Hoe werken mRNA-vaccins zoals die van Pfizer en Moderna?

Moderna rapporteerde tijdens een fase-3-studie een werkzaamheid van 94,5% van zijn vaccin tegen coronabesmetting, Pfizer rapporteerde in een vergelijkbare studie 90% werkzaamheid. Deze voorlopige onderzoeksuitkomsten overtroffen de verwachtingen van veel vaccindeskundigen. Hoe werken de mRNA-vaccins van Pfizer en Moderna, waarom zijn mRNA-vaccins zo’n doorbraak en waarom moeten ze zo koud worden gehouden?

Hoe werkt een mRNA-vaccin?

Hoe werkt een vaccin?

Een vaccin is een soort medicijn dat het immuunsysteem van het lichaam traint zodat het een ziekte kan herkennen en bestrijden waarmee het niet eerder in aanraking is gekomen. Vaccins zijn ontworpen om een ziekte te voorkomen, in plaats van een ziekte te behandelen als je die eenmaal hebt opgelopen.

Vaccins bevatten van oudsher verzwakte bacteriën of virussen of dode virusdelen met kenmerkende eiwitten van een virus. Ze werken door het immuunsysteem te misleiden. Door de kenmerkende virusgedeeltes ga je antilichamen maken, eiwitten die de bacteriën of virussen aanvallen.

Je immuunsysteem houdt vervolgens een geheugen bij van alle ziekteverwekkers die het is tegengekomen, dus wanneer je wordt blootgesteld aan het echte werk kan je snel meer antilichamen produceren om de ziekte te bestrijden.

Hoe wordt een traditioneel vaccin gemaakt?

Voor seizoensgriep duurt het ongeveer zes maanden vanaf de identificatie van de circulerende influenzavirusstam om een werkend vaccin te produceren. Het kandidaat-griepvaccinvirus wordt ongeveer drie weken gekweekt om een hybride virus te produceren, dat minder gevaarlijk is en beter in staat is om in kippeneieren te groeien.

Het hybride virus wordt dan in bevruchte kippeneieren geïnjecteerd en enkele dagen geïncubeerd om meer kopieën te maken. Vervolgens wordt het met virus bevruchte vloeistof uit de eitjes ‘geoogst’, worden de vaccinvirussen gedood en worden de virale eiwitten gedurende enkele dagen gezuiverd. Deze verzwakte virussen worden in je lichaam geinjecteerd om door je afweersysteem te worden vernietigd.

Wat is het verschil met een mRNA-vaccin?

Een mRNA-vaccin maakt gebruik van boodschapper-RNA of messenger-RNA (kortweg mRNA), genetisch materiaal dat onze cellen kunnen aflezen om eiwitten te maken. Het SARS-CoV-2-virus is bezaaid met eiwitten die het gebruikt om menselijke cellen binnen te dringen. Deze zogenaamde spike-eiwitten of spikeproteïnen zijn kenmerkend voor het virus. In plaats van het virale eiwit te injecteren krijg je bij een mRNA-vaccin een stukje code in je lichaam dat de spike-eiwitten beschrijft.

Na de injectie met een vaccin botsen de vaccindelen tegen de cellen en versmelten ze, waardoor mRNA vrijkomt. De moleculen van de cel lezen de volgorde af en bouwen de kenmerkende spike-eiwitten op. Zo wordt het virale eiwit direct in je lichaam aangemaakt.

Deze aanpak bootst na wat SARS-CoV-2 in het wild ook met je doet, maar het mRNA-vaccin codeert alleen voor de spike-eiwitten. Dit geeft het immuunsysteem een voorproefje van hoe het echte virus eruit ziet zonder de ziekte te veroorzaken. Dit eiwit wordt zichtbaar voor de afweercellen in het lichaam, die vervolgens antistoffen ontwerpen die het virus herkennen bij een besmetting. 

Hoewel het synthetische mRNA genetisch materiaal is wordt het niet overgedragen of gedupliceerd. Na een mRNA-injectie kan de eiwitproductie in de spiercellen nog enkele dagen duren. Het mRNA van het vaccin wordt dan uiteindelijk vernietigd door de cel, waardoor er geen permanent spoor achterblijft.

Waarom is een mRNA-vaccin zo snel gemaakt?

De traditionele ontwikkeling van een vaccin is een goed bestudeerd proces, maar vergt veel tijd. Je kan met dit proces niet onmiddellijk reageren op nieuwe pandemieën zoals COVID-19. Met de ervaring die deskundigen hebben met vaccins die we nu al kenden zou een werkzaam vaccin voor COVID-19 nog lang niet in zicht zijn geweest.

Lees ook: Deskundigen voorspellen: Covid-19 vaccinatie is er niet voor herfst 2021

De mRNA-vaccins kunnen veel van de hindernissen voor de ontwikkeling van traditionele vaccins, zoals de productie van niet-infectieuze virussen en de productie van virale eiwitten op medisch veeleisende niveaus van zuiverheid, overslaan. mRNA-vaccins elimineren een groot deel van het productieproces omdat het menselijk lichaam de instructies gebruikt om zelf virale eiwitten te produceren in plaats van deze via bevruchte eieren te oogsten en vervolgens te injecteren.

Ook zijn mRNA-moleculen veel eenvoudiger dan eiwitten. De mRNA voor vaccins wordt gefabriceerd door chemische in plaats van biologische synthese, dus je kunt veel sneller dan bij conventionele vaccins een wijziging aanbrengen, de productie opschalen of het vaccin massaal produceren.

In feite was al binnen enkele dagen nadat de genetische code van het SARS-CoV-2-virus beschikbaar kwam de eerste mRNA-code voor een kandidaat-vaccin testklaar. En als straks overal ter wereld teststraten zijn ingericht en vaccinatie-instrumenten klaar staan kan de mRNA snel op maat kan worden gemaakt voor andere toekomstige pandemieën.

Wat zijn problemen met mRNA-vaccins?

MRNA-technologie is niet nieuw. Een hele tijd geleden werd al aangetoond dat wanneer synthetisch mRNA in een dier wordt geïnjecteerd de cellen een gewenst eiwit kunnen produceren. Maar de vooruitgang bleef traag. Dat komt omdat mRNA niet alleen onstabiel is en gemakkelijk kan worden afgebroken tot kleinere componenten, maar ook omdat de mRNA molecule door onze natuurlijke enzymen in stukken zou worden gehakt als het direct in het lichaam zou worden geïnjecteerd.

Pas in 2005 hebben onderzoekers ontdekt hoe ze mRNA kunnen stabiliseren en verpakken in kleine deeltjes om het als vaccin af te leveren. Om hun vaccin te beschermen, wikkelen Pfizer en BioNTech het mRNA in bubbels van minuscule vetten. De mRNA COVID-19-vaccins zullen naar verwachting de eerste zijn die deze technologie gebruiken en door de keuringen heenkomen.

Na tien jaar werk zijn de mRNA-vaccins klaar voor evaluatie. Artsen zullen alert zijn op onbedoelde immuunreacties, die zowel nuttig als schadelijk kunnen zijn.

Waarom moet mRNA superkoud worden bewaard?

De belangrijkste uitdaging voor de ontwikkeling van een mRNA-vaccin is nog steeds de inherente instabiliteit. Door hun kwetsbaarheid zullen de mRNA-moleculen bij kamertemperatuur snel uit elkaar vallen. Deze nieuwe klasse van vaccin vereist daarom ongekende vriescondities voor distributie en toediening.

Het Pfizer-BioNTech mRNA-vaccin moet worden opgeslagen bij -70 graden en zal bij normale koeltemperaturen van iets boven het vriespunt in ongeveer vijf dagen worden afgebroken. Het is niet verrassend dat Pfizer ook transportcontainers ontwikkelt die gebruik maken van droogijs om de beperkingen van het transport aan te pakken.

Moderna beweert dat zijn vaccin thuis of in de medische vriezer bij -20 tot zes maanden kan worden bewaard. Moderna beweert ook dat zijn vaccin stabiel kan blijven bij standaard gekoelde condities tot 30 dagen na ontdooiing, binnen de houdbaarheidsperiode van zes maanden.

Bronnen

  • Wolff, J. A. et al. Direct gene transfer into mouse muscle in vivoScience 247, 1465–1468 (1990).
  • Reichmuth, A. M., Oberli, M. A., Jeklenec, A., Langer, R. & Blankschtein, D. mRNA vaccine delivery using lipid nanoparticles. Ther. Deliv. 7, 319–334 (2016).
  • Weide, B. et al. Results of the first phase I/II clinical vaccination trial with direct injection of mRNA. J. Immunother. 31, 180–188 (2008).