La tecnología ARNm que permitió las vacunas covid, Nobel de Medicina

La Asamblea Nobel del Instituto Karolinska ha decidido conceder el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2023 a Katalin Karikó y Drew Weissman por sus descubrimientos sobre las modificaciones de las bases de los nucleósidos que permitieron el desarrollo de vacunas de ARNm eficaces contra la Covid-19.

Los descubrimientos de los dos premios Nobel “fueron fundamentales para desarrollar vacunas de ARNm eficaces contra la Covid-19”, durante la pandemia que comenzó a principios de 2020. A través de sus descubrimientos innovadores, que han cambiado fundamentalmente nuestra comprensión de cómo interactúa el ARNm con nuestro sistema inmunológico, los galardonados contribuyeron a la tasa sin precedentes de desarrollo de vacunas durante una de las mayores amenazas a la salud humana en los tiempos modernos.

Gracias a los avances de la biología molecular en las últimas décadas, se han desarrollado vacunas basadas en componentes virales individuales, en lugar de virus completos. Partes del código genético viral, que generalmente codifican proteínas que se encuentran en la superficie del virus, se utilizan para producir proteínas que estimulan la formación de anticuerpos bloqueadores del virus. Algunos ejemplos son las vacunas contra el virus de la hepatitis B y el virus del papiloma humano. Alternativamente, partes del código genético viral pueden trasladarse a un virus portador inofensivo, un "vector". Este método se utiliza en vacunas contra el virus del Ébola. Cuando se inyectan vacunas vectoriales, la proteína viral seleccionada se produce en nuestras células, lo que estimula una respuesta inmune contra el virus objetivo. La producción de vacunas basadas en virus completos, proteínas y vectores requiere un cultivo celular a gran escala. Este proceso que requiere muchos recursos limita las posibilidades de una producción rápida de vacunas en respuesta a brotes y pandemias. Por lo tanto, los investigadores han intentado durante mucho tiempo desarrollar tecnologías de vacunas independientes del cultivo celular, pero esto resultó ser un desafío.

Vacunas de ARNm: una idea prometedora

En nuestras células, la información genética codificada en el ADN se transfiere al ARN mensajero (ARNm), que se utiliza como plantilla para la producción de proteínas. Durante la década de 1980 se introdujeron métodos eficientes para producir ARNm sin cultivo celular, llamados transcripción in vitro. Este paso decisivo aceleró el desarrollo de aplicaciones de la biología molecular en varios campos.

También despegaron las ideas de utilizar tecnologías de ARNm con fines terapéuticos y de vacunas, pero aún quedaban obstáculos por delante. El ARNm transcrito in vitro se consideró inestable y difícil de administrar, lo que requirió el desarrollo de sistemas sofisticados de lípidos portadores para encapsular el ARNm. Además, el ARNm producido in vitro dio lugar a reacciones inflamatorias. Por lo tanto, el entusiasmo por desarrollar la tecnología de ARNm con fines clínicos fue inicialmente limitado. Estos obstáculos no desanimaron a la bioquímica húngara Katalin Karikó, que se dedicó a desarrollar métodos para utilizar el ARNm con fines terapéuticos. A principios de la década de 1990, cuando era profesora asistente en la Universidad de Pensilvania, se mantuvo fiel a su visión de hacer realidad el ARNm como terapéutico a pesar de encontrar dificultades para convencer a los financiadores de la investigación de la importancia de su proyecto. Un nuevo colega de Karikó en su universidad fue el inmunólogo Drew Weissman. Estaba interesado en las células dendríticas, que tienen funciones importantes en la vigilancia inmunitaria y la activación de las respuestas inmunitarias inducidas por vacunas. Estimulados por nuevas ideas, pronto comenzó una fructífera colaboración entre los dos, centrándose en cómo los diferentes tipos de ARN interactúan con el sistema inmunológico.

El gran avance

Karikó y Weissman observaron que las células dendríticas reconocen el ARNm transcrito in vitro como una sustancia extraña, lo que conduce a su activación y a la liberación de moléculas de señalización inflamatorias. Se preguntaron por qué el ARNm transcrito in vitro se reconocía como extraño, mientras que el ARNm de células de mamíferos no daba lugar a la misma reacción. Karikó y Weissman se dieron cuenta de que algunas propiedades críticas deben distinguir los diferentes tipos de ARNm. El ARN contiene cuatro bases, abreviadas A, U, G y C, que corresponden a A, T, G y C en el ADN, las letras del código genético. Karikó y Weissman sabían que las bases de nucleósidos en el ARN de células de mamíferos con frecuencia se modifican químicamente, mientras que el ARNm transcrito in vitro no. Se preguntaron si la ausencia de bases alteradas en el ARN transcrito in vitro podría explicar la reacción inflamatoria no deseada.

Para investigar esto, produjeron diferentes variantes de ARNm, cada una con alteraciones químicas únicas en sus bases, que entregaron a las células dendríticas. Los resultados fueron sorprendentes: la respuesta inflamatoria casi fue abolida cuando se incluyeron modificaciones de bases en el ARNm. Este fue un cambio de paradigma en nuestra comprensión de cómo las células reconocen y responden a diferentes formas de ARNm. Karikó y Weissman comprendieron inmediatamente que su descubrimiento tenía una profunda importancia para el uso del ARNm como terapia. Estos resultados fundamentales se publicaron en 2005, quince años antes de la pandemia de COVID-19. En estudios adicionales publicados en 2008 y 2010, Karikó y Weissman demostraron que la entrega de ARNm generado con modificaciones de bases aumentaba notablemente la producción de proteínas en comparación con el ARNm no modificado. El efecto se debió a la activación reducida de una enzima que regula la producción de proteínas. Gracias a sus descubrimientos de que las modificaciones de las bases reducían las respuestas inflamatorias y aumentaban la producción de proteínas, Karikó y Weissman habían eliminado obstáculos críticos en el camino hacia las aplicaciones clínicas del ARNm.

El interés en la tecnología de ARNm comenzó a aumentar y, en 2010, varias empresas estaban trabajando en el desarrollo del método. Se buscaron vacunas contra el virus Zika y el MERS-CoV; este último está estrechamente relacionado con el SARS-CoV-2. Después del estallido de la pandemia de COVID-19, se desarrollaron a una velocidad récord dos vacunas de ARNm modificadas con bases de nucleósidos que codifican la proteína de superficie del SARS-CoV-2. Se informaron efectos protectores de alrededor del 95% y ambas vacunas fueron aprobadas ya en diciembre de 2020.

La impresionante flexibilidad y velocidad con la que se pueden desarrollar vacunas de ARNm allanan el camino para utilizar la nueva plataforma también para vacunas contra otras enfermedades infecciosas. En el futuro, la tecnología también podrá utilizarse para administrar proteínas terapéuticas y tratar algunos tipos de cáncer. También se introdujeron rápidamente otras vacunas contra el SARS-CoV-2, basadas en diferentes metodologías, y en conjunto se han administrado más de 13 mil millones de dosis de vacuna contra la Covid-19 en todo el mundo. Las vacunas han salvado millones de vidas y han evitado enfermedades graves en muchas más, permitiendo a las sociedades abrirse y volver a sus condiciones normales. A través de sus descubrimientos fundamentales sobre la importancia de las modificaciones de bases en el ARNm, los premios Nobel de este año contribuyeron de manera fundamental a este desarrollo transformador durante una de las mayores crisis de salud de nuestro tiempo.

Katalin Karikó nació en 1955 en Szolnok, Hungría. Recibió su doctorado en la Universidad de Szeged en 1982 y realizó investigaciones postdoctorales en la Academia de Ciencias de Hungría en Szeged hasta 1985. Luego realizó investigaciones postdoctorales en la Universidad de Temple, Filadelfia, y la Universidad de Ciencias de la Salud, Bethesda. En 1989, fue nombrada profesora asistente en la Universidad de Pensilvania, donde permaneció hasta 2013. Después de eso, se convirtió en vicepresidenta y luego vicepresidenta senior de BioNTech RNA Pharmaceuticals. Desde 2021, es profesora en la Universidad de Szeged y profesora adjunta en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania.

Drew Weissman nació en 1959 en Lexington, Massachusetts, EE. UU. Recibió su título de médico y doctorado de la Universidad de Boston en 1987. Realizó su formación clínica en el Centro Médico Beth Israel Deaconess de la Facultad de Medicina de Harvard y realizó investigaciones posdoctorales en los Institutos Nacionales de Salud. En 1997, Weissman estableció su grupo de investigación en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania. Es profesor de la familia Roberts en investigación de vacunas y director del Instituto Penn para Innovaciones de ARN.