Tecnologia Científica

A tecnologia de resposta rápida pode produzir bilhões de doses de vacina com rapidez suficiente para interromper a próxima pandemia
O início do estágio dois seria semelhante ao processo usado para criar as vacinas COVID-19 atuais, com os cientistas correndo para identificar impressões digitais moleculares únicas, ou antígenos, que podem ser usados ​​para atacar o vírus
Por Tom Abate - 17/03/2021


James Swartz operando um biorreator que seu laboratório usa para cultivar células a partir das quais os extratos celulares usados ​​para CFPS são preparados. Crédito: Andrew Brodhead

Desde o início da pandemia COVID-19, há mais de um ano, funcionários da saúde pública, cientistas e líderes políticos têm lutado para conter o contágio viral que ceifou mais de 2,4 milhões de vidas em todo o mundo e causou turbulência econômica global.

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

Swartz elogiou as vacinas COVID-19 atuais como conquistas científicas e médicas sem precedentes, desenvolvidas como eram com rapidez e colaboração global incomparáveis, mas o que ele está propondo agora é ainda mais ambicioso: um projeto de vacina radicalmente novo e processo de biofabricação ultrarrápido tão eficaz que rebanho global a imunidade poderia ser estabelecida antes mesmo de uma pandemia começar.

Para cumprir essa promessa, Swartz prevê um programa de dois estágios. O primeiro estágio envolveria a fabricação de biopartículas projetadas para transportar o ingrediente ativo para a nova vacina, testando esses agentes de entrega quanto à segurança e, em seguida, estocando as biopartículas sem uma carga médica útil até a ameaça de uma pandemia. O início do estágio dois seria semelhante ao processo usado para criar as vacinas COVID-19 atuais, com os cientistas correndo para identificar impressões digitais moleculares únicas, ou antígenos, que podem ser usados ​​para atacar o vírus perigoso. Só que desta vez, haverá um sistema de biofabricação de resposta rápida pronto para carregar os antígenos nas biopartículas. Isso pode fazer toda a diferença, disse Swartz, e permitir que uma vacina de resposta rápida seja potencialmente testada quanto à eficácia e transformada em bilhões de doses prontas para injeção em semanas.

Mas dois grandes obstáculos estão no caminho. Em primeiro lugar, Swartz baseou sua abordagem em uma tecnologia apenas parcialmente comprovada chamada síntese de proteínas livres de células isso representa uma ruptura completa com as técnicas de bioprocessamento que têm sido usadas para fazer medicamentos à base de proteínas nos últimos 40 anos. Em segundo lugar, sua ideia radical enfrenta as duras realidades econômicas do desenvolvimento farmacêutico: embora as recompensas pelo sucesso possam ser extraordinárias, os custos de levar o projeto arriscado da concepção à injeção têm se mostrado intransponíveis até agora. 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 provisória, pelo menos mais US $ 30 milhões serão necessários para realizar testes clínicos em humanospara testar a segurança e eficácia das vacinas experimentais. E se tudo isso correr bem nos próximos quatro ou cinco anos, Swartz teria que convencer os fabricantes de produtos farmacêuticos a investir US $ 250 milhões ou mais para construir capacidade de bioprocessamento suficiente para cumprir seu plano de inocular o mundo rapidamente quando houver ameaças emergir.
 
"Eu mantive este projeto vivo com meu próprio dinheiro às vezes, mas eu o levei o mais longe que pude sozinho", disse Swartz. "Sei que minha proposta é cara e enfrenta muitas incógnitas, mas a pergunta que devemos fazer é o que acontecerá se não fizermos isso, ou algo parecido, e a próxima pandemia nos pegar despreparados?"

De volta para o Futuro

A abordagem de Swartz remonta à década de 1960, quando os biólogos moleculares começaram a conduzir experimentos iniciais de DNA para descobrir como os genes produziam proteínas, as biomoléculas complexas que desempenham várias funções dentro das células. A técnica experimental que usaram foi um processo denominado síntese de proteínas livres de células, ou CFPS. Os cientistas identificaram a biomaquinaria básica que as células usam para produzir proteínas, extraíram esses componentes básicos das células e os colocaram em tubos de ensaio. Um sistema CFPS inclui três componentes: um gene para dirigir o processo de fabricação de proteínas; biomáquinas chamadas ribossomos e moléculas chaperonas que têm o duplo propósito de reunir aminoácidos, como cadeias, para formar proteínas e então dobrar essas cadeias de proteínas em qualquer forma que o gene ditar; e finalmente, o processo CFPS requer os biocombustíveis ATP e GTP para fornecer energia. Nas décadas de 1970 e 1980, à medida que o CFPS revelava mais sobre como as proteínas são feitas, os cientistas aprenderam como unir genes em células vivas para dar à sua biomaquinária os projetos para a produção de proteínas medicinais. O CFPS continuou como uma ferramenta de pesquisa, e as startups de biotecnologia se concentraram em transformar células vivas em biofábricas de produção de medicamentos.

Uma ilustração em corte transversal de uma biopartícula armazenada sem uma carga
médica (à esquerda) e uma biopartícula que foi “ativada” (à direita) anexando antígenos
que refletem partes de um vírus perigoso contra o qual a vacina irá proteger.
Crédito: Farrin Abbott

Foi nessa conjuntura crítica, em 1981, que Swartz se juntou a uma empresa incipiente chamada Genentech e aprendeu como fazer medicamentos à base de proteínas nas células. Seu primeiro projeto foi ajudar a empresa então iniciante a produzir o hormônio do crescimento humano (HGH), uma proteína secretada pela glândula pituitária 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 pedaços de DNA humano em bactérias de crescimento rápido ou, às vezes, células de mamíferos que eram cultivadas em grandes tonéis. À medida que as células combinadas com genes se multiplicavam, elas faziam cópias de proteínas 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 proteínas, no estilo origami, na forma precisa necessária para atingir seu propósito terapêutico. "

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 proteína, colocando a maquinaria básica de produção de proteína 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 proteínas de forma mais confiável e econômica 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 proteínas que estão em estágio inicial de testes clínicos em humanos. Os testes são uma justificativa parcial para o CFPS, mas ainda tímido quanto à validação total que ocorreria se ou quando a Food and Drug Administration aprovasse os biofármacos feitos usando sua nova abordagem.

Para parar uma pandemia

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 nanopartículas baseadas em proteínas versáteis" - VLPs (partículas semelhantes a vírus) para abreviar - fornecendo a estrutura intelectual para os dois estágio, 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 vírus comum; fazendo um VLP que se assemelha a uma pequena bola de futebol com pontas. Os picos são pontos de fixação convenientes para antígenos e outros sinos e assobios moleculares, tornando o VLP tão desagradável que o sistema imunológico considera qualquer vírus 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 coronavíruscausou a pandemia de COVID-19. Agora sua esperança é conseguir financiamento para testar sua abordagem em mais animais, e depois em humanos, carregando os VLPs com antígenos 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, Ásia e Índia, 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 farmacêuticas a construir fábricas de produção de CFPS para estocar bilhões de doses de VLPs prontas para ativação quando fosse necessário.

Swartz estima que tudo isso levará cerca de seis anos. Mas, com sorte, ainda pode ser tempo suficiente para que sua tecnologia de resposta rápida esteja pronta antes que o próximo vírus de grau pandêmico chegue. As coisas poderiam acontecer rapidamente depois disso: os imunologistas poderiam identificar um antígeno eficaz em algumas semanas. Os engenheiros de biotecnologia poderiam recuperar os VLPs armazenados e prender os antígenos recém-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 caráter experimental a indivíduos de alto risco no epicentro do contágio, para confirmar a segurança e começar testar a eficácia do antígeno. Na melhor das hipóteses, Swartz estima que bilhões de doses poderiam ser produzidas em seis semanas.

Swartz sabe que é prematuro para as empresas de biotecnologia empreender um projeto que enfrenta tantos obstáculos, e um exagero até mesmo para as agências de financiamento financiarem os consideráveis ​​custos iniciais de validação ou negação de sua abordagem. Mas, a seu ver, a atual pandemia provou a necessidade dessa nova abordagem. Agora é a hora de os bioengenheiros reequiparem a tecnologia de 40 anos para fazer terapias baseadas em proteínas . Ele está ansioso para completar a missão que o trouxe a Stanford há mais 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.

 

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