آیا mRNA می‌تواند ما را به ابرانسان تبدیل کند؟

حدود یک سال پیش، آنا بلکنی در حوزه‌ی علمی نسبتا گمنامی در آزمایشگاهی در لندن کار می‌کرد. افراد اندکی در خارج از محافل علمی او درباره واکسن‌های mRNA شنیده بودند. علت آن بود که چنین واکسن‌هایی هنوز وجود نداشتند. تعداد شرکت‌کنندگان در کنفرانسی که او در سال ۲۰۱۹ در آن سخنرانی کرد، نهایتا به چند ده نفر می‌رسید. اما امروز، او به‌شدت موردتوجه است: استادیاری در دانشگاه بریتیش کلمبیای کانادا و ارتباط علمی با ۲۵۳ هزار دنبال‌کننده و ۳/۷ میلیون لایک در تیک‌تاک. او اعتراف می‌کند که در مکان و زمان مناسبی برای سوار شدن بر موجی از پیشرفت علمی قرار گرفت که بسیار به‌ندرت پیش می‌آید... او عصر جدید را عصر RNAissance می‌خواند.

به‌علت دنیاگیری کووید ۱۹، بسیاری از مردم اکنون درمورد واکسن‌های mRNA شرکت‌هایی مانند فایزر/بیوان‌تک و مدرنا شنیده‌اند و بسیاری نیز واکسن‌های مذکور را دریافت کرده‌اند. اما حتی زمانی که بلکنی دوره دکترای خود را در سال ۲۰۱۶ در کالج سلطنتی لندن آغاز کرد، به‌گفته‌ی خودش: «بسیاری از افراد در این مورد تردید داشتند که آیا این روش می‌تواند نتیجه داشته باشد یا نه. اکنون، کل زمینه‌ی علمی mRNA درحال انفجار است. این دستاوردی تحول‌آفرین در پزشکی است».

موفقیت به‌دست‌آمده دررابطه‌با واکسن‌های مبتنی‌بر mRNA کووید ۱۹، چنان تحول‌آفرین است که سوالات بسیار بزرگ و هیجان‌انگیزی را ایجاد می‌کند: آیا واکسن‌های mRNA می‌توانند درمان قطعی برای سرطان‌ها، HIV و بیماری‌های گرمسیری فراهم کنند و حتی به ما ایمنی فوق بشری بدهند؟

اسید ریبونوکلئیک پیام‌رسان یا به اختصار mRNA، مولکول تک‌رشته‌ای است که کد ژنتیکی را از DNA به ماشین‌آلات پروتئین‌سازی سلول می‌برد. بدون mRNA، کد ژنتیکی شما مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، پروتئین‌ها ساخته نمی‌شوند و بدن شما کار نخواهد کرد. اگر DNA کارت بانکی باشد، mRNA مانند کارتخوان است.

از زمان آغاز شیوع کووید ۱۹، میلیاردها دوز واکسن mRNA در سراسر جهان تزریق شده است

وقتی ویروسی وارد سلول‌های ما می‌شود، RNA خود را آزاد می‌کند و سلول‌های ربوده‌شده‌ی ما را فریب می‌دهد تا نسخه‌هایی از آن (به شکل پروتئین‌های ویروسی) تولید کنند که سیستم ایمنی ما درگیر می‌کند.

واکسن‌های سنتی با تزریق پروتئین‌های ویروس غیرفعال که آنتی‌ژن نام دارند، عمل می‌کنند و سیستم ایمنی را تحریک می‌کنند تا ویروس را در صورتی که مجددا ظاهر شود، شناسایی کند.

ویژگی متمایز واکسن‌های mRNA آن است که به تزریق خود آنتی‌ژن نیازی نیست. درعوض، این واکسن‌ها از توالی ژنتیکی یا کد آنتی‌ژن ترجمه‌شده به mRNA استفاده می‌کنند. در این شرایط، بدن فریب می‌خورد و آنتی‌بادی‌ می‌سازد. سپس خود mRNA مصنوعی ناپدید می‌شود و توسط دفاع طبیعی بدن ازجمله آنزیم‌هایی که آن را تجزیه می‌کنند، می‌شکند و فقط آنتی‌بادی‌ها می‌مانند.

بنابراین، تولید واکسن mRNA نسبت‌به واکسن‌های سنتی، بی‌خطرتر، سریع‌تر و ارزان‌تر است. دیگر به آزمایشگاه‌های دارای امنیت زیستی بالا برای کشت ویروس‌های مرگبار درون میلیون‌ها تخم‌مرغ نیازی ندارید. درعوض، فقط یک آزمایشگاه می‌تواند توالی پروتئین‌های آنتی‌ژن را مشخص کند و آن را به سراسر جهان ایمیل کند. در ادامه، با استفاده از آن اطلاعات، آزمایشگاهی می‌تواند یک میلیون دوز mRNA را در لوله‌ی آزمایش ۱۰۰ میلی‌لیتری بسازد.

در شرایط دنیاگیری کووید ۱۹، شاهد انجام فرایند توصیف‌شده در زمان واقعی بوده‌ایم. در ۱۰ ژانویه ۲۰۲۰، ژانگ یونگ‌ژن، استاد بیماری‌های مشترک انسان و حیوان در مرکز کنترل و پیشگیری بیماری چین در پکن ژنوم کووید ۱۹ را توالی‌یابی کرد و روز بعد آن را منتشر کرد. کووید ۱۹ در ۱۱ مارس توسط سازمان جهانی بهداشت به‌عنوان دنیاگیری اعلام شد. در ۱۶ مارس، با استفاده از توالی ژانگ، اولین واکسن mRNA وارد اولین مرحله‌ی کارآزمایی بالینی شد.

تئوری پشت واکسن mRNA توسط دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا، کاتالین کاریکو و درو وایزمن ارائه شد که هر دو جایزه لسکر ۲۰۲۱ را دریافت کردند که جایزه برتر پژوهش‌های زیست‌پزشکی آمریکا است. اگرچه حتی در سال ۲۰۱۹ نیز این باور وجود داشت که واکسن‌های فراگیر mRNA حداقل پنج سال دیگر تولید خواهند شد. دنیاگیری این حوزه‌ی پزشکی را نیم دهه به پیش برد.

کاترین وایتهد، دانشیار مهندسی شیمی و مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه کارنگی ملون و یکی از همکاران اصلی ویزمن و کاریکو تصدیق می‌کند: «در دنیای درمان‌های مبتنی‌بر mRNA افراد زیادی وجود نداشتند که تصور کنند در چنین سناریوی اضطراری نرخ کارآیی اولیه ۹۵ درصد به دست آید».

اما اکنون، پتانسیل‌ها بی‌پایان به‌نظر می‌رسد. یا همان‌طور که بلکنی می‌گوید: «اکنون باخود می‌گوییم، بسیار خوب، این روش برای گلیکوپروتئین ویروسی مؤثر است، چه واکسن‌های دیگری می‌توانیم با آن بسازیم؟ چه کارهایی فراتر آن می‌توانیم انجام دهیم؟»

کار پیشگامانه‌ی کاتالین کاریکو و درو وایزمن روی mRNA راه را برای ساخت واکسن‌های کووید ۱۹ فایزر و مدرنا هموار کرد

در دانشگاه روچستر، دراگونی فو، دانشیار گروه زیست‌شناسی، از بنیاد ملی علوم بودجه فوری برای آزمایشگاه خود به‌منظور پژوهش روی پروتئین‌های RNA دریافت کرد. به‌گفته‌ی فو، اگر درحال‌حاضر شاهد واکسن mRNA سری اول برای کووید ۱۹ هستیم، واکسن‌های سری بعدی به دو دسته‌ی دیگر از بیماری‌ها خواهد پرداخت: اول، پاتوژن‌هایی مانند سارس، اما می‌توانید این فناوری را برای مهاجمان خارجی دیگری مانند HIV نیز به کار ببرید. پیش از کووید، شرکت‌هایی درحال ساخت واکسن‌های mRNA علیه HIV بودند. او همچنین به زیکا، هرپس و انگل‌های مالاریا در این گروه پاتوژن‌ها اشاره می‌کند. او می‌گوید: «دسته‌ی دیگر، بیماری‌های خودایمنی هستند. این بخش جالب است، زیرا خارج از تعریف بسیار دقیق واکسن است. آینده می‌تواند شامل درمان‌های mRNA برای مثال برای کاهش التهاب باشد».

ییژو دونگ، دانشیار داروشناسی و داروسازی در دانشگاه ایالتی اوهایو است که درزمینه‌ی گلوله‌های کوچک چربی یا لیپیدها متخصص است. این لیپیدها برای حفظ mRNA و تحویل ایمن آن به سلول‌ها بدون اینکه فورا توسط بدن تخریب شود، نیاز است.

لیپیدها به‌عنوان «قهرمان گمنام» توصیف شده‌اند. اگر سیستم تحویل لیپیدی درنهایت در سال ۲۰۱۸ تکمیل و تأیید نمی‌شد، در سال ۲۰۲۰ واکسن mRNA برای کووید وجود نداشت. به‌گفته‌ی دانگ:

قبل از کووید ۱۹، پژوهش‌های زیادی درزمینه‌ی کاربردهای گسترده‌تر ترکیب این روش تحویل لیپیدی با mRNA وجود داشت؛ ازجمله برای اختلالات ژنتیکی، ایمنی‌درمانی سرطان، بیماری‌های عفونی و عفونت‌های باکتریایی. تا زمانی که آنتی‌ژن را داشته باشید و بتوانید پروتئین را توالی‌یابی کنید، ازنظر تئوری این روش باید کارآمد باشد.

به لطف پیشرفت‌هایی که درزمینه‌ی فناوری mRNA و تحویل لیپید انجام شده است، واکسن‌ها و درمان‌هایی درحال توسعه هستند: برای مثال، mRNA درمانی برای فیبروز سیستیک و مولتیپل اسکلروزیس شرکت Translate Bio، واکسن mRNA برای HIV که توسط شرکت‌های Gritstone Oncology و Gilead Sciences در دست ساخت است، درمان‌هایی برای فیبروز سیستیک و بیماری قلبی توسط شرکت Arcturus Therapeutics ساخته می‌شود و استارتاپ آلمانی Ethris با همکاری AstraZeneca درحال ساخت درمان‌های mRNA برای چندین بیماری ریوی شدید و آسم است.

زیکا یکی از بیماری‌هایی است که ممکن است در آینده واکسن mRNA برای آن وجود داشته باشد

راه‌حل‌هایی برای بیماری‌های گرمسیری نیز درحال بررسی است. مدرنا نزدیک مرحله‌ی دوم (از سه مرحله) کارآزمایی‌های بالینی واکسن mRNA برای زیکا و چیکونگونیا است. هر دوی این بیماری‌ها ازجمله بیماری‌هایی هستند که مورد غفلت واقع شده‌اند. آن‌ها بر فقیرترین جمعیت‌های جهان تأثیر می‌گذارند و بودجه و پژوهش کافی دریافت نمی‌کنند. سرعت و هزینه واکسن‌های mRNA می‌تواند این وضعیت را تغییر دهد و پایان‌بخش بیماری‌های گرمسیری باشد.

بااین‌حال، شاید اولین واکسن جدید mRNA که به داروخانه‌ها می‌رسد، برای دشمن آشناتر ما یعنی آنفلوانزا باشد. ویروس‌های آنفلوانزا هر سال در سراسر جهان جان حدود ۲۹۰ هزار تا ۶۵۰ هزار نفر را می‌گیرند. وایتهد می‌گوید: «احتمالا در آینده نزدیک شاهد واکسن‌های mRNA دربرابر آنفلوانزا خواهیم بود. این واکسن‌های mRNA سال‌ها درحال توسعه بوده‌اند و کارآزمایی‌های بالینی انجام‌شده تا به امروز دلگرم‌کننده بوده است».

در‌حال‌حاضر پنج کارآزمایی بالینی برای آنفلوانزای نوع A وجود دارد، ازجمله یک کارآزمایی که در مرحله‌ی دوم قرار دارد. این دستاورد می‌تواند کاملا به موقع باشد. پل هانتر، استاد حفاظت از سلامت دانشگاه آنگلیای شرقی در بریتانیا، هشدار داده است برخی کشورها ممکن است در آستانه‌ی همه‌گیری آنفلوانزایی قرار داشته باشند که می‌تواند موجب مرگ‌و‌میری بیشتر نسبت‌به کووید شود.

چندین شرکت داروسازی نیز به دنبال واکسن‌های و درمان‌های مبتنی‌بر mRNA برای سرطان هستند. بلکنی می‌گوید:

سلول‌های سرطانی اغلب نشانگرهای خاصی روی سطح خود دارند که بقیه‌ی سلول‌های موجود در بدن شما فاقد آن هستند. می‌توانید سیستم ایمنی خود را آموزش دهید تا این سلول‌ها را شناسایی کرده و بکُشد، درست مانند اینکه می‌توانید سیستم ایمنی خود را آموزش دهید تا ویروسی را شناسایی کرده و آن را از بین ببرد: این همان ایده است، فقط کشف می‌کنید چه پروتئین‌هایی روی سطح سلول‌های تومور شما وجود دارد و از آن به‌عنوان واکسن استفاده می‌کنید.

به‌گفته‌ی بلکنی، ایده‌ی پزشکی شخصی برای هر بیمار سال‌ها چشم‌انداز وسوسه‌انگیزی بوده است. mRNA ممکن است سرانجام راهگشای این حوزه از پزشکی باشد. ازنظر تئوری، پزشکان تومور شما را خارج می‌کنند، آن را توالی‌یابی می‌کنند و بررسی می‌کنند روی سطح آن چه چیزی قرار دارد و سپس واکسنی مخصوص شما می‌سازند.

دانشمندان بر این باورند که می‌تواند مجموعه بزرگی از راه‌حل‌های واکسن mRNA برای موارد متنوعی مانند سرطان، بیماری‌های گرمسیری و مقاومت آنتی‌بیوتیکی وجود داشته باشد.

اگر درمان‌های سرطان، HIV و بیماری‌های گرمسیری همراه با سری دوم mRNA ارائه شوند، پس از آن می‌توانیم انتظار چه چیزی را داشته باشیم؟

یکی از مسائل مهم پزشکی مدرن، مقاومت آنتی‌بیوتیکی است. بلکنی می‌گوید: «به‌طور بالقوه می‌توانید تصور کنید واکسنی دربرابر آنتی‌ژن باکتریایی مانند C. difficile یا برخی از آن‌هایی که ازنظر درمان واقعا مشکل هستند، بسازید». هنوز کارآزمایی بالینی در این زمینه وجود ندارد، اما مجلات علمی مانند Frontiers این ایده را مورد کاوش قرار داده‌اند.

همچنین پتانسیلی برای کاربردهای کلی سلامت و بهزیستی وجود دارد. برای مثال، فو پیشنهاد می‌کند که عدم تحمل لاکتوز (که صدها میلیون نفر از مردم آسیایی‌تبار ازجمله خود او را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد و درواقع حدود ۶۸ درصد از کل جمعیت جهان را متاثر کرده است)، می‌تواند روزی مورد هدف قرار گیرد: من پروتئینی را که به من کمک می‌کند تا لاکتوز را تجزیه کنم، از دست داده‌ام. در آینده، می‌توانید راهی برای تحویل mRNA پیدا کنید که پروتئین تجزیه‌کننده لاکتوز را تولید کند... این تهدیدی برای زندگی نیست، اما می‌توان تصور کرد صنعت چند میلیارد دلاری خواهد بود».

در ایالت اوهایو، دانگ حتی آزمایش موفقیت‌آمیزی روی موش انجام داده است و در آن‌ کلسترول را مورد هدف قرار داده است. افراد دارای سطوح بالای پروتئین PCSK9 معمولا کلسترول بالایی دارند و زود به بیماری قلبی دچار می‌شوند. او می‌گوید: «متوجه شده‌ایم که پس از درمان (در موش)، می‌توانیم سطح پروتئین PCSK9 را تا بیش از ۹۵ درصد کاهش دهیم. این قطعا مسیر پژوهشی بسیار مهمی است». به‌گفته‌ی دانگ، حداقل، یک شرکت بیوتکنولوژی درحال برنامه‌ریزی کارآزمایی بالینی با استفاده از mRNA برای مهار PCSK9 است.

همه‌ی موارد فوق موجب طرح این سؤال می‌شود: آیا درمان‌های mRNA می‌توانند ایمنی فوق بشری به ما بدهد؟ همین واکسن‌های mRNA کووید موجب شده است که برخی افراد سطوح بسیار بالایی از آنتی‌بادی‌ها را تولید کنند که می‌تواند چندین گونه از کووید ۱۹ را با هم خنثی کند. همچین این پتانسیل وجود دارد که واکسن‌های mRNA مختلف را درون یک واکسن تقویت‌کننده سلامت ترکیب کنیم که می‌تواند هم‌زمان ویروس‌ها و سرطان‌ها را دفع کند. درحالی‌که درحال‌حاضر فقط در حد حدس و گمان است، فو می‌گوید: «می‌توانید ترکیبی از mRNAها را داشته باشید که پروتئین‌های مختلف را برای نیازهای خاص شما می‌سازند». هم مدرنا و هم نواواکس واکسن‌های ترکیبی کووید ۱۹ و آنفلوانزا را دردست توسعه دارند.

واکسن های mRNA خود تکثیرشونده ممکن است درنهایت رواج پیدا کنند. آن‌ها نیاز به دوزهای یادآور را کاهش می‌دهند

البته، قبل از اینکه خیلی هیجان‌زده شویم، باید بدانیم سوالاتی درمورد واکسن‌های mRNA وجود دارد. درحال‌حاضر، به تزریق‌های منظم تقویت‌کننده نیاز داریم و این تزریق‌ها موجب درد بازو می‌شوند و گاهی با اثرات جانبی خسته‌کننده‌ای همراه هستند.

هنگام نگارش این مقاله، کمتر از یک سال است که از این واکسن‌ها در جهان واقعی استفاده می‌شود. واکنش‌های آنافیلاکسی (البته بدون مرگ) تقریبا ۲ تا ۵ مورد در هر یک میلیون فرد واکسینه‌شده در ایالات متحده مشاهده شده است: این تعداد درمورد واکسن فایزر/بیوان‌تک کمی بالاتر است و ۴/۷ مورد در میلیون بوده است و درمورد مدرنا ۲/۵ مورد در یک میلیون واکسیناسیون بوده است. میزان بروز واکنش‌های مذکور گرچه به‌طورکلی پایین است، ۱۱ برابر بیشتر از نرخ بروز این واکنش‌ها درمورد واکسن آنفلوانزا است. بلکنی می‌گوید:

هنوز درحال کار برای درک مدت ماندگاری پاسخ آنتی‌بادی و نیز پاسخ سلولی هستیم. نشانه‌های خوبی وجود دارد که از واکسن‌های mRNA پاسخ سلول T خاطره بسیار خوبی به دست می‌آورید. اما ازآنجا که در بیشتر موارد، این کارآزمایی‌های یک سال و نیم قدمت دارند، هنوز درحال درک بیشتر این موضوع هستیم که ایمنی تا چه مدت دوام دارد. بیشتر مردم نمی‌خواهند هر سال چند بار واکسن دریافت کنند که پس از آن تا چند روز ناخوش باشند.

اگرچه آزمایشگاه بلکنی در دانشگاه بریتیش کلمبیا روی پاسخی کار می‌کند: saRNA یا mRNA خود تکثیرشونده. saRNA دارای اجزای ساختاری مشابه mRNA معمولی است با این تفاوت که می‌تواند درون سلول نسخه‌هایی از خود را بسازد. بلکنی می‌گوید: «این واقعا سودمند است، زیرا به شما اجازه می‌دهد از دوز بسیار پایین‌تری استفاده کنید؛ معمولا حدود ۱۰۰ برابر saRNA کمتر نسبت‌به mRNA».

اما در مسابقه‌ی میان لاک‌پشت و خرگوش، واکسن‌های mRNA ممکن است در مبارزه با کووید ۱۹ پیش افتاده باشند، اما با توجه به سرمایه‌گذاری و تلاش شرکت‌های مختلف در این زمینه، saRNA ممکن است درنهایت پیروز میدان باشد.