Že nekaj mesecev v molitvi za zdravje v času epidemije COVID-19 molimo med drugim: “raziskovalcem [daj], da bodo čim prej odkrili uspešno zdravilo.” Bog je uslišal in uslišuje to našo prošnjo. Mnoge skupine raziskovalcev po vsem svetu so v preteklem letu delale dolge ure dan za dnem in prišle do rezultatov, ki so sedaj na voljo kot zdravila proti koronavirusu SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome CoronaVirus variant 2) in bolezni COVID-19 (COronaVIrus Disease of 2019). Zdravila so medicinski pripravki, ki v širšem pomenu vključujejo tudi cepiva.
V medicini se uporabljata dva načina za soočanje z boleznijo oziroma patogeni (mikroskopskimi povzročitelji bolezni), zdravljenje in cepljenje. Zdravljenje pride v poštev, ko je bolezen že prisotna, da se jo ublaži in ustavi. Cepljenje pa je preventivni ukrep, katerega namen je preprečiti, da bi se bolezen pojavila. V obeh primerih telo razvije imunost—odpornost proti obolelosti, ki jo povzroča dani patogen. Patogeni so različni, od eukarjotskih enoceličarjev do bakterij in virusov. Zavedati se pa moramo, da niso vsi eukarjotski enoceličarji, bakterije in virusi patogenični. Mnogi namreč lahko celo pomagajo pri zdravljenju ali cepljenju.
Kako priti do učinkovitih medicinskih pripravkov? Navadno gre za dolgo pot. Najprej se izbere možne tarče za napad; to so navadno proteini, encimi, ali pa nukleinske kisline patogenov. Inštituti in farmacevtske firme imajo “knjižnice” raznih spojin in strategij, ki jih potem preizkušajo proti tarčam v laboratoriju, in vitro (v epruvetah). To je začetna raziskovalna stopnja. Navadno znanstveniki že predvidevajo, katere skupine spojin oziroma strategij bi bile učinkovite proti dani tarči, da ne preizkušajo vse vprek na slepo. Na tej stopnji gre za najbolj osnovne poizkuse, kjer so v igri le tarča in kandidati za pripravek, v kontroliranih raztopinah. Ko odkrijejo obetavne kandidate, jih navadno še izboljšajo, da so še bolj učinkoviti. Ko pridobijo izboljšano učinkovino, gre le-ta v predklinično testiranje.
Na stopnji predkliničnega testiranja kandidatno učinkovino postopoma preizkušajo in vivo, to je, v celicah, tkivih in organizmih. Začnejo s celičnimi in tkivnimi kulturami standardnih in uveljavljenih celičnih linij, kjer je delo še vedno laboratorijsko; namen je ugotoviti, ali kandidatna učinkovina še vedno deluje proti tarči v bolj zapletenih sistemih, ne da bi poškodovala celic oziroma tkiv. Sledi testiranje v poskusnih živalih; navadno so to posebno gojene miši, podgane ali zajci, včasih tudi opice, ker so to sesalci in so dobri fiziološki modeli za človeka. Če ugotovijo, da je kandidatna učinkovina varna in učinkovita v laboratorijskih živalih, jo usmerijo v klinično testiranje.
Klinično testiranje sestoji iz treh faz. V prvi fazi preizkusijo kandidatno učinkovino na majhnem številu prostovoljcev, da ugotovijo varnost in doziranje ter potrdijo učinkovitost. V drugi fazi se poveča število vzorca prostovoljcev, ki pokriva različne demografske skupine (starost, spol, ipd.), da ugotovijo, če in koliko kandidatna učinkovina deluje različno v raznih skupinah ljudi. Še vedno tudi testirajo varnost. V tretji fazi pa se vzorec poveča na tisoče ljudi, prav tako v raznih skupinah, ki pa so vsi skupaj razdeljeni v dve skupini, testno in kontrolno. Kontrolna skupina prejme t.i. “placebo”, to je, raztopino brez kandidatne učinkovine, medtem ko testna skupina prejme raztopino s kandidatno učinkovino. V tej fazi se ugotovi statistična efektivnost, ki jo citirajo v procentih. Podatke z vseh faz testiranja potem predstavijo pristojnim zdravstvenim organom v odobritev za splošno uporabo v zdravstvu.
Toliko na splošno. Sedaj pa se osredotočimo na cepiva proti koronavirusu SARS-CoV-2, ki povzroča COVID-19. Prva in najbolj očitna tarča je površinski protein-S (S za angl. spike, slov. ost ali konica), ki je po strukturi trimerni trans-membranski protein, katerega velik del gleda na površje, del sedi v dvoplastni membrani in del sega v notranjost virusnega delca, kjer je pakiran virusni 30.000 znakov dolg genom v obliki ribonukleinske kisline (RNA). Protein-S daje koronavirusom ime, ker na elektromikrografih v agregatu daje videz sončne korone (lat. corona, slov. krona), to je zunanje plasti sonca, ki je vidna, ko se osrednji disk pokrije (kot ob sončnem mrku). Protein-S se pri okužbi z virusom veže na površinske receptorje ACE2 človeških celic, v katere se potem virus vsrka in jih napade—prevzame oblast nad celičnimi procesi, da proizvajajo nove kopije virusa. Raziskovalci preučujejo protein-S drugih sorodnih koronavirusov že več kot desetletje ter so med drugim ugotovili, da spreminja obliko površja in zavzame vsaj dva stanja. Nato so vanj vstavili mutacije in stabilizirali stanje, ki je bolj antigenično, to je, spodbudi močnejši odziv imunskega sistema in produkcijo protitelesc, ki potem onesposobijo “naravni” virusni protein-S in s tem virus.
Na seznamu imamo tri cepiva, ki so 95% efektivna, oddobrena in v začetnih fazah uporabe ter zanimiva za nas v Evropi (Kitajci, Rusi in drugi imajo tudi svoje kandidate, ki jih testirajo oziroma uporabljajo doma): Pfizer-BioNTech, Moderna-NIH, AstraZeneca-Oxford. Vsa tri so usmerjena na spodbujanje proizvodnje protitelesc v človeškem organizmu proti isti tarči, to je koronavirusnem površinskem proteinu-S, vendar uporabljajo različne strategije.
Cepivi Pfizer-BioNTech in Moderna-NIH uporabljata podoben pristop: sintetična sporočilna ribonukleinska kislina (mRNA) pakirana v sintetični lipidni (mastni) nanokroglici, ki simulira celično membrano. Ta mRNA (S-mRNA) vsebuje navodila za sintezo stabilizirane in bolj učinkovite različice proteina-S v človeških celicah. Mastna kroglica pa zavaruje občutljivo mRNA pred razkrojem med prenosom in omogoča dostop v celice. V celici se S-mRNA veže na ribosome, velike makromolekularne encime za sintezo proteinov, in zažene produkcijo enot (monomerov) proteina-S; tri enake monomere se vežejo v končno trimerno obliko proteina-S, ki se vcepi v celično membrano in izpostavi zunanji del na celičnem površju, kjer ga zaznajo imunske celice, ki nato proizvajajo ustrezna protitelesca. Sčasoma celica razgradi S-mRNA, ki tako ne pusti dolgoročnih sledov v celici sami (ne postane del genoma). Protitelesca pa so pripravljena reagirati z virusom, ga onesposobiti (da se ne veže na celične receptorje) in zaznamovati za uničenje s pomočjo drugih imunskih celic. Protitelesca in imunske celice ostanejo v reportoarju organizma v imunskem spominu tudi desetletja. Cepivi se sintetizira in vitro, izven živalskih ali človeških celic, kar omogoča boljšo biokemično čistost in poenostavi proizvodnjo. Predklinično testiranje je bilo opravljano na miših in opicah rhesus macaque. Za raziskave, razvoj in predklinično testiranje niso uporabljali človeških izvornih celic. Cepivi sta torej etično nesporni, vendar morata biti shranjena pri nizkih temperaturah, kar pa predstavlja logistični problem za distribucijo.
Cepivo AstraZeneca-Oxford pa uporablja drugačen pristop. Navodila za produkcijo proteina-S so namesto v občutljivi mRNA shranjena v bolj stabilni deoksiribonukleinski kislini (DNA), ki je zapakirana v adenovirusu (nekateri navadni adenovirusi povzročajo prehlad, ta pa ni nevaren), ki je prirejen tako, da se ne more razmnoževati v človeških celicah (imenovan RD-adenovirus, iz angl. replication-deficient). Adenovirus se veže in vsrka v celico ter dostavi S-DNA v jedro, kjer se le-ta prepiše v S-mRNA. S-mRNA gre nato v citoplazmo na ribosome in zažene produkcijo proteina-S, kot zgoraj. Prednost tega cepiva je, da se lahko hrani v hladilniku in tako ne predstavlja večjega logističnega problema za distribucijo. Vendar je to cepivo etično bolj sporno, ker se ga proizvaja v prirejenih celicah iz celične linije HEK293, ki izhaja iz človeškega zarodka splavljenega na Nizozemskem leta 1973. Kljub temu “Nota o moralnosti uporabe nekaterih cepiv proti COVID-19” Kongregacije za Nauk Vere z dne 21. 12. 2020 dopušča uporabo v meri, “da je sodelovanje pri zlu povzročenega splava s strani tistega, ki cepiva uporablja, daljno.” Dalje je “potrebno upoštevati, da se lahko uporabljajo vsa cepiva, ki so priznana kot klinično varna in učinkovita v trdni sodbi vesti, da uporaba teh cepiv ne pomeni formalnega sodelovanja pri splavu, iz katerega izvirajo celice, s katerimi so bila proizvedena cepiva. […] Dopustno uporaba takih cepiv namreč na noben način ne vključuje in ne sme vključevati moralne odobritve uporabe celičnih linij, ki izvirajo iz splavljenih fetusov.”
Torej cepiva so v produkciji in v uporabi. Vse tri firme si prizadevajo povečati proizvodnjo na več krajih in učinkovito distribucijo, da cepiva pridejo do čim več ljudi čim hitreje. Epidemiologi poudarjajo pomen skupinske imunosti — čredne imunosti (angl. herd immunity), ki se pridobi, ko je imuniziranih 60–70% prebivalstva; nekateri izvedenci postavljajo celo višji prag, 80% ali celo 90%. Veliko je odvisno od tega, kako hitro se virus širi in koliko ljudi more okužiti le en prenašalec (faktor R0), to pa je funkcija gostote prebivalstva kakor tudi nalezljivosti virusa. Bolj ko je virus nalezljiv, več ljudi se mora cepiti, da se doseže čredna imunost.
Torej, ko se nam ponudi priložnost za cepljenje, močno spodbujam, da jo sprejmemo in se damo cepiti. Naredimo to zase, za naše družine, za naše skupnosti, za naša občestva, za prijatelje, za domovino, za človeštvo… Nota Kongregacije za Nauk Vere podčrta, da “v vsakem primeru pa z etičnega vidika moralnost cepljenja ni odvisna samo od dolžnosti varovanja lastnega zdravja, ampak tudi od prizadevanja za skupno dobro.” Torej je tudi naša moralna dolžnost, da se damo cepiti. Prav tako bodimo Bogu hvaležni za ta dar in za številne raziskovalce, katerih dolgoletna prizadevanja so pripeljala do teh rezultatov.
Dr. Janez Jurij Arnež
doktor molekularne biofizike in biokemije, Yale Univ., New Haven, CT, USA, 1991
raziskovalec, CNRS & Université de Strasbourg, FR, 1992 – 1998
profesor biokemije, Albert Einstein Coll. of Med., Yeshiva Univ., NY, USA, 1998 – 2002
profesor kemije, Univ. of Louisville, KY, USA, 2003 – 2009
kancler, Škofija Koper
vikar, Stolna Župnija Koper