Dalam wawancara ini, News-Medical berbicara dengan Dr. Amy Sheng, kepala program CRO di Sino Biological US Inc., tentang perkembangan terkini di bidang pengembangan vaksin melalui teknik rekombinan.
Bagaimana status pengembangan vaksin saat ini?
Vaksin datang dengan manfaat sosial yang melekat yang melampaui perlindungan individu dari penyakit menular yang serius. Mereka juga memperluas perisai pelindung mereka ke seluruh komunitas, sehingga mengurangi beban rawat inap, kematian, dan biaya perawatan kesehatan di Amerika Serikat. Seiring dengan terus dikembangkannya vaksin-vaksin baru dan inovatif, mereka berpotensi memberikan manfaat yang lebih besar lagi bagi masyarakat.
Mengejar pengembangan vaksin adalah tugas yang menakutkan dan mahal, penuh dengan risiko tinggi. Dimulai dengan mengevaluasi informasi yang tersedia tentang beban penyakit dan kelayakan teknis untuk mengukur minat produk awal.
Jika keputusan untuk mengembangkan vaksin dibuat, biasanya diperlukan investasi minimal sepuluh tahun untuk memindahkan kandidat potensial dari penelitian dasar dan terapan ke lisensi, produksi, dan akhirnya integrasi ke dalam sistem pemberian imunisasi.
Vaksin suntik tradisional, yang diberikan ke dalam otot atau di bawah kulit, tetap menjadi metode pemberian vaksin yang paling banyak digunakan. Sistem ini sudah ada sejak lebih dari satu abad, tetapi jarum dan alat injeksi yang baru dirancang telah mempermudah dan mengurangi rasa sakit bagi pasien untuk menerima vaksin suntik.
Vaksin oral menjadi lebih populer dalam beberapa tahun terakhir. Vaksin ini diberikan melalui mulut dan biasanya melindungi terhadap penyakit gastrointestinal, seperti kolera, Rotavirus, dan demam tifoid. Secara keseluruhan, vaksin oral merupakan alat penting dalam memerangi penyakit menular, terutama di daerah di mana akses ke perawatan medis dan program vaksinasi mungkin terbatas.
Sistem pengiriman vaksin DNA dan mRNA telah menjadi sorotan sejak pandemi COVID-19, memanfaatkan bahan genetik virus atau bakteri untuk memicu respons kekebalan dari tubuh. Dalam kedua sistem tersebut, sel-sel tubuh memanfaatkan informasi genetik yang disajikan dalam vaksin untuk menghasilkan protein virus “in-house”, yang kemudian dikenali oleh sistem kekebalan, memicu respons yang lebih kuat dan lebih efisien.
Vaksin DNA dan mRNA memungkinkan pengiriman informasi genetik yang tepat ke sel yang perlu menghasilkan protein virus tanpa risiko infeksi dari virus yang sebenarnya.
Menurut situs web Pharmaceutical Research and Manufacturers Association of America (PhRMA), lebih dari 250 kandidat vaksin saat ini sedang dikembangkan, yang sebagian besar menargetkan penyakit menular dan kanker.1
Industri vaksin di Amerika Serikat adalah sektor yang mapan dan sukses yang telah memperkenalkan beberapa produk baru yang canggih ke pasar. Pencapaian ini banyak berkat dukungan dari lembaga federal, seperti FDA AS, CDC, NVPO, dll., yang memainkan peran sentral dalam mendukung komponen penting (penelitian, pengembangan dan produksi, pendidikan kesehatan masyarakat) dari perusahaan vaksin.
Gambar 1. Era Baru Kedokteran: Vaksin 1. Kredit Gambar: Sino Biological Inc.
Bagaimana vaksin rekombinan dikembangkan?
Vaksin rekombinan mencakup beberapa kategori: vaksin protein rekombinan, vaksin DNA, dan vaksin rekombinan hidup dengan menggunakan vektor bakteri atau virus. Sebagian besar vaksin yang saat ini sedang dipelajari bergantung pada penggunaan protein rekombinan atau subunit patogen yang sangat murni.2
Partikel mirip virus (VLP) sangat imunogenik, membuat vaksin HBV sangat efektif. Di sisi lain, menggunakan sistem mamalia memiliki keuntungan memungkinkan sekresi antigen ke dalam supernatan kultur, sehingga menyederhanakan proses pemurniannya.
Selain itu, mesin seluler eukariotik dapat melakukan modifikasi protein pasca-translasi, seperti glikosilasi.3 Glikosilasi menyebabkan perubahan konformasi pada protein, yang secara efektif dapat meningkatkan respons imun. Dalam konteks pengembangan vaksin rekombinan, modifikasi pasca-translasi (PTM) menawarkan keuntungan seperti peningkatan imunogenisitas, peningkatan stabilitas, peningkatan kelarutan, dan aktivitas protein antigenik yang lebih terkontrol.
Vaksin DNA melibatkan pemberian plasmid DNA telanjang langsung ke otot, yang memiliki kemampuan untuk memicu respons imun dan memberikan perlindungan terhadap patogen setelah tantangan.
Banyak patogen, termasuk influenza, HIV, malaria, tuberkulosis (TB), dan leishmaniasis, telah ditargetkan melalui ekspresi antigen menggunakan vaksin DNA, berhasil menginduksi respons imun terhadap agen penyebab ini pada berbagai model hewan dan bahkan mengarah ke perlindungan dalam beberapa kasus.
Namun demikian, meskipun vaksin DNA telah terbukti aman dan dapat ditoleransi dengan baik, namun ditemukan kurang imunogenik pada primata non-manusia dan manusia.
Apa saja tantangan dalam pengembangan vaksin?
Strategi vaksin saat ini berjuang untuk mendapatkan kekebalan yang dimediasi sel yang signifikan terhadap patogen intraseluler yang biasanya menyebabkan infeksi kronis. Vaksin patogen hidup yang dilemahkan yang mampu memprovokasi jenis respons ini dapat menimbulkan risiko, seperti virulensi pada inang yang rentan dan potensi pembalikan pelemahan, yang tidak dapat diabaikan.
Di sisi lain, vaksin rekombinan bergantung pada satu atau beberapa antigen yang ditentukan untuk mendorong kekebalan terhadap patogen, baik dengan memberikannya dengan adanya bahan pembantu atau dengan mengekspresikannya melalui vektor atau plasmid virus/bakteri yang tidak berbahaya. Teknologi ini membantu mencegah potensi kekhawatiran yang terkait dengan vaksin berdasarkan makromolekul yang dimurnikan, seperti risiko pemurnian bersama kontaminan yang tidak diinginkan atau pembalikan toksoid ke bentuk toksigeniknya, seperti yang terlihat pada vaksin toksoid difteri atau tetanus.
Selain itu, teknologi vaksin rekombinan mengatasi tantangan untuk mendapatkan komponen antigenik yang dimurnikan dalam jumlah yang cukup karena beberapa organisme inang mampu menghasilkan antigen yang sama secara bersamaan.
Namun, tantangan yang signifikan dalam mengembangkan strategi imunisasi baru melibatkan perancangan vaksin yang menghasilkan respon imun yang tepat untuk memberikan kekebalan terhadap patogen intraseluler, terutama yang menyebabkan infeksi kronis, seringkali seumur hidup. Untuk mencapai hal ini, pemahaman menyeluruh tentang antigen yang terlibat dalam patogenesis dan mekanisme perlindungan kekebalan diperlukan untuk merancang strategi vaksin secara rasional yang mampu melampaui kekebalan perlindungan rendah yang biasanya dihasilkan oleh infeksi.4
Bagaimana AI dan teknologi rekombinan bekerja sama untuk pengembangan vaksin?
Secara tradisional, antibodi dihasilkan menggunakan satu spesies antigen, seperti yang dilakukan dalam kasus perancangan vaksin COVID awal berdasarkan model hewan yang menargetkan jenis saat ini. Namun, ketika virus bermutasi, metode ini gagal, karena memerlukan suntikan berulang untuk mengimbangi laju mutasi.
Untuk mengatasi masalah ini, teknologi komputasi dapat digunakan untuk bereksperimen secara kolaboratif dan menghitung galur secara virtual dari awal pandemi hingga saat ini, menghasilkan lebih dari 1.000 galur hipotetis yang berbeda. Dalam beberapa jam, teknologi ini dapat menghasilkan antibodi yang menargetkan berbagai strain tersebut.
Selain itu, algoritme yang sama dapat digunakan untuk mengidentifikasi kesamaan di antara galur mutan untuk mengekstrapolasi antibodi yang bahkan dapat menargetkan galur masa depan.
Dengan mempelajari ciri-ciri evolusi spesies virus, pola dapat diidentifikasi untuk membantu memprediksi tren mutasi di masa depan. Algoritme dapat dibuat untuk menganalisis evolusi virus dan mengidentifikasi urutan imunogenetik umum yang dapat memandu desain vaksin. Pendekatan ini dapat mempercepat proses desain vaksin secara signifikan dan bahkan mengungkap fenomena biologis baru di masa depan.
Peran apa yang dimainkan Sino Biological dalam mempromosikan pengembangan vaksin?
Sino Biological memiliki lebih dari 15 tahun keahlian dalam ekspresi protein rekombinan dan telah membentuk platform ekspresi transien mamalia eksklusif yang menggunakan garis sel HEK293 dan CHO yang disesuaikan dengan medium bebas serum atau kultur yang melekat sebagai sistem produksi utama.
Platform ini memfasilitasi pengiriman throughput tinggi dan produksi protein dan antibodi rekombinan berkualitas tinggi yang biasa digunakan dalam persiapan antigen, penemuan antibodi, penentuan struktur protein, dan penelitian fungsi protein. Karena protein adalah komponen penting dari patogen dan target yang dikenali dan diserang oleh sistem kekebalan, Sino Biological terus-menerus meneliti, memproduksi, dan mengoptimalkan target vaksin potensial di masa depan.
Perkembangan menarik apa yang dapat kita harapkan untuk dilihat di bidang ini di masa depan?
Sementara platform yang ada untuk pengembangan vaksin memiliki keterbatasan, upaya berkelanjutan difokuskan pada peningkatan atau pengembangannya. Salah satu potensi yang signifikan adalah pengembangan adjuvan baru, yang hingga saat ini sebagian besar mirip dengan yang digunakan dalam vaksin sejak tahun 1930-an.
Adjuvan memainkan peran penting dalam meningkatkan respons kekebalan dan meningkatkan kemanjuran vaksin, membuatnya sangat penting untuk populasi yang rentan, seperti orang tua, yang mungkin telah mengurangi fungsi kekebalan. Salah satu kandidat vaksin COVID-19, Novavax’s NVX-CoV2373, yang saat ini sedang menjalani pengujian Fase Ⅲ, menggabungkan protein lonjakan SARS-CoV-2 panjang penuh dalam nanopartikel rekombinan dengan bahan pembantu saponin dan telah menunjukkan kemanjuran yang tinggi.5
Berasal dari kulit pohon Quillaja saponaria, adjuvant saponin telah terbukti memperkuat baik cabang humoral (terkait antibodi) dan sel-mediated dari sistem kekebalan dalam responnya terhadap antigen vaksin. Secara khusus, menambahkan saponin ke vaksin menyebabkan pelepasan sitokin pro-inflamasi, seperti interleukin-1 dan interleukin-6, yang selanjutnya meningkatkan produksi antibodi dan sel memori serta aktivasi sel kekebalan lebih lanjut.
Secara keseluruhan, respons imun yang diperkuat yang dipicu oleh adjuvan dapat membantu meningkatkan efektivitas vaksin dan meningkatkan perlindungan terhadap penyakit menular.
Referensi
- PhRMA. Era Baru Kedokteran: Vaksin. [Accessed 20 April 2023].
- Perrie Y, Mohammed AR, Kirby DJ, McNeil SE, Bramwell VW. Sistem pembantu vaksin: meningkatkan kemanjuran antigen protein sub-unit. Farmasi Int J. 2008;364(2):272-280.
- Nascimento IP, Leite LC. Vaksin rekombinan dan pengembangan strategi vaksin baru. Braz J Med Biol Res. 2012;45(12):1102-1111.
- Lemaire D, Barbosa T, Rihet P. Mengatasi keragaman genetik: kontribusi patogen dan genomik manusia terhadap vaksinologi modern. Braz J Med Biol Res. 2012; 45:376–385
- Mark Zipkin. Pendekatan vaksin baru menghadirkan kemungkinan baru, tetapi tantangan baru. Pembuat kesepakatan biofarmasi. [Accessed 20 April 2023].
Tentang Amy Sheng, Ph.D.
Kepala Program CRO, Sino Biological US Inc.
Amy bergabung dengan Sino Biological pada tahun 2021, mendukung layanan CRO dan manajemen proyek di wilayah AS bagian Timur. Sebelum bergabung dengan Sino Biological, dia bekerja di Caprico Biotechnologies sebagai manajer produksi yang bertanggung jawab atas pengembangan dan produksi antibodi untuk flow cytometry. Dia memiliki gelar Ph.D. dalam Biologi Molekuler dan Sel dari Georgia Institute of Technology dan merupakan ahli biologi molekuler bersertifikat ASCP dan CSSGB bersertifikat ASQ.
Tentang Sino Biological Inc.
Sino Biological adalah pemasok dan penyedia layanan reagen internasional. Perusahaan mengkhususkan diri dalam produksi protein rekombinan dan pengembangan antibodi. Semua produk Sino Biological dikembangkan dan diproduksi secara independen, termasuk protein rekombinan, antibodi, dan klon cDNA. Sino Biological adalah toko layanan teknis satu atap para peneliti untuk platform teknologi canggih yang mereka butuhkan untuk membuat kemajuan. Selain itu, Sino Biological menawarkan perusahaan farmasi dan perusahaan bioteknologi layanan teknologi produksi pra-klinis untuk ratusan kandidat obat antibodi monoklonal.
Bisnis inti Sino Biological
Sino Biological berkomitmen untuk menyediakan reagen protein dan antibodi rekombinan berkualitas tinggi dan menjadi toko layanan teknis satu atap untuk peneliti ilmu kehidupan di seluruh dunia. Semua produk kami dikembangkan dan diproduksi secara independen. Selain itu, kami menawarkan layanan teknologi produksi pra-klinis perusahaan farmasi dan perusahaan bioteknologi untuk ratusan kandidat obat antibodi monoklonal. Indikator kontrol kualitas produk kami memenuhi persyaratan ketat untuk sampel penggunaan klinis. Hanya perlu beberapa minggu bagi kami untuk menghasilkan 1 hingga 30 gram antibodi monoklonal yang dimurnikan dari pengurutan gen.