Kοροναϊός : Ο καθηγητής Δεμέτζος μιλά για το υπερευαίσθητο mRNA και την τεχνολογία του εμβολίου

Γράφει η Βάσω Μιχοπούλου

Φανταστείτε πως επιθυμείτε να αποστείλετε ένα πακέτο με ευαίσθητο περιεχόμενο σε έναν παραλήπτη, και πως θέλετε να χρησιμοποιήσετε μια εταιρεία κούριερ, που είναι και επίκαιρη. Ποια διαδικασία θα ακολουθήσετε; Θα τυλίξετε το περιεχόμενο με ένα εύκαμπτο υλικό για να μη σπάσει, θα το δέσετε με μια ταινία για να είναι σταθερό, θα το βάλετε σε ένα κουτί, θα το τυλίξετε με ένα αδιάβροχο περιτύλιγμα για να μη βραχεί ή καταστραφεί κατά τη μεταφορά του και θα το παραδώσετε στον υπάλληλο της εταιρείας.

Κάπως έτσι θα μπορούσε να περιγραφεί και η πορεία δημιουργίας του εμβολίου του SARS-CoV-2, μόνο που όλη αυτή διαδικασία είναι αόρατη με γυμνό οφθαλμό, καθώς εξελίσσεται σε διάσταση νανοκλίμακας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση το περιεχόμενο του «πακέτου» είναι το ευαίσθητο βιομόριο mRNA, το οποίο θα μεταφερθεί με ασφάλεια από έναν αόρατο «κούριερ» στον ανθρώπινο οργανισμό-παραλήπτη χωρίς να καταστραφεί. Κάποιοι βιάστηκαν να συμπεράνουν πως το εμβόλιο δημιουργήθηκε πολύ γρήγορα εκφράζοντας τις αμφιβολίες τους για την ποιότητά του, όμως η τεχνολογία πάνω στην οποία βασίστηκε η δημιουργία του δεν είναι καθόλου καινούργια. Αντίθετα, αποτελεί αντικείμενο σε βάθος ερευνητικής μελέτης της τελευταίας δεκαετίας τουλάχιστον.

Οι μέχρι τώρα αναφορές στα εμβόλια κατά του κορονοϊού περιορίζονται στην περιγραφή της λειτουργίας του mRNA μετά την εισαγωγή του στον ανθρώπινο οργανισμό μέσω του εμβολίου. Για τον τρόπο όμως που φτάνει το ευαίσθητο αυτό βιομόριο στον οργανισμό μας, δηλαδή για τον αόρατο «κούριερ», τη βιο-νανοσυσκευή που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά του λίγα έχουν αναφερθεί. Και όμως αυτό το αποτελεί τη βάση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας του εμβολίου.

«Το νανοτεχνολογικό «όχημα» που χρησιμοποιείται στο εμβόλιο είναι υψηλής τεχνολογίας και προστατεύει το υπερευαίσθητο mRNA κατά την χορήγηση του στον οργανισμό αλλά και κατά μεταφορά και την αποθήκευση του πριν να χορηγηθεί στον άνθρωπο», εξηγεί ο Καθηγητής Φαρμακευτικής Νανοτεχνολογίας, του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, Κ. Δεμέτζος, ο οποίος είναι ο μοναδικός Έλληνας επιστήμονας που ειδικεύεται σε αυτόν τον τομέα στην Ελλάδα, διευθύνοντας ένα εργαστήριο που πρωτοπορεί σε εθνικό και διεθνές επίπεδο στην ανάπτυξη νανοτεχνολογικών θεραπευτικών προϊόντων και συνεχίζει: «η Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία ασχολείται με τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη θεραπευτικών προϊόντων που έχουν ως φορείς μεταφοράς φαρμάκων και θεραπευτικών ή προστατευτικών βιομορίων, τα νανοσυστήματα και τις νανοσυσκευές. Το πρόθεμα νανο- αντιστοιχεί σε διάσταση ενός δισεκατομμυριοστού του μέτρου και μιλάμε για συσκευές με διαστάσεις εκατοντάδες μικρότερες από το πλάτος της ανθρώπινης τρίχας. Αντιλαμβανόμαστε ότι πρόκειται για αόρατα «οχήματα», νανο-οχήματα που επιστρατεύονται για την μεταφορά και παράδοση βιοδραστικών μορίων, όπως στην περίπτωση του m RNA για το εμβόλιο εναντίον του SARS-CoV-2».

Η  τέχνη του να «οικοδομείς» σε επίπεδο νάνο

Το φύλλο οδηγιών χρήσης για το εμβόλιο των εταιρειών Pfizer/ BioNtech που διατίθεται ήδη στο Ηνωμένο Βασίλειο περιλαμβάνει και τα δεδομένα που σχετίζονται με το τεχνολογικό υπόβαθρο του εμβολίου και η συζήτηση γίνεται βάσει αυτών. Όπως αναφέρεται και στις ανακοινώσεις και δημοσιεύσεις, ο νανοφορέας είναι Lipid Nano Particle (LNP) δηλ. λιπιδικός ή καλύτερα, με βάση την δομή του, είναι ένα  σφαιρικό λιποσωμιακό νανοσωματιδίο. Το μέγεθος αυτού του νανοφορέα που μεταφέρει το mRNA με ασφάλεια στα κύτταρα μας για να δώσει την «εντολή» για την παραγωγή δομικών τμημάτων του κορονοϊού, όπως τις ακίδες (πρωτείνη S) που έχει στην επιφάνειά του, είναι της τάξεων μερικών νανομέτρων  και συγκεκριμένα φτάνει μέχρι τα 100 nm. Aν σκεφθεί κάποιος ότι ένας ιός έχει διαστάσεις περίπου 100 nm, αντιλαμβάνεται ότι η διάμετρος των σφαιρικών λιποσωμιακών νανοσωματιδίων, δηλαδή των νανο-οχημάτων του εμβολίου είναι περίπου όσο και το μέγεθος του ιού.

Ο καθηγητής Δεμέτζος εξηγεί τη σύνθεση αυτών των νανο-οχημάτων που επιφορτίζονται με τη μεταφορά του mRNA στον οργανισμό: «η τεχνολογία για την ανάπτυξη του εμβολίου υποστηρίζεται από την εξέλιξη της επιστήμης, κυρίως της φυσικής, της επιστήμης των υλικών, των υπολογιστών αλλά και της χημείας. Στο φύλλο οδηγιών χρήσης του εμβολίου των εταιρειών Pfizer/ BioNtech αναφέρονται τα λεγόμενα έκδοχα, τα οποία είναι αδρανή φαρμακολογικά και μη τοξικά βιουλικά που συμμετέχουν στη τελική μορφοποίηση-συσκευασία του «πακέτου» το οποίο κατά τον σχηματισμό του εγκλωβίζει στο εσωτερικό του το μόριο mRNA, δηλαδή το περιεχόμενο. Πρόκειται για λιπιδικά μόρια και χοληστερόλη τα οποία το καθένα έχει την δική του βιοφυσική και θερμοδυναμική συνεισφορά στην μορφοποίηση του τελικού «πακέτου».

Αυτά τα λιπιδικά μόρια αποκτώντας θετικό φορτίο μπορούν να αλληλεπιδρούν ηλεκτροστατικά με το mRNA και να σχηματίζουν πολύ σταθερά σύμπλοκα. Κάποια άλλα βιουλικά, όπως είναι το φωσφολιπίδιο με το ακρονύμιο DSPC, τη στιγμή δημιουργίας του συμπλόκου αυτοοργανώνονται με βάση τα φυσικοχημικά τους χαρακτηριστικά και συνεισφέρουν στη δημιουργία του νανο-οχήματος. Η χοληστερόλη που υπάρχει στον ανθρώπινο οργανισμό και στις κυτταρικές μεμβράνες αποτελεί ένα ακόμα συστατικό του νανο-οχήματος, η οποία του προσδίδει ρευστότητα και ελαστικότητα για να μην καταστρέφεται όταν εισέρχεται στον οργανισμό. Επίσης οι συνθήκες του περιβάλλοντος όπου λαμβάνει χώρα η συμπλοκοποίηση του mRNA με τα βιουλικά-λιπιδια του λιποσωμιακού νανο-οχήματος πρέπει είναι όξινες».

Για να προστατευθεί το σύμπλοκο και για να διατηρηθεί η ακεραιότητά του μέσα στο φιαλίδιο μέχρι να χορηγηθεί στον άνθρωπο τοποθετείται στην επιφάνειά του ένα σημαντικό βιουλικό της κατηγορίας των πολυμερών που ονομάζεται PEG (πολυαιθυλενογλυκόλη). Αν δεν υπήρχε αυτή η προστατευτική «PEG-βιο-κορώνα», δηλαδή το περίβλημα στην επιφάνεια των νανο-οχημάτων θα ήταν πολύ πιθανό αυτά να καταστρέφονταν στο περιβάλλον του οργανισμού ή να σχημάτιζαν μεγάλα συσσωματώματα οπότε δεν θα είχε αξία η τελική μορφοποίηση-«πακετάρισμα» του mRNA και προφανώς δεν θα υπήρχε ούτε ασφάλεια ούτε αποτελεσματικότητα του εμβολίου. Σύμφωνα με τον καθηγητή, όταν το σύμπλοκο του νανο-οχήματος με το mRNA εισέλθει μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα απελευθερώνει το μόριο mRNA για να ξεκινήσει η διαδικασία της ανοσοαπόκρισης. Η βιοφυσική συμπεριφορά και το θερμοδυναμικό περιεχόμενο του λιποσωμιακού νανο-οχήματος είναι εκείνα τα στοιχεία που εξασφαλίζουν τη σταθερότητα στο «ταξίδι» μεταφοράς του mRNA στα κύτταρα-«στόχους» μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό. «Εκείνο το οποίο είναι εκπληκτικό αναφορικά με τον νανοφορέα m RNA, είναι η δυνατότητα χειρισμού όλων αυτών των πολύπλοκων διεργασιών και των διαφορετικών βιουλικών-εκδόχων από τους επιστήμονες και από τους παραγωγούς των εμβολίων. Τα βιουλικά αυτά έχουν την ιδιότητα να μορφοποιούνται ως προς τη δομή, τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά σε πολύπλοκα νανοσυστήματα από απλά συμβατικά έκδοχα. Και όλα αυτά χωρίς να γίνονται ορατά δια γυμνού οφθαλμού ή με τα συμβατικά μικροσκόπια παρά μόνο μέσω τεχνικών υψηλής ακρίβεια και αξιοπιστίας», καταλήγει ο Έλληνας επιστήμονα.

Ένα εύλογο ερώτημα που προκύπτει είναι γιατί το εμβόλιο απαιτεί πολύ χαμηλές θερμοκρασίες της τάξης των -60 έως -80^ο C συντήρησης: «κατά την γνώμη μου σχετίζεται με τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των επιλεγμένων λιπιδίων για την παρασκευή του λιποσωμιακού νανο-οχήματος», σχολιάζει ο Καθηγητής Δεμέτζος και συνεχίζει: «Αν διαβάσουμε κάποιες αναφορές για το εμβόλιο της Moderna, θα διαπιστώσουμε, από όσα μπορούμε να γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, ότι παρόλο που τα λιπίδια για την παρασκευή του νανο-οχήματος είναι παρόμοια, η μοριακή αναλογία είναι διαφορετική από αυτή που χρησιμοποιούν οι εταιρείες Pfizer/BioNtech. Αυτός ίσως είναι και ο λόγος που το εμβόλιο της Moderna απαιτεί θερμοκρασία -20 o C. Άρα κατά την γνώμη η επιλογή της μοριακής αναλογίας των λιπιδικών συστατικών αλλά πιθανόν και το είδος των λιπιδίων για την παρασκευή του νανο-οχήματος παίζουν ρόλο. Από όσο γνωρίζουμε από τις ανακοινώσεις οι εταιρείες Pfizer/BioNtech, προσπαθούν να βελτιώσουν τις θερμοκρασίες συντήρησης του εμβολίου».

Μια συσσωρευμένη γνώση δεκαετιών

Η τεχνολογία των λιποσωμιακών νανοσωματιδίων αναφέρεται στη βιβλιογραφία από το 1974, με ανοσοενισχυτική ιδιότητα. Επίσης λιποσωμιακά νανοσωματίδια τα οποία «υπακούουν» σε εντολές που σχετίζονται με τις ιδιότητες τους (φορτίο στην επιφάνεια τους), ελαστικότητα, αλληλεπιδράσεις και μεταφορά βιοδραστικών μορίων αλλά και με μεγάλο αριθμό εφαρμογών, αναφέρονται στην διεθνή βιβλιογραφία από το 1990 και παλαιότερα. Τέλος μεγάλη βιβλιογραφική δραστηριότητα έχει αναπτυχθεί με επιστημονικές δημοσιεύσεις για τις προσπάθειες που εξελίσσονταν αναφορικά με  τον εγκλωβισμό νουκλεινικών οξέων σε λιποσωμιακά η γενικά λιπιδικά νανοσωματίδια με στόχο την δημιουργία εμβολίων αλλά και νέων αντικαρκινικών θεραπειών. Αυτή η συσσωρευμένη για δεκαετίες επιστημονική γνώση στην νανοτεχνολογία των φαρμάκων μαζί με τις εξελίξεις στην σύγχρονη μοριακή βιολογία είναι αυτή που οδήγησε και εκτός άλλων διεργασιών, και στην ανάπτυξη του εμβολίου σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ο Καθηγητής Δεμέτζος συμπληρώνει πως τα εγκεκριμένα από τους διεθνείς οργανισμούς βιουλικά-έκδοχα που χρησιμοποιούνται για την μορφοποίηση τους σε σφαιρικά λιποσωμιακά νανο-οχήματα του mRNA είναι ασφαλή και αποτελεσματικά ως έκδοχα πολλών φαρμακομορίων που ήδη κυκλοφορούν π.χ. αντικαρκινικών φαρμάκων. Η μορφοποίηση τους σε νανο-οχήματα για τον εγκλωβισμό μέσα σε αυτά του mRNA, αποτελεί μια σημαντική κατάκτηση της επιστήμης και της τεχνολογίας. «Το επιστημονικό και τεχνολογικό επίτευγμα της σταθερότητα του mRNA μέσα σε ένα πολύπλοκο και «εχθρικό» θα έλεγα περιβάλλον, όπως του ανθρώπινου οργανισμού, λόγω των βιολογικών και φυσικοχημικών του χαρακτηριστικών, η δυνατότητα των νανο-οχημάτων να αναγνωρίζουν και να στοχεύουν συγκεκριμένες ομάδες κυττάρων, η δυνατότητά τους να «αποφασίζουν» με βάση τα φυσικοχημικά τους χαρακτηριστικά να αποδεσμεύουν το mRNA στο σωστό σημείο και τέλος η απομάκρυνση τους από τον οργανισμό μέσω των φυσιολογικών ανθρώπινων μεταβολικών οδών, αποτελεί πραγματικά την αποθέωση της επιστήμης αλλά κυρίως της τεχνολογίας και ιδιαίτερα της νανοτεχνολογίας των φαρμάκων και των θεραπευτικών και προστατευτικών προϊόντων υγείας, όπως των εμβολίων».

Ο διαπρεπής επιστήμονας συμπληρώνει πως εμβόλια που βασίζονται στη νανοτεχνολογία τα επονομαζόμενα virosomes (νανοσωμιακοί φορείς) κυκλοφορούν από την δεκαετία του 1990 εναντίον της γρίπης (στελέχη Α και Β) και της ηπατίτιδας Α. «Τα virosomes είναι μη αντιγραφόμενοι τεχνητοί ιοί που χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν ιικά αντιγόνα. Ανήκουν στα πρωτεο-λιποσωμιακά νανοσωματίδια και παρασκευάζονται από την ανασύσταση των πρωτεϊνών του ιού της γρίπης και από φωσφολιπίδια. Στόχος αυτών των τεχνητών ιών είναι η μεταφορά αντιγόνων και η ενεργοποίηση αντισωμάτων εξειδικευμένα στην αντιμετώπιση των συγκεκριμένων πρωτεϊνών που έχουν στην επιφάνεια τους. Τα εμβόλια έχουν σχεδιασθεί με βάση λιπιδικά νανοσωματιδία τα οποία βέβαια δεν μεταφέρον μέρος του γενετικού υλικό των ιών όπως στην περίπτωση του εμβολίου εναντίον του SARS-CoV-2, αλλά τις πρωτεΐνες τους ώστε να διεγείρουν το ανοσοποιητικό μας σύστημα».

.

Σημείωση: Το σύγγραμμα του Καθηγητή Δεμέτζου με τίτλο «ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ» (εκδόσεις ΠΑΡΙΣΙΑΝΟΥ Α.Ε), αποτελεί το μοναδικό σύγγραμμα νανοτεχνολογίας φαρμάκων στην ελληνική βιβλιογραφία και είναι διδακτικό σύγγραμμα σε Ιατρικές και Φαρμακευτικές σχολές της χώρας, και όχι μόνο.

Λίγα λόγια για τον Καθηγητή Κωνσταντίνο Δεμέτζο

Ο καθηγητής Κωνσταντίνος Ν. Δεμέτζος είναι Διευθυντής του Εργαστηρίου της Φαρμακευτικής Τεχνολογίας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών και Πρόεδρος της Ελληνικής Φαρμακευτικής Εταιρείας (ΕΦΕ). Διδάσκει Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο στο Τμήμα Φαρμακευτικής, σε σχολές Επιστημών της Υγείας. Έχει δημοσιεύσει περισσότερες από 260 ερευνητικές εργασίες σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά κυρίως στον τομέα της Φαρμακευτικής Νανοτεχνολογίας  και έχει δεχθεί δεκάδες προσκλήσεις για ομιλίες σε επιστημονικά συνέδρια και εκδηλώσεις. Υπήρξε μέλος του ΔΣ της Ευρωπαϊκής Ομοσπονδίας Φαρμακευτικών Επιστημών (EUFEPS) με ευθύνη στα ευρωπαϊκά επιστημονικά δίκτυα και στην νανοτεχνολογία. Με βάση την διεθνή βάση αξιολόγησης google scholar είναι στους πρώτους στην σειρά αξιολόγησης στον τομέα της Φαρμακευτικής Νανοτεχνολογίας. Έχει συγγράψει Ελληνικές και διεθνείς μονογραφίες ενώ έχει επιμεληθεί την έκδοση σημαντικών συγγραμμάτων που διδάσκονται στα ελληνικά πανεπιστήμια. Έχει δεχθεί πολλές βραβεύσεις και τιμητικές διακρίσεις με σημαντικότερη το Βραβείο από την Ακαδημία Αθηνών το 2018 για το έργο του στην Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία και για το σχετικό σύγγραμμα του.