicos se convierten en innovaciones que cambian vidas: con décadas de callejones sin salida, rechazos y batallas por ganancias potenciales, pero también generosidad, curiosidad y tenaz persistencia contra el escepticismo y la duda. “Es una larga serie de pasos”, dice Paul Krieg, biólogo del desarrollo de la Universidad de Arizona en Tucson, quien hizo su propia contribución a mediados de la década de 1980, “y nunca se sabe lo que va a ser útil”.

Los inicios del ARNm

Los experimentos de Malone no surgieron de la nada. Ya en 1978, los científicos habían utilizado estructuras de membranas grasas llamadas liposomas para transportar ARNm a células de ratón³ y humano⁴ para inducir la expresión de proteínas. Los liposomas empaquetaron y protegieron el ARNm y luego se fusionaron con las membranas celulares para llevar el material genético a las células. Estos experimentos se basaron en años de trabajo con liposomas y ARNm; ambos se descubrieron en la década de 1960 (consulte “La historia de las vacunas de ARNm”).

Nik Spencer/*Nature*; Adapted from U. Şahin *et al. Nature Rev. Drug Discov.* 13, 759–780 (2014) and X. Hou *et al. Nature Rev. Mater.* https://doi.org/gmjsn5 (2021).

En aquel entonces, sin embargo, pocos investigadores pensaban en el ARNm como un producto médico, sobre todo porque aún no había una forma de fabricar el material genético en un laboratorio. En cambio, esperaban usarlo para interrogar procesos moleculares básicos. La mayoría de los científicos reutilizaron el ARNm de sangre de conejo, células de ratón cultivadas o alguna otra fuente animal.

Eso cambió en 1984, cuando Krieg y otros miembros de un equipo dirigido por el biólogo del desarrollo Douglas Melton y los biólogos moleculares Tom Maniatis y Michael Green de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, utilizaron una enzima de síntesis de ARN (extraída de un virus) y otras herramientas. para producir ARNm biológicamente activo en el laboratorio⁵, un método que, en esencia, sigue utilizándose en la actualidad. Luego, Krieg inyectó el ARNm elaborado en laboratorio en huevos de rana y demostró que funcionaba como si fuera real⁶.

Tanto Melton como Krieg dicen que vieron el ARNm sintético principalmente como una herramienta de investigación para estudiar la función y la actividad de los genes. En 1987, después de que Melton descubrió que el ARNm podía usarse tanto para activar como para prevenir la producción de proteínas, ayudó a formar una compañía llamada Oligogen (más tarde rebautizada como Gilead Sciences en Foster City, California) para explorar formas de usar ARN sintético para bloquear la producción de proteínas. expresión de genes diana, con miras al tratamiento de enfermedades. Las vacunas no estaban en la mente de nadie en su laboratorio ni de sus colaboradores.

Paul Krieg (izquierda) y Douglas Melton (derecha), quienes trabajaron en formas de sintetizar ARNm en el laboratorio. Crédito: Universidad de Arizona; Kevin Wolf / AP Images para HHMI

“El ARN en general tenía una reputación de increíble inestabilidad”, dice Krieg. “Todo lo que rodea al ARN estaba cubierto de precaución”. Eso podría explicar por qué la oficina de desarrollo tecnológico de Harvard decidió no patentar el enfoque de síntesis de ARN del grupo. En cambio, los investigadores de Harvard simplemente entregaron sus reactivos a Promega Corporation, una empresa de suministros de laboratorio en Madison, Wisconsin, que puso a disposición de los investigadores las herramientas de síntesis de ARN. Recibieron regalías modestas y una caja de Veuve Clicquot Champagne a cambio.

Disputas de patentes

Años más tarde, Malone siguió las tácticas del equipo de Harvard para sintetizar ARNm para sus experimentos. Pero agregó un nuevo tipo de liposoma, uno que portaba una carga positiva, que mejoraba la capacidad del material para interactuar con la columna vertebral cargada negativamente del ARNm. Estos liposomas fueron desarrollados por Philip Felgner, un bioquímico que ahora dirige el Centro de Investigación y Desarrollo de Vacunas de la Universidad de California en Irvine.

A pesar de su éxito en el uso de liposomas para administrar ARNm en células humanas y embriones de rana, Malone nunca obtuvo un doctorado. Se peleó con su supervisor, el investigador de terapia genética de Salk Inder Verma y, en 1989, dejó los estudios de posgrado antes de trabajar para Felgner en Vical, una empresa recién formada en San Diego, California. Allí, ellos y colaboradores de la Universidad de Wisconsin-Madison demostraron que los complejos lípido-ARNm podrían estimular la producción de proteínas en ratones⁷.

(Malone y sus compañeros de trabajo de Vical también exploraron el uso de ARNm para vacunas: sus primeras solicitudes de patente describen la inyección de ARNm que codifica las proteínas del VIH en ratones y la observación de cierta protección contra la infección, aunque no la producción de células o moléculas inmunes específicas; este trabajo nunca se publicó en una revista revisada por pares).

Entonces las cosas se complicaron. Tanto Vical (con la Universidad de Wisconsin) como Salk comenzaron a solicitar patentes en marzo de 1989. Pero la Salk pronto abandonó su reclamo de patente, y en 1990, Verma se unió al consejo asesor de Vical.

Malone sostiene que Verma y Vical llegaron a un acuerdo a escondidas para que la propiedad intelectual relevante fuera a parar a Vical. Malone figuraba como un inventor entre varios, pero ya no podía beneficiarse personalmente de acuerdos de licencia posteriores, como lo habría hecho con cualquier patente emitida por Salk. La conclusión de Malone: ”Se enriquecieron con los productos de mi mente”.

Verma y Felgner niegan categóricamente los cargos de Malone. “Es una completa tontería”, dijo Verma a Nature. La decisión de retirar la solicitud de patente recayó en la oficina de transferencia de tecnología de Salk, dice. (Verma renunció al Salk en 2018, luego de acusaciones de acoso sexual, que continúa negando).

Malone dejó Vical en agosto de 1989, citando desacuerdos con Felgner sobre “juicio científico” y “crédito por mis contribuciones intelectuales”. Completó la escuela de medicina e hizo un año de formación clínica antes de trabajar en el mundo académico, donde trató de continuar la investigación sobre las vacunas de ARNm, pero luchó por conseguir financiación. (En 1996, por ejemplo, solicitó sin éxito dinero a una agencia de investigación del estado de California para desarrollar una vacuna de ARNm para combatir las infecciones por coronavirus estacionales). Malone se centró en las vacunas de ADN y las tecnologías de administración.

En 2001, se trasladó al trabajo comercial y a la consultoría. Y en los últimos meses, ha comenzado a atacar públicamente la seguridad de las vacunas de ARNm que su investigación ayudó a habilitar. Malone dice, por ejemplo, que las proteínas producidas por las vacunas pueden dañar las células del cuerpo y que los riesgos de la vacunación superan los beneficios para los niños y los adultos jóvenes, afirmaciones que otros científicos y funcionarios de salud han refutado repetidamente.

Desafíos de fabricación

En 1991, Vical celebró un pacto de licencia y colaboración de investigación multimillonario con la firma estadounidense Merck, uno de los desarrolladores de vacunas más grandes del mundo. Los científicos de Merck evaluaron la tecnología de ARNm en ratones con el objetivo de crear una vacuna contra la influenza, pero luego abandonaron ese enfoque. “El costo y la viabilidad de la fabricación simplemente nos hicieron pensar”, dice Jeffrey Ulmer, un ex científico de Merck que ahora consulta con las empresas sobre cuestiones de investigación de vacunas.

Los investigadores de una pequeña empresa de biotecnología en Estrasburgo, Francia, llamada Transgène, opinaron lo mismo. Allí, en 1993, un equipo dirigido por Pierre Meulien, en colaboración con socios industriales y académicos, fue el primero en demostrar que un ARNm en un liposoma podía provocar una respuesta inmunitaria antiviral específica en ratones⁸. (Otro avance emocionante se produjo en 1992, cuando los científicos del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla utilizaron ARNm para reemplazar una proteína deficiente en ratas, para tratar un trastorno metabólico⁹. Pero pasarían casi dos décadas antes de que los laboratorios independientes informaran de un éxito similar).

Pierre Meulien Crédito: Empresa Común IMI

Los investigadores de Transgène patentaron su invención y continuaron trabajando en vacunas de ARNm. Pero Meulien, que ahora es director de la Iniciativa de Medicamentos Innovadores, una empresa público-privada con sede en Bruselas, estimó que necesitaba al menos 100 millones de euros (119 millones de dólares estadounidenses) para optimizar la plataforma, y no estaba dispuesto a preguntarle a su jefes por tanto para una empresa tan “complicada y de alto riesgo”, dice. La patente caducó después de que la empresa matriz de Transgène decidiera dejar de pagar las tarifas necesarias para mantenerla activa.

El grupo de Meulien, como el equipo de Merck, pasó a centrarse en cambio en las vacunas de ADN y otros sistemas de administración basados en vectores. La plataforma de ADN finalmente produjo algunas vacunas con licencia para aplicaciones veterinarias, lo que ayudó, por ejemplo, a prevenir infecciones en las granjas de peces. Y el mes pasado, los reguladores de India otorgaron aprobación de emergencia a la primera vacuna de ADN del mundo para uso humano, para ayudar a prevenir el COVID-19. Pero por razones que no se comprenden completamente, las vacunas de ADN han tardado en tener éxito en las personas.

Aún así, el impulso concertado de la industria en torno a la tecnología del ADN también ha tenido beneficios para las vacunas de ARN, argumenta Ulmer. Desde consideraciones de fabricación y experiencia regulatoria hasta diseños de secuencias y conocimientos moleculares, “muchas de las cosas que aprendimos del ADN podrían aplicarse directamente al ARN”, dice. “Proporcionó la base para el éxito del ARN”.

Lucha continua

En la década de 1990 y durante la mayor parte de la de 2000, casi todas las empresas de vacunas que consideraron trabajar en ARNm optaron por invertir sus recursos en otra parte. La sabiduría convencional sostenía que el ARNm era demasiado propenso a degradarse y su producción era demasiado cara. “Fue una lucha continua”, dice Peter Liljeström, virólogo del Instituto Karolinska en Estocolmo, quien hace 30 años fue pionero en un tipo de vacuna de ARN ‘autoamplificadora’.

“Fue muy difícil trabajar con ARN”, dice Matt Winkler, quien fundó una de las primeras compañías de suministros de laboratorio enfocadas en ARN, Ambion, en Austin, Texas, en 1989. “Si me hubieras preguntado [entonces] si podrías inyectar ARN en alguien para una vacuna, me hubiera reído en tu cara “.

La idea de la vacuna de ARNm tuvo una acogida más favorable en los círculos oncológicos, aunque como agente terapéutico, más que para prevenir enfermedades. Comenzando con el trabajo del terapeuta genético David Curiel, varios científicos académicos y empresas emergentes exploraron si el ARNm podría usarse para combatir el cáncer. Si el ARNm codificaba proteínas expresadas por células cancerosas, se pensaba, entonces inyectarlo en el cuerpo podría entrenar al sistema inmunológico para atacar esas células.

Curiel, ahora en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St Louis, Missouri, tuvo cierto éxito en ratones10. Pero cuando se acercó a Ambion sobre las oportunidades de comercialización, dice, la empresa le dijo: “No vemos ningún potencial económico en esta tecnología”.

Otro inmunólogo del cáncer tuvo más éxito, lo que llevó a la fundación de la primera compañía de terapias de ARNm, en 1997. Eli Gilboa propuso tomar células inmunes de la sangre y persuadirlas para que captaran ARNm sintético que codifica proteínas tumorales. Luego, las células se inyectarían nuevamente en el cuerpo, donde podrían organizar el sistema inmunológico para atacar los tumores al acecho.

Gilboa y sus colegas del Centro Médico de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, demostraron esto en ratones¹¹. A fines de la década de 1990, los colaboradores académicos habían lanzado ensayos en humanos, y la empresa derivada comercial de Gilboa, Merix Bioscience (más tarde rebautizada como Argos Therapeutics y ahora llamada CoImmune), pronto siguió con sus propios estudios clínicos. El enfoque parecía prometedor hasta hace unos años, cuando una vacuna candidata en etapa tardía fracasó en un ensayo grande; ahora ha pasado de moda en gran medida.

Pero el trabajo de Gilboa tuvo una consecuencia importante. Inspiró a los fundadores de las empresas alemanas CureVac y BioNTech, dos de las empresas de ARNm más grandes que existen en la actualidad, a comenzar a trabajar en el ARNm. Tanto Ingmar Hoerr, de CureVac, como Uğur Şahin, de BioNTech, le dijeron a Nature que, después de enterarse de lo que Gilboa había hecho, querían hacer lo mismo, pero administrando ARNm directamente en el cuerpo.

“Hubo un efecto de bola de nieve”, dice Gilboa, ahora en la Facultad de Medicina Miller de la Universidad de Miami en Florida.

Aceleradora de arranque

Hoerr fue el primero en lograr el éxito. Mientras estaba en la Universidad de Tübingen en Alemania, informó en 2000 que las inyecciones directas podrían provocar una respuesta inmune en ratones¹². Creó CureVac (también con sede en Tübingen) ese año. Pero pocos científicos o inversores parecían interesados. En una conferencia en la que Hoerr presentó los primeros datos del ratón, dice, “había un premio Nobel de pie en la primera fila y decía: ‘Esto es una mierda lo que nos estás diciendo aquí, una mierda total”. (Hoerr se negó a nombrar al premio Nobel).

Con el tiempo, llegó el dinero. Y en unos pocos años, comenzaron las pruebas en humanos. El director científico de la compañía en ese momento, Steve Pascolo, fue el primer sujeto de estudio: se inyectó a sí mismo¹³ con ARNm y todavía tiene cicatrices blancas del tamaño de una cabeza de fósforo en la pierna de donde un dermatólogo tomó biopsias con sacabocados para su análisis. Un ensayo más formal, que involucra ARNm específico de tumores para personas con cáncer de piel, comenzó poco después.

Şahin y su esposa inmunóloga, Özlem Türeci, también comenzaron a estudiar el ARNm a fines de la década de 1990, pero esperaron más que Hoerr para comenzar una empresa. Se conectaron con la tecnología durante muchos años, trabajando en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania, obteniendo patentes, artículos y subvenciones de investigación, antes de presentar un plan comercial a inversores multimillonarios en 2007. “Si funciona, será innovador, ”Dijo Şahin. Obtuvo 150 millones de euros en capital inicial.

El mismo año, una nueva empresa de ARNm llamada RNARx recibió una suma más modesta: $ 97,396 en subvenciones para pequeñas empresas del gobierno de EE. UU. Los fundadores de la empresa, la bioquímica Katalin Karikó y el inmunólogo Drew Weissman, ambos en la Universidad de Pensilvania (UPenn) en Filadelfia, habían llegado a lo que algunos ahora dicen que es un hallazgo clave: que alterar parte del código del ARNm ayuda al ARNm sintético a pasar por alto defensas inmunes innatas de la célula.

Conocimientos fundamentales Karikó había trabajado duro en el laboratorio durante la década de 1990 con el objetivo de transformar el ARNm en una plataforma de fármacos, aunque las agencias de subvenciones seguían rechazando sus solicitudes de financiación. En 1995, después de repetidos rechazos, se le dio la opción de dejar UPenn o aceptar una degradación y un recorte salarial. Optó por quedarse y continuar su persecución, mejorando los protocolos de Malone¹⁴ y logrando inducir a las células a producir una proteína grande y compleja de relevancia terapéutica¹⁵.

En 1997, comenzó a trabajar con Weissman, que acababa de abrir un laboratorio en UPenn. Juntos, planearon desarrollar una vacuna basada en ARNm para el VIH / SIDA. Pero los ARNm de Karikó desencadenaron reacciones inflamatorias masivas cuando se inyectaron en ratones.

Ella y Weissman pronto descubrieron por qué: el ARNm sintético estaba despertando¹⁶ una serie de sensores inmunes conocidos como receptores tipo Toll, que actúan como los primeros en responder a las señales de peligro de los patógenos. En 2005, la pareja informó que el reordenamiento de los enlaces químicos en uno de los nucleótidos del ARNm, la uridina, para crear un análogo llamado pseudouridina, parecía impedir que el cuerpo identificara al ARNm como un enemigo¹⁷.

Drew Weissman trabajó con Karikó y co-descubrió las ventajas del ARNm modificado.Crédito: Penn Medicine

En ese momento, pocos científicos reconocieron el valor terapéutico de estos nucleótidos modificados. Pero el mundo científico pronto se dio cuenta de su potencial. En septiembre de 2010, un equipo dirigido por Derrick Rossi, un biólogo de células madre del Boston Children’s Hospital en Massachusetts, describió cómo los ARNm modificados podrían usarse para transformar células de la piel, primero en células madre de tipo embrionario y luego en tejido muscular en contracción¹⁸. El hallazgo causó sensación. Rossi apareció en la revista Time como una de las “personas importantes” de 2010. Fue cofundador de Moderna en Cambridge.

Moderna intentó obtener la licencia de las patentes de ARNm modificado que UPenn había presentado en 2006 para la invención de Karikó y Weissman. Pero fue demasiado tarde. Después de no llegar a un acuerdo de licencia con RNARx, UPenn había optado por un pago rápido. En febrero de 2010, otorgó derechos de patente exclusivos a un pequeño proveedor de reactivos de laboratorio en Madison. Ahora llamada Cellscript, la compañía pagó $300,000 en el trato. Continuaría obteniendo cientos de millones de dólares en tarifas de sublicencias de Moderna y BioNTech, los creadores de las primeras vacunas de ARNm para COVID-19. Ambos productos contienen ARNm modificado.

Mientras tanto, RNARx usó otros $800,000 en subvenciones para pequeñas empresas y dejó de operar en 2013, cuando Karikó se unió a BioNTech (conservando un nombramiento adjunto en UPenn).

El debate sobre la pseudouridina

Los investigadores todavía discuten sobre si el descubrimiento de Karikó y Weissman es esencial para el éxito de las vacunas de ARNm. Moderna siempre ha utilizado ARNm modificado; su nombre es una combinación de esas dos palabras. Pero algunos otros en la industria no lo han hecho.

Investigadores de la división de terapias genéticas humanas de la empresa farmacéutica Shire en Lexington, Massachusetts, razonaron que el ARNm sin modificar podría producir un producto que fuera igual de efectivo si se agregaban las estructuras de “tapa” adecuadas y se eliminaban todas las impurezas. “Todo se redujo a la calidad del ARN”, dice Michael Heartlein, quien dirigió el esfuerzo de investigación de Shire y continuó avanzando en la tecnología en Translate Bio en Cambridge, a la que Shire vendió más tarde su cartera de ARNm. (Shire ahora es parte de la firma japonesa Takeda).

Aunque Translate tiene algunos datos en humanos que sugieren que su ARNm no provoca una respuesta inmune preocupante, su plataforma aún no se ha demostrado clínicamente: su candidata a vacuna COVID-19 aún se encuentra en las primeras pruebas en humanos. Pero el gigante farmacéutico francés Sanofi está convencido de la promesa de la tecnología: en agosto de 2021, anunció planes para adquirir Translate por 3.200 millones de dólares. (Heartlein se fue el año pasado para fundar otra firma en Waltham, Massachusetts, llamada Maritime Therapeutics).

Mientras tanto, CureVac tiene su propia estrategia de mitigación inmunológica, que implica alterar la secuencia genética del ARNm para minimizar la cantidad de uridina en sus vacunas. Veinte años de trabajo en ese enfoque parecían estar dando sus frutos, y los primeros ensayos de las vacunas experimentales de la empresa para la rabia¹⁹ y COVID-19²⁰ demostraron ser un éxito. Pero en junio, los datos de un ensayo en una etapa posterior mostraron que la vacuna candidata contra el coronavirus de CureVac era mucho menos protectora que la de Moderna o BioNTech.

A la luz de esos resultados, algunos expertos en ARNm ahora consideran a la pseudouridina como un componente esencial de la tecnología, por lo que, dicen, el descubrimiento de Karikó y Weissman fue una de las contribuciones clave que merecen reconocimiento y premios. “El verdadero ganador aquí es el ARN modificado”, dice Jake Becraft, cofundador y director ejecutivo de Strand Therapeutics, una empresa de biología sintética con sede en Cambridge que trabaja en terapias basadas en ARNm.

No todo el mundo está tan seguro. “Hay múltiples factores que pueden afectar la seguridad y eficacia de una vacuna de ARNm, la modificación química del ARNm es solo uno de ellos”, dice Bo Ying, director ejecutivo de Suzhou Abogen Biosciences, una compañía china con una vacuna de ARNm para COVID-19. ahora en pruebas clínicas de última etapa. (Conocido como ARCoV, el producto utiliza ARNm sin modificar).

Avance gordo

En cuanto a las tecnologías clave, muchos expertos destacan otra innovación que fue crucial para las vacunas de ARNm, una que no tiene nada que ver con el ARNm. Son las diminutas burbujas de grasa conocidas como nanopartículas de lípidos, o LNP, las que protegen el ARNm y lo transportan a las células.

Esta tecnología proviene del laboratorio de Pieter Cullis, bioquímico de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá, y de varias empresas que fundó o dirigió. A partir de finales de la década de 1990, fueron pioneros en los LNP para entregar cadenas de ácidos nucleicos que silencian la actividad de los genes. Uno de esos tratamientos, el patisiran, está ahora aprobado para una rara enfermedad hereditaria.

Después de que la terapia de silenciamiento génico comenzara a mostrarse prometedora en los ensayos clínicos, en 2012, dos de las empresas de Cullis giraron para explorar oportunidades para el sistema de administración de LNP en medicamentos basados en ARNm. Acuitas Therapeutics en Vancouver, por ejemplo, dirigida por el director ejecutivo Thomas Madden, forjó asociaciones con el grupo Weissman en UPenn y con varias compañías de ARNm para probar diferentes formulaciones de ARNm-LNP. Uno de estos ahora se puede encontrar en las vacunas COVID-19 de BioNTech y CureVac. El brebaje LNP de Moderna no es muy diferente.

Las nanopartículas tienen una mezcla de cuatro moléculas grasas: tres contribuyen a la estructura y estabilidad; el cuarto, llamado lípido ionizable, es clave para el éxito de la LNP. Esta sustancia está cargada positivamente en condiciones de laboratorio, lo que ofrece ventajas similares a los liposomas que Felgner desarrolló y Malone probó a fines de la década de 1980. Pero los lípidos ionizables avanzados por Cullis y sus socios comerciales se convierten en una carga neutra en condiciones fisiológicas como las del torrente sanguíneo, lo que limita los efectos tóxicos en el cuerpo.

Además, el cóctel de cuatro lípidos permite que el producto se almacene por más tiempo en el estante de la farmacia y mantenga su estabilidad dentro del cuerpo, dice Ian MacLachlan, ex ejecutivo de varias empresas vinculadas a Cullis. “Es todo el kit y el conjunto lo que conduce a la farmacología que tenemos ahora”, dice.

Ian MacLachlan (izquierda) y Thomas Madden (derecha). Crédito: Ian MacLachlan; Acuitas Therapeutics

A mediados de la década de 2000, se había ideado una nueva forma de mezclar y fabricar estas nanopartículas. Implicaba el uso de un aparato “conector en T”, que combina grasas (disueltas en alcohol) con ácidos nucleicos (disueltos en un tampón ácido). Cuando las corrientes de las dos soluciones se fusionaron, los componentes formaron espontáneamente LNP densamente empaquetados²¹. Resultó ser una técnica más confiable que otras formas de fabricar medicamentos basados en ARNm.

Una vez que todas las piezas se juntaron, “fue como, humo santo, finalmente tenemos un proceso que podemos escalar”, dice Andrew Geall, ahora director de desarrollo de Replicate Bioscience en San Diego. Geall dirigió el primer equipo que combinó LNP con una vacuna de ARN²², en el centro de Novartis en Estados Unidos en Cambridge en 2012. Todas las empresas de ARNm ahora utilizan alguna variación de esta plataforma de administración de LNP y sistema de fabricación, aunque quién posee las patentes relevantes sigue siendo objeto de disputas legales. . Moderna, por ejemplo, está enfrascada en una batalla con una empresa afiliada a Cullis, Arbutus Biopharma en Vancouver, sobre quién posee los derechos de la tecnología LNP que se encuentra en el jab COVID-19 de Moderna.

Nace una industria

A finales de la década de 2000, varias grandes empresas farmacéuticas estaban entrando en el campo del ARNm. En 2008, por ejemplo, Novartis y Shire establecieron unidades de investigación de ARNm: la primera (dirigida por Geall) se centró en las vacunas, la segunda (dirigida por Heartlein) en la terapéutica. BioNTech se lanzó ese año, y otras empresas emergentes pronto entraron en la refriega, reforzadas por una decisión de 2012 de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU.

De comenzar a financiar a investigadores de la industria para estudiar vacunas y medicamentos de ARN. Moderna fue una de las empresas que se basó en este trabajo y, en 2015, había recaudado más de mil millones de dólares con la promesa de aprovechar el ARNm para inducir a las células del cuerpo a fabricar sus propios medicamentos, solucionando así enfermedades causadas por proteínas faltantes o defectuosas. . Cuando ese plan fracasó, Moderna, dirigida por el director ejecutivo Stéphane Bancel, optó por priorizar un objetivo menos ambicioso: fabricar vacunas.

Derrick Rossi de Moderna (izquierda) y Stéphane Bancel (derecha). Crédito: Derrick Rossi; Adam Glanzman / Bloomberg / Getty

Eso inicialmente decepcionó a muchos inversores y espectadores, porque una plataforma de vacunas parecía ser menos transformadora y lucrativa. A principios de 2020, Moderna había avanzado nueve candidatos a vacunas de ARNm para enfermedades infecciosas en personas para su análisis. Ninguno fue un éxito rotundo. Solo uno había progresado a una fase de prueba más amplia.

Pero cuando apareció el COVID-19, Moderna se apresuró a crear un prototipo de vacuna a los pocos días de que la secuencia del genoma del virus estuviera disponible en línea. Luego, la compañía colaboró con el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIAID) de EE. UU. Para realizar estudios en ratones y lanzar ensayos en humanos, todo en menos de diez semanas.

BioNTech también adoptó un enfoque de manos a la obra. En marzo de 2020, se asoció con la compañía farmacéutica Pfizer, con sede en Nueva York, y luego los ensayos clínicos avanzaron a un ritmo récord, pasando de la primera prueba en humanos a la aprobación de emergencia en menos de ocho meses.

Ambas vacunas autorizadas utilizan ARNm modificado formulado en LNP. Ambos también contienen secuencias que codifican una forma de la proteína espiga del SARS-CoV-2 que adopta una forma más susceptible de inducir inmunidad protectora. Muchos expertos dicen que el ajuste de proteínas, diseñado para coronavirus por el vacunólogo del NIAID Barney Graham y los biólogos estructurales Jason McLellan en la Universidad de Texas en Austin y Andrew Ward en Scripps, también es una contribución digna de premio, aunque no es una que sea específica del ARNm. vacunación, porque el concepto se puede aplicar a muchas vacunas virales.

Parte del furor en las discusiones sobre el crédito por los descubrimientos de ARNm se relaciona con quién tiene patentes lucrativas. Pero gran parte de la propiedad intelectual fundamental se remonta a afirmaciones hechas en 1989 por Felgner, Malone y sus colegas en Vical (y en 1990 por Liljeström). Estos tenían solo un plazo de 17 años a partir de la fecha de emisión y, por lo tanto, ahora son de dominio público.

Incluso las patentes de Karikó-Weissman, licenciadas a Cellscript y presentadas en 2006, expirarán en los próximos cinco años. Los expertos de la industria dicen que esto significa que pronto será muy difícil patentar reclamos amplios sobre la entrega de ARNm en nanopartículas de lípidos, aunque las empresas pueden patentar razonablemente secuencias particulares de ARNm, una forma de proteína de pico, por ejemplo, o formulaciones de lípidos patentadas.

Las empresas lo están intentando. Moderna, el jugador dominante en el campo de las vacunas de ARNm, que tiene inyecciones experimentales en pruebas clínicas para la influenza, el citomegalovirus y una variedad de otras enfermedades infecciosas, obtuvo dos patentes el año pasado que cubren el amplio uso de ARNm para producir proteínas secretadas. Pero varios expertos de la industria le dijeron a Nature que creen que estos podrían ser desafiantes.

“No creemos que haya mucho que sea patentable y, ciertamente, no ejecutable”, dice Eric Marcusson, director científico de Providence Therapeutics, una empresa de vacunas de ARNm en Calgary, Canadá.

Debate Nobel

En cuanto a quién merece un Nobel, los nombres que surgen con más frecuencia en las conversaciones son Karikó y Weissman. Los dos ya han ganado varios premios, incluido uno de los Premios Breakthrough (con $ 3 millones, el premio más lucrativo de la ciencia) y el prestigioso Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica de España. En el premio Asturias también fueron reconocidos Felgner, Şahin, Türeci y Rossi, junto a Sarah Gilbert, la vacunóloga detrás de la vacuna COVID-19 desarrollada por la Universidad de Oxford, Reino Unido, y la farmacéutica AstraZeneca, que utiliza un vector viral en lugar de ARNm. (El único galardón reciente de Cullis fue un premio del fundador de $ 5,000 de la Sociedad de Liberación Controlada, una organización profesional de científicos que estudian medicamentos de liberación prolongada).

Algunos también argumentan que Karikó debe ser reconocida tanto por sus contribuciones a la comunidad de investigación de ARNm en general como por sus descubrimientos en el laboratorio. “No solo es una científica increíble, es simplemente una fuerza en el campo”, dice Anna Blakney, bioingeniera de ARN en la Universidad de Columbia Británica. Blakney le da crédito a Karikó por ofrecerle un espacio para hablar en una importante conferencia hace dos años, cuando todavía estaba en un puesto de postdoctorado junior (y antes de que Blakney cofundara VaxEquity, una compañía de vacunas en Cambridge, Reino Unido, que se enfocaba en la autoamplificación). Tecnología de ARN). Karikó “está tratando activamente de levantar a otras personas en un momento en el que ha sido tan poco reconocida en toda su carrera”.

Aunque algunos involucrados en el desarrollo del ARNm, incluido Malone, creen que merecen más reconocimiento, otros están más dispuestos a compartir el protagonismo. “Realmente no se puede reclamar crédito”, dice Cullis. Cuando se trata de su sistema de administración de lípidos, por ejemplo, “estamos hablando de cientos, probablemente miles de personas que han estado trabajando juntas para hacer estos sistemas LNP para que estén realmente listos para el horario de máxima audiencia”.

“Todos agregaron algo gradualmente, incluyéndome a mí”, dice Karikó.

Mirando hacia atrás, muchos dicen que están simplemente encantados de que las vacunas de ARNm estén marcando una diferencia para la humanidad y de que podrían haber hecho una contribución valiosa en el camino. “Es emocionante para mí ver esto”, dice Felgner. “Todas las cosas que estábamos pensando que sucederían en ese entonces, están sucediendo ahora”.

doi: htt ps://doi.org/10.1038/d41586-021-02483-w

Actualizaciones y correcciones

Corrección 22 de octubre de 2021: una versión anterior de esta característica implicaba que una alteración de la secuencia de picos para mejorar la inmunidad protectora era una contribución específica a las vacunas contra el coronavirus. De hecho, estos ajustes de proteínas se pueden aplicar a muchas vacunas virales. La historia también se ha actualizado para incluir la mención de experimentos con vacunas de ARNm en las primeras solicitudes de patente.