Desde o ini­cio da pandemia COVID-19, hámais de um ano, funciona¡rios da saúde pública, cientistas e lideres pola­ticos tem lutado para conter o conta¡gio viral que ceifou mais de 2,4 milhões de vidas em todo o mundo e causou turbulaªncia econa´mica global.

Isso nunca deve acontecer novamente, diz o bioengenheiro de Stanford James Swartz, que passou mais de uma daºzia de anos preparando as bases para uma nova tecnologia de vacina projetada para impedir surtos virais inoculando milhões, na verdade bilhaµes, de pessoas em semanas.

Swartz elogiou as vacinas COVID-19 atuais como conquistas cienta­ficas e médicas sem precedentes, desenvolvidas como eram com rapidez e colaboração global incompara¡veis, mas o que ele estãopropondo agora éainda mais ambicioso: um projeto de vacina radicalmente novo e processo de biofabricação ultrarra¡pido tão eficaz que rebanho global a imunidade poderia ser estabelecida antes mesmo de uma pandemia comea§ar.

Para cumprir essa promessa, Swartz prevaª um programa de dois esta¡gios. O primeiro esta¡gio envolveria a fabricação de bioparta­culas projetadas para transportar o ingrediente ativo para a nova vacina, testando esses agentes de entrega quanto a  segurança e, em seguida, estocando as bioparta­culas sem uma carga médica útil atéa ameaça de uma pandemia. O ini­cio do esta¡gio dois seria semelhante ao processo usado para criar as vacinas COVID-19 atuais, com os cientistas correndo para identificar impressaµes digitais moleculares únicas, ou anta­genos, que podem ser usados ​​para atacar o va­rus perigoso. Sa³ que desta vez, havera¡ um sistema de biofabricação de resposta rápida pronto para carregar os anta­genos nas biopartículas Isso pode fazer toda a diferença, disse Swartz, e permitir que uma vacina de resposta rápida seja potencialmente testada quanto a  eficácia e transformada em bilhaµes de doses prontas para injeção em semanas.

Mas dois grandes obsta¡culos estãono caminho. Em primeiro lugar, Swartz baseou sua abordagem em uma tecnologia apenas parcialmente comprovada chamada sa­ntese de protea­nas livres de células isso representa uma ruptura completa com as técnicas de bioprocessamento que tem sido usadas para fazer medicamentos a  base de protea­nas nos últimos 40 anos. Em segundo lugar, sua ideia radical enfrenta as duras realidades econa´micas do desenvolvimento farmacaªutico: embora as recompensas pelo sucesso possam ser extraordina¡rias, os custos de levar o projeto arriscado da concepção a  injeção tem se mostrado intranspona­veis atéagora. Swartz calcula que precisa de $ 10 milhões agora para financiar experimentos mais extensos com animais, que se baseiam no trabalho preliminar que ele já fez, a fim de estabelecer a probabilidade de sucesso eventual. Se esses experimentos com animais fornecerem uma luz verde provisãoria, pelo menos mais US $ 30 milhões sera£o necessa¡rios para realizar testes clínicos em humanospara testar a segurança e eficácia das vacinas experimentais. E se tudo isso correr bem nos pra³ximos quatro ou cinco anos, Swartz teria que convencer os fabricantes de produtos farmacaªuticos a investir US $ 250 milhões ou mais para construir capacidade de bioprocessamento suficiente para cumprir seu plano de inocular o mundo rapidamente quando houver ameaa§as emergir.

"Eu mantive este projeto vivo com meu pra³prio dinheiro a s vezes, mas eu o levei o mais longe que pude sozinho", disse Swartz. "Sei que minha proposta écara e enfrenta muitas inca³gnitas, mas a pergunta que devemos fazer éo que acontecera¡ se não fizermos isso, ou algo parecido, e a próxima pandemia nos pegar despreparados?"

A abordagem de Swartz remonta a  década de 1960, quando os bia³logos moleculares começam a conduzir experimentos iniciais de DNA para descobrir como os genes produziam protea­nas, as biomoléculas complexas que desempenham várias funções dentro das células. A técnica experimental que usaram foi um processo denominado sa­ntese de protea­nas livres de células, ou CFPS. Os cientistas identificaram a biomaquinaria ba¡sica que as células usam para produzir protea­nas, extraa­ram esses componentes ba¡sicos das células e os colocaram em tubos de ensaio. Um sistema CFPS inclui três componentes: um gene para dirigir o processo de fabricação de protea­nas; bioma¡quinas chamadas ribossomos e moléculas chaperonas que tem o duplo propa³sito de reunir aminoa¡cidos, como cadeias, para formar protea­nas e então dobrar essas cadeias de protea­nas em qualquer forma que o gene ditar; e finalmente, o processo CFPS requer os biocombusta­veis ATP e GTP para fornecer energia. Nas décadas de 1970 e 1980, a  medida que o CFPS revelava mais sobre como as protea­nas são feitas, os cientistas aprenderam como unir genes em células vivas para dar a  sua biomaquina¡ria os projetos para a produção de protea­nas medicinais. O CFPS continuou como uma ferramenta de pesquisa, e as startups de biotecnologia se concentraram em transformar células vivas em biofa¡bricas de produção de medicamentos.

Foi nessa conjuntura cra­tica, em 1981, que Swartz se juntou a uma empresa incipiente chamada Genentech e aprendeu como fazer medicamentos a  base de protea­nas nas células. Seu primeiro projeto foi ajudar a empresa então iniciante a produzir o horma´nio do crescimento humano (HGH), uma protea­na secretada pela gla¢ndula pituita¡ria para estimular o crescimento dos ossos e da cartilagem. Nos 17 anos seguintes, Swartz tornou-se adepto da biotecnologia baseada em células, que envolvia a emenda de pedaço s de DNA humano em bactanãrias de crescimento rápido ou, a s vezes, células de mama­feros que eram cultivadas em grandes tonanãis. Amedida que as células combinadas com genes se multiplicavam, elas faziam ca³pias de protea­nas medicinais que podiam ser colhidas e purificadas para uso. Mas Swartz também aprendeu o que poderia dar errado, particularmente com a etapa crucial de dobrar as protea­nas, no estilo origami, na forma precisa necessa¡ria para atingir seu propa³sito terapaªutico. "

Ele deixou a Genentech para ingressar no corpo docente de Stanford em 1998 para reinventar a biofabricação, paradoxalmente, levando-a de volta ao estilo CFPS de produção de protea­na, colocando a maquinaria ba¡sica de produção de protea­na em cubas em vez de placas de Petri. Em 2003, o laboratório de Swartz mostrou como os sistemas CFPS em escala industrial poderiam fazer e dobrar protea­nas de forma mais confia¡vel e econa´mica do que as tecnologias baseadas em células predominantes. Ele então cofundou uma startup de biotecnologia que licenciou o processo CFPS de Stanford e o usou para fazer quatro terapias de combate ao câncer baseadas em protea­nas que estãoem esta¡gio inicial de testes clínicos em humanos. Os testes são uma justificativa parcial para o CFPS, mas ainda ta­mido quanto a  validação total que ocorreria se ou quando a Food and Drug Administration aprovasse os biofa¡rmacos feitos usando sua nova abordagem.

Enquanto isso, outro evento em 2003 - o primeiro surto de SARS na China - fez Swartz se perguntar se o CFPS poderia ser útil para vacinas de produção em massa. Em 2008, ele e o ex-aluno de graduação de Stanford Brad Bundy escreveram um artigo postulando que CFPS era "bem adequado para a produção de nanoparta­culas baseadas em protea­nas versa¡teis" - VLPs (parta­culas semelhantes a va­rus) para abreviar - fornecendo a estrutura intelectual para os dois esta¡gio, tecnologia de vacina de resposta rápida para a qual ele agora espera angariar apoio. Noum artigo de 2015 , seu laboratório mostrou como remodelar e reaproveitar a casca interna de um va­rus comum; fazendo um VLP que se assemelha a uma pequena bola de futebol com pontas. Os picos são pontos de fixação convenientes para anta­genos e outros sinos e assobios moleculares, tornando o VLP tão desagrada¡vel que o sistema imunológico considera qualquer va­rus semelhante a ele como um inimigo e cria anticorpos para tornar o invasor infeccioso incapaz de atacar nossas células.

Swartz já conduziu testes em animais de pequena escala na tecnologia de resposta rápida e produziu resultados promissores quando o novo coronava­ruscausou a pandemia de COVID-19. Agora sua esperana§a éconseguir financiamento para testar sua abordagem em mais animais, e depois em humanos, carregando os VLPs com anta­genos para infecções virais conhecidas para as quais não existe vacina atualmente. Um desses candidatos seria o chikungunya, uma infecção viral transmitida por mosquitos, prevalente na áfrica, asia e andia, que causa febre e dores nas articulações. Esses testes em humanos seriam projetados para provar a segurança das vacinas administradas com VLP para as pessoas em geral e demonstrar que essa abordagem seria eficaz. Enquanto se aguarda um resultado bem-sucedido, Swartz ainda teria que persuadir as empresas farmacaªuticas a construir fa¡bricas de produção de CFPS para estocar bilhaµes de doses de VLPs prontas para ativação quando fosse necessa¡rio.

Swartz estima que tudo isso levara¡ cerca de seis anos. Mas, com sorte, ainda pode ser tempo suficiente para que sua tecnologia de resposta rápida esteja pronta antes que o pra³ximo va­rus de grau pandaªmico chegue. As coisas poderiam acontecer rapidamente depois disso: os imunologistas poderiam identificar um anta­geno eficaz em algumas semanas. Os engenheiros de biotecnologia poderiam recuperar os VLPs armazenados e prender os anta­genos recanãm-produzidos nas pontas. Uma vez que os ensaios clínicos anteriores já teriam provado a segurança das vacinas VLP produzidas pelo CFPS, a nova vacina de interrupção da pandemia poderia ser dada em cara¡ter experimental a indivíduos de alto risco no epicentro do conta¡gio, para confirmar a segurança e comea§ar testar a eficácia do anta­geno. Na melhor das hipa³teses, Swartz estima que bilhaµes de doses poderiam ser produzidas em seis semanas.

Swartz sabe que éprematuro para as empresas de biotecnologia empreender um projeto que enfrenta tantos obsta¡culos, e um exagero atémesmo para as agaªncias de financiamento financiarem os considera¡veis ​​custos iniciais de validação ou negação de sua abordagem. Mas, a seu ver, a atual pandemia provou a necessidade dessa nova abordagem. Agora éa hora de os bioengenheiros reequiparem a tecnologia de 40 anos para fazer terapias baseadas em protea­nas . Ele estãoansioso para completar a missão que o trouxe a Stanford hámais de duas décadas.

"Se tivermos vontade, pode ser assim que garantiremos que o mundo nunca mais sofra uma pandemia como a COVID-19", disse ele.