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Estrategias que se están desarrollando para la vacuna SARS-CoV-2: virus, proteínas, anticuerpos y genoma viral.

La carrera por la vacuna del SARS-CoV-2 (COVID-19)

El sistema inmune está constituido por componentes celulares y moleculares de nuestro organismo que actúan, de forma coordinada, para reconocer al agente extraño que nos invade, como el virus SARS-CoV-2, y su acción para combatirlo es la respuesta inmune. Así, una respuesta inmune eficaz con adquisición de memoria frente a SARS-CoV-2 debe generar una reserva de células inmunes que detecten al virus específicamente, con producción de anticuerpos neutralizantes que eviten la infección de células y tejidos, y eliminen al virus del organismo. Esta memoria será más duradera, cuanto mayor sea el tiempo que se mantenga el repertorio celular de memoria y el nivel óptimo del anticuerpo neutralizante contra el virus. Lo deseable es que perdure por años. Lamentablemente, esta inmunización activa con adquisición de memoria no se consigue siempre, ni en todas las personas por igual, ni es duradera frente a muchos virus. Por lo que, ante un nuevo virus como SARS-CoV-2 y sin inmunidad previa de grupo, no sabemos quién sufrirá los cuadros más graves de la enfermedad, quién estará protegido, ni cuán eficaz y duradera será la inmunidad adquirida frente al virus y a exposiciones repetidas posteriores. Así, en algunas personas, el sistema inmune puede reaccionar contra el virus reconociendo partes de él que no son importantes para el ciclo infectivo. De forma que se generará un repertorio celular de memoria y anticuerpos que no serán eficaces para neutralizar la infección, por lo que no lo eliminan. En otras personas, puede que el sistema inmune no consiga reconocer correctamente al virus y no se active, por lo que no se generará repertorio celular de memoria ni se producirán inmunoglobulinas que se unan al virus, ni siquiera en regiones no importantes para la infección. Que se genere o no inmunidad protectora depende, entre otros aspectos, de los factores genéticos de cada persona, de la variante viral por la que nos infectamos y de la carga viral a la que nos hemos expuesto. Estos factores condicionan el encuentro con el virus, la estimulación correcta del sistema inmune y que consigamos o no activar la respuesta inmune a la velocidad requerida para compensar la rapidez a la que el virus infecta y se replica en el organismo. Por su parte, la variante viral a la que nos exponemos también influye, ya que podría ser una variante que ha mutado su genoma lo suficiente para ganar habilidad de escape a nuestra respuesta inmune y, por tanto, será más difícil neutralizarla por los anticuerpos, incluso, por los generados en una primera exposición a una variante más ancestral del virus. Por lo tanto, el objetivo de una vacuna universal es generar inmunización activa en la mayoría de las personas, para que adquieran memoria celular y se liberen cantidades óptimas de anticuerpo neutralizante que protejan frente al virus y sus posibles variantes. Actualmente, se han notificado más de cien diseños distintos de vacuna contra SARS-CoV-2, seis de ellos están en la fase de estudio de seguridad en humanos, mientras que otros empiezan a ensayarse en modelos animales. A continuación, se presentan los principales diseños de vacuna que están en desarrollo contra este virus.

Virus atenuados y virus inertes.

Varias iniciativas desarrollan vacunas utilizando el propio virus como agente de vacunación, tanto en su forma debilitada, menos infecciosa, como en su forma completamente inactiva o no infecciosa. Muchas vacunas clásicas se han desarrollan de esta manera, como la vacuna del sarampión y la de la poliomielitis.
Convencionalmente, un virus se puede debilitar por dilución e infección repetida en células animales o humanas, hasta que se detecta una variante que, al mutar en los cultivos, es menos infecciosa y no causa enfermedad o en un cuadro menos grave. Hoy en día, esto se logra también modificando el genoma del virus en el laboratorio, y seleccionando aquellos virus que presenten defectos en sus proteínas clave, como la de superficie S del SARS-CoV-2, y que tengan atenuada su virulencia. En estas formulaciones, al emplearse el virus completo, se requieren pruebas de seguridad muy exhaustivas, las cuales deberá pasar la vacuna SARS-CoV-2 que siga esta estrategia. Respecto de los virus inertes, en estos diseños de vacuna, el virus se puede inactivar por agentes químicos, como formaldehído o lactonas, mediante choque térmico por calor, por radiación UV o gamma, o combinando algunas de estas estrategias. Sin embargo, antes de inactivar al virus, se precisa generarlo en grandes cantidades y en su forma infecciosa, lo que obliga también disponer de las medidas de bioseguridad más estrictas. Una vez se ha obtenido el virus atenuado o el virus inactivo, y tras pasar las pruebas en modelo animal y los controles de seguridad en humanos, estos candidatos a vacunas se administrarán directamente, o con adyuvantes que estimulen el sistema inmune, en ensayos de inmunización en voluntarios. Las vacunas que tengan éxito deben inducir la adquisición de memoria celular con producción de anticuerpo que neutralice al virus y lo erradique del organismo, deseando, a su vez, que se genere inmunidad duradera frente a futuras exposiciones al virus y sus variantes.

Otros virus como vectores para la vacuna

Algunas estrategias emplean otros virus modificados como vectores para transferir la parte del genoma de SARS-CoV-2 con la que se pretende inmunizar. Para ello, se emplean virus muy estudiados, como sarampión o adenovirus, que previamente se han modificado genéticamente para que, tras infectar o introducirlos en células o tejidos del cuerpo, produzcan exclusivamente las proteínas de interés del coronavirus con las que deseamos inmunizar. Existen dos tipos de vectores: los que emplean virus que pueden replicarse dentro de las células y los que no pueden. Vectores virales replicativos dentro de las células que se infectan, como el sarampión debilitado, se han empleado en el desarrollo de la vacuna aprobada recientemente contra el Ébola. Dichas vacunas provocan una fuerte respuesta inmune y tienden a ser seguras. Un ejemplo de vector viral no replicativo es el obtenido a partir del adenovirus, y tras eliminación de genes clave para su replicación. Por el momento, ninguna vacuna autorizada se ha desarrollado con este vector, pero tiene la ventaja de ser muy empleado en terapia génica y con éxito. Es decir, es un vector del que sabemos mucho sobre su seguridad. Seguramente se necesitarán inyecciones de refuerzo, para inducir inmunidad protectora duradera. Curiosamente, su seguridad es el mayor “contratiempo” al que nos debemos enfrentar con estos dos tipos de vectores, debido a que el sistema inmune los erradica con eficacia. Por tanto, la inmunización debe conseguirse en el periodo ventana que va entre la administración de estos vectores modificados y lo que tarde el sistema inmune en erradicarlos, ya que la inmunidad que todos poseemos a estos virus vectores, como el sarampión, puede mitigar la efectividad de estas vacunas SARS-CoV-2.

Ácidos nucleicos y edición génica

Otros desarrollos se fundamentan en secuencias génicas del virus SARS-CoV-2, tanto en su forma ADN como ARN (ácidos desoxirribonucleico y ribonucleico, respectivamente), para que, una vez introducidas en las células o tejidos, permitan directamente la síntesis de proteínas virales con las que inmunizar. La mayoría de estas estrategias contemplan el gen S, que contiene la información de la proteína S clave para la infección viral. Las vacunas basadas en ARN y ADN son seguras y fáciles de desarrollar, porque manejan exclusivamente material genético, evitando cultivar o manipular el virus en el laboratorio. Por el momento, ninguna vacuna autorizada se ha desarrollado con esta tecnología y estrategia de inmunización. Otras estrategias proponen atacar al genoma del virus directamente en las células infectadas, ya sea con ARN antisentido o por edición génica CRISPR-Cas que evite su expresión por unión e impedimento o por modificación invalidante dirigida, respectivamente. El objetivo es editar genes del virus, para impedir la expresión de proteínas cruciales para su ciclo viral y erradicarlo así de los tejidos infectados.

Vacunas fundamentadas en proteínas del virus

Estas estrategias establecen métodos que permitan disponer de las proteínas del coronavirus, ya sean purificadas o formando parte de un vehículo, para inyectarlas directamente en el cuerpo. Para inmunizar, también se pueden usar subunidades de estas proteínas virales o fragmentos de la membrana superficial de células a las que se les hace expresar las proteínas del coronavirus. Alineados con estas estrategias de vacuna hay unos veintiocho equipos de trabajo, la mayoría de ellos enfocados en la proteína espicular S del virus, en su forma completa o sólo en su región RBD, implicada en la unión al receptor ACE2 de nuestras células y tejidos. Algunos ensayos en monos con estas vacunas muestran protección del animal frente a la infección por el virus completo. Ahora se debe estudiar su seguridad para ser probadas en personas. Este tipo de vacunas suelen requerir que se active al sistema inmune con adyuvantes inmunoestimuladores, así como recurrir a dosis múltiples para lograr el repertorio celular de memoria y la cantidad óptima de anticuerpo neutralizante del virus. Otra estrategia consiste en generar lo que se denominan “partículas similares a virus” (VLP, en inglés). Esto se consigue forzando la creación de VLP, a partir de células que exponen en su superficie la proteína S, de tal forma que, a medida que se liberan fragmentos de la membrana celular conteniendo la proteína S del SARS-CoV-2, estos se reordenan formando esferas del tamaño de un virus. Estas VLP purificadas se administran en los ensayos de inmunización contra la proteína S viral, desencadenando, generalmente, una fuerte respuesta inmune sin necesidad de adyuvantes. Sin embargo, las VLP son difíciles de fabricar de forma eficiente a gran escala.

Plasma y anticuerpos neutralizantes

Una forma clásica y eficaz de conseguir protección en personas infectadas por un virus, y cuyo sistema inmune no responde frente a la infección, es administrar plasma conteniendo anticuerpos de personas que sí se han protegido naturalmente. Desafortunadamente, el plasma de pacientes convalecientes es difícil de obtener en grandes cantidades y, a veces, el título de anticuerpo es demasiado bajo para conseguir efectos beneficiosos y combatir la carga viral en el organismo.
Esto dificulta el empleo del plasma como tratamiento terapéutico principal o en pruebas clínicas de envergadura. Sin embargo, el componente activo del plasma de estos pacientes curados (el anticuerpo neutralizante) puede aislarse y producirse en grandes cantidades, mediante tecnología de ADN recombinante. Esta es, por tanto, otra de las acciones que se contemplan en la lucha contra SARS-CoV-2. De hecho, todas las técnicas expuestas anteriormente permiten inmunizar a animales de laboratorio frente al virus completo o fragmentos del mismo, sobre todo contra la proteína S viral. Bastará con identificar qué animales ensayados han desarrollado respuesta inmune eficaz con generación de anticuerpo neutralizante, para aislar sus células B productoras del anticuerpo y, desde el gen del anticuerpo, producir gran cantidad de la inmunoglobulina neutralizante. Además, por ingeniería genética también podemos humanizar el anticuerpo de especie animal, para evitar problemas de reacción del sistema inmune de los pacientes contra un anticuerpo de otra especie, cuando lo empleemos como fármaco. Estos anticuerpos también se pueden modificar en su región constante (Fc), para que sean mejor reconocidos por células inmune de tipo NK (“natural killer”). Así, cuando una célula NK se una al anticuerpo que ha reconocido al antígeno viral expuesto en la superficie de las células infectadas, esta tríada antígeno-anticuerpo-NK desencadenará la liberación de proteínas y enzimas citotóxicas desde la célula NK que destruirán las células infectadas reconocidas por el anticuerpo. Asimismo, para asegurar el éxito terapéutico de vacunas por anticuerpos, se debe vigilar que estos anticuerpos no induzcan un aumento de infección (efecto ADE, en inglés) en el paciente tratado y expuesto al virus SAS-CoV-2. El uso de anticuerpos neutralizantes como herramienta terapéutica contra SARS-CoV-2 es prometedor, ya que permite una gran producción de anticuerpos y de forma rápida. Así, se acaba de anunciar la obtención de dos anticuerpos neutralizantes en ensayos en modelos animales, que, en el laboratorio, inhiben la infección de células por SARS-CoV-2. Uno de ellos ya se ha humanizado y se preparan ensayos en humanos. Esta estrategia, empleando plasma o anticuerpo neutralizante puro, se llama de inmunización pasiva, y perdura mientras sean estables los anticuerpos en la sangre del paciente. Cabe decir que el paciente así curado no genera un repertorio inmune propio y no adquiere memoria frente al virus, por lo que se expone a reinfecciones y cuadros graves.

Variantes del virus y vacunas: la importancia del seguimiento genómico

Como hemos comentado, las estrategias de vacunas v n desde el empleo del propio virus a fragmentos de su genoma, para producir proteínas virales o anticuerpos neutralizantes. Si la secuencia del virus que circula muta, y varia lo suficiente respecto de la secuencia empleada en el diseño de vacunas, éstas pueden fracasar, ya que la inmunidad celular y los anticuerpos neutralizantes generados por vacunación pueden no ser eficaces frente a las nuevas variantes virales. En este sentido, no se descarta que el virus evolucione hasta convertirse en un virus estacional no letal, como acaba de postular un estudio que ocurrió con el coronavirus humano hCoV-OC43. El estudio propone que este coronavirus causó una pandemia, entre 1889 y 1890, que mató a más de un millón de personas en el mundo La adaptación a la especie humana habría hecho que este virus evolucione hasta nuestros días a una cepa estacional que provoca síntomas propios de un resfriado. Otra característica notable del SARS-CoV-2 es un sitio de escisión polibásico (PRRAR) en la zona de unión de las subunidades S1 y S2 que forman la proteína S. Este sitio permite un corte, principalmente, por la enzima furina de nuestras células y tejidos, y juega un papel fundamental en su infectividad, ya que el corte expone un péptido de fusión en S2 que favorece la infección viral y aumenta el rango de tejidos que infecta y daña el virus. Curiosamente, esta región PRRAR no se encuentra en otros betacoronavirus letales relacionados para el hombre, y sí en hCoV-HKU1. Este betacoronavirus humano no produce infecciones con cuadros graves. Por lo que, si bien se teme que la región PRRAR pueda conferir mayor virulencia a SARS-CoV-2, no se descarta que pudiera ayudar a una evolución hacia un virus estacional no letal como hCoV-HKU1. Este deseo y adaptabilidad podría ocurrir con SARS-CoV-2, como apuntan algunos datos epidemiológicos recientes, notificados por el Instituto de Investigaciones Farmacológicas Mario Negri de Milán. Pero tampoco podemos descartar que estos pacientes se hayan expuesto a una menor carga viral. Cabe decir que todas las estrategias de vacunas arribas descritas permiten adaptarse a los cambios en los
genes del SARS-CoV-2, y desarrollar rápidamente variantes de las vacunas, donde la seguridad siempre debe prevalecer y demostrarse. Por tanto, el seguimiento de la evolución genética de este coronavirus es fundamental para el desarrollo de vacunas eficaces, y para detectar si evoluciona a cepas más o menos agresivas.

Normativas de seguridad, escalado y distribución de vacunas

Las vacunas para uso humano se producen mediante diseños y protocolos que deben cumplir con las “Buenas Prácticas de Manufactura” (GMP, en inglés) en la producción farmacéutica, para garantizar así la calidad, constantemente en cada paso del desarrollo, y la seguridad en las personas. Esto requiere instalaciones especiales, personal capacitado, cumplir con la legislación y materia prima que haya sido producida bajo las normas de calidad GMP. Muchos de los candidatos a vacuna SARS-CoV-2, en su fase aún preclínica, no están en disposición de cumplir esta normativa. Por tanto, todas las estrategias comentadas anteriormente deben diseñarse o modificarse para que las vacunas contra SARS-CoV-2 cumplan la normativa y sean seguras. Otro punto limitante, a tener en cuenta para cada vacuna candidata, es que se pueda escalar para producir cantidades suficientes, miles de millones de dosis, para vacunar a la población, y velando siempre por su calidad, seguridad y eficacia. Para las vacunas basadas en plataformas de vacunas existentes, como las vacunas con virus inactivados o atenuados, esto se puede lograr de manera relativamente fácil, ya que se puede recurrir a infraestructuras ya existentes desarrolladas para vacunas virales tipo influenza (gripe), por ejemplo. Para las vacunas basadas en tecnologías novedosas, como el ARN, es necesario construir esta capacidad, y esto lleva tiempo. Seguramente, primero se producirá un número limitado de dosis, disponible con prioridad para trabajadores sanitarios, fuerzas de seguridad y protección civil, junto a segmentos más vulnerables de la población. Posteriormente, se dispondrá para toda la población en general. Esto será un verdadero reto, pero que ya enfrentamos con la vacuna de la influenza, por lo que, a nivel mundial, tanto en países de ingresos altos como bajos, existe ya una red de instalaciones de producción de vacunas a la que recurrir. Lógicamente, se necesitará coordinación estrecha entre las compañías farmacéuticas, los gobiernos, las agencias reguladoras y la Organización Mundial de la Salud (OMS), así como la liberación de patentes, diseños y procedimientos, y la puesta en marcha de múltiples ensayos clínicos, con la consiguiente protección legal y participación de aseguradoras. Finalmente, no hay que olvidar que distribuir las vacunas y administrarlas llevará su tiempo. Vacunar a una gran proporción de la población probablemente llevará semanas. Además, para muchas de las estrategias de vacuna SARS-CoV-2 es muy probable que se necesite más de una dosis, que podrían administrarse separadas en el tiempo entre 3 a 4 semanas o incluso varios meses. Es probable que la inmunidad protectora se logre solo 1-2 semanas después de la segunda vacunación de refuerzo. Por lo tanto, esto agrega meses a la línea de tiempo para inmunizar eficazmente. Incluso, si se pueden encontrar atajos para varios de los pasos o procesos mencionados anteriormente, es poco probable que una vacuna esté disponible antes de los 6 meses posteriores al inicio de los
ensayos clínicos.

Siendo realistas, las vacunas contra el SARS-CoV-2 no estarán disponibles, como mínimo, hasta dentro de 12 ó 18 meses, y con inversiones de cientos a miles de millones de euros. Mientras tanto, los fármacos antivirales que puedan desarrollarse, junto a lo aprendido en la lucha contra la COVID-19 en este primer brote, nos ayudarán a ganar tiempo hasta que llegue la tan deseada vacuna que nos permita enfrentar los próximos brotes, derrotar al SARS-CoV-2 y la pandemia asociada.

Ilustración creada por David Reyes @SciArt3D. Representación de las diferentes estrategias que se están desarrollando 
para la vacuna SARS-CoV-2: virus, proteínas, anticuerpos y genoma viral.

Texto: Agustín Valenzuela Fernández Virólogo, Director del Grupo Inmunología Celular y Viral de la ULL

 

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