科普COVID-19疫苗背后不同的研发技术

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研制抗冠状病毒(Covid-19)疫苗涉及多种技术和方法。目前全世界有150多个疫苗研发项目。其中11个已经在人体上进行了测试,另外50个预计将在今年年底进行临床试验。
流行性疾病预防创新联盟(Coalition for Epidemic preparation Innovations)首席执行官理查德·哈切特(Richard Hatchett)博士说,由于尚不清楚哪种技术会是最好的,科学家需要“两面下注”,同时对所有这些技术进行研究。该基金会为新疫苗的开发提供资金和协调。
Hatchett在最近一次由美国公共卫生协会主办的网络研讨会上说:“我们希望开发多种疫苗,这样至少可以保证取得一定的成功。”
任何疫苗的目的都是让人体的免疫系统识别出特定的病原体。一旦被识别,免疫系统就会做好准备,一旦病原体再次出现,免疫系统就会发动攻击。人们希望这些具有免疫功能的”战士“能够保护被感染的人不生病,或者至少不会变得严重。
1月中旬,中国公布了导致新冠肺炎的病毒的基因序列,而就在几周前,中国刚刚意识到疫情正在爆发。此举立即引发了疫苗开发项目的热潮。

得到这个序列意味着开发人员可以开始寻找他们已知的关键目标:在SARS-CoV-2表面发现的所谓的刺突蛋白,这对于研发进程是非常有意义的。
Spike protein is key(刺突蛋白是关键)


同时,他们还尽可能地利用现有技术,比如利用非洲绿猴细胞,因为病毒在这些细胞中可以有效地繁殖,而且这些细胞已经经过了良好的测试。
目前面临的挑战之一是,科学家仍然不太了解这种病毒对免疫系统的影响。例如,他们正在设计一种疫苗,但不知道它的益处将持续多久,甚至不知道需要产生何种程度的免疫反应才是合理的。
预计将于7月开始的大型临床试验将开始揭示一些缺失的信息。
疫苗的研制通常需要15到20年。研究人员正试图在一年到18个月的时间内研制出SARS-CoV-2疫苗。为了满足如此紧迫的期限,科学家们正在尝试开发多年的新疫苗技术,只是它很少或从未在大量人群中使用。
这些新技术让一些人感到兴奋的同时,也让另一些人感到恐惧。疫苗专家说,这就是为什么仔细测试候选疫苗是如此重要的原因。
Hatchett说:“我们必须确保在加快疫苗开发的过程中,同时保证它的安全性和有效性。
研究人员正在研究制造抗SARS-CoV-2疫苗的一些技术。每一种疫苗都各有优缺点,比如需要多少疫苗才能提供保护,大规模生产这些疫苗的难度有多大或成本有多高,以及它们是否需要冷藏,这对发展中国家来说将是一个挑战。
在全世界都在绝望地等待一种疫苗的时候,拥有最长久记录的技术——但也需要最长的时间来生产——可能并不是攻克的方法。但是,更新的、更快的开发方法仍然必须证明,它们能够安全、有效,而且规模足够大,才能大规模投入使用。
以下是在几位专家的帮助下对每种主要技术的解释,以及关于其的一些优缺点,包括斯科特韦弗(人类感染与免疫研究所主任和加尔维斯顿国家实验室的科学主任)的观点:
Whole virus vaccine: Live-attenuated 全病毒疫苗(Whole virus vaccine:):减毒活疫苗
优势:全病毒减毒活疫苗是疫苗库的重要组成部分。数十年来,这种疫苗在数十亿儿童身上使用,一直是安全有效的,例如,在联合注射中,通常被称为MMR,用于对抗麻疹、腮腺炎和风疹。根据美国疾病控制和预防中心的数据,一剂MMR疫苗对麻疹的有效性为93%,对腮腺炎的有效性为78%,对风疹的有效性为97%。第二剂可将麻疹的有效性提高到97%,腮腺炎的有效性提高到88%。
这些数字意味着如果爆发麻疹,大约100个人中有3个人在两次注射后仍然会感染麻疹。但是接种疫苗的人可能会比没有接种疫苗的人感染得少。
How whole virus vaccines work (整个病毒疫苗是如何工作的)

弱点:从理论上讲,这些疫苗也会导致它们被设计用来预防的疾病。2000年,美国停止使用口服脊髓灰质炎疫苗,该疫苗使用的是减毒活疫苗,因为它偶尔会导致脊髓灰质炎。
这种方法也可能需要数年时间来制定,研究人员正在努力寻找合适的平衡——确保病毒被削弱到足以安全的程度,但仍然强大到足以引发有效的免疫反应。
流行性腮腺炎疫苗被认为保持了疫苗开发速度的记录。它花了四年的时间来发展,这个时间框架在目前的疫情中显得毫无意义。
Whole virus vaccine: Killed 全病毒疫苗:灭活
优点: 灭活后的全病毒疫苗被认为是非常有效和安全的,因为它不会导致其设计用来预防的疾病。脊髓灰质炎疫苗和狂犬疫苗等都是利用杀死的病毒来刺激免疫系统发挥作用。
弱点:在20世纪50年代,一种针对呼吸道合胞病毒的灭活病毒疫苗,影响很多婴儿和蹒跚学步的孩子,当他们接种这种病毒时,儿童的病情恶化。费城儿童医院疫苗教育中心主任Paul Offit说,上世纪60年代中期,一种灭活的麻疹病毒疫苗也发生了同样的事情。
他说,当RSV和麻疹病毒(它们的表面都含有某种蛋白质)被甲醛杀死时,会引发“奇怪的、异常的免疫反应”。Offit说,中国研究SARS-CoV-2疫苗的研究人员已经吸取了这一教训,SARS-CoV-2有类似的表面蛋白。他们使用了甲醛以外的东西来杀死候选疫苗中使用的病毒。
Protein-based vaccine蛋白质疫苗
优势:蛋白质疫苗包括预防带状疱疹、乙型肝炎和人类乳头瘤病毒的疫苗。在SARS-CoV-2中,一种基于蛋白质的疫苗将被设计用来生产——并让身体识别——刺突蛋白。
德克萨斯州生物医学研究所的首席执行官兼总裁Larry Schlesinger博士说,这些疫苗相对容易制造,安全,并被证明可以提供免疫应答。
How protein-based vaccines work(蛋白质疫苗是如何工作的)



缺点:为了使其有效,这种疫苗可能需要与免疫兴奋剂搭配,这可能会导致副作用,Weaver说。例如,较新的带状疱疹疫苗是一种基于蛋白质的疫苗,但它会让人在几天内感到疲劳。
另一个挑战是持久性。施莱辛格说,目前还不清楚蛋白质疫苗对SARS-CoV-2的免疫反应会持续多久。
Viral vector vaccines病毒载体疫苗
优势:病毒擅于入侵细胞,并利用自身机制进行更多的自我复制。这些疫苗可以刺激强烈的免疫反应,这意味着它们可能是有效的,Weaver说。How viral vector vaccines work(病毒载体疫苗是如何工作的)



弱点:使用埃博拉疫苗,它依赖于水泡性口炎病毒,人们会得到一种轻微的,类似流感的疾病,“几天都不会感觉太好,”韦弗说。这意味着它不应该用于免疫功能低下的人。
基于引起普通感冒的病毒(腺病毒)研制的疫苗自身存在风险。他们一旦进入人体细胞内就不能繁殖,这意味着需要大量的病毒载体,Offit说。其中一种疫苗的一剂就会含有1000亿个病毒颗粒,而将这种疫苗接种给数千万人的想法会让人感到焦虑不安。
2014年的一项研究发现,当感染艾滋病毒时,接种了基于腺病毒的候选疫苗的人比未接种疫苗的人境遇更糟。
而且,由于许多人已经接触过腺病毒,并建立了对腺病毒的免疫力。这意味着免疫系统会在这些病毒颗粒有机会传递它们的有效载荷之前攻击它们。
这就是为什么一些研究人员,包括那些在牛津大学开发候选疫苗的人,正在用一种黑猩猩腺病毒来替代,虽然以前从未用于疫苗,但它被认为是安全的,
Nucleic acid vaccines核酸疫苗
优势:在疫苗研发领域,一种基于遗传物质链的新型疫苗让人兴奋不已,这种疫苗本质上是一种将人的细胞变成刺突蛋白工厂。
这些疫苗可以很快研制出来。Moderna的候选疫苗名为mRNA-1273,在今年1月病毒基因序列公布后仅63天就准备好在人体上进行测试。部分原因是Moderna已经在测试这种方法,以对抗流感、基孔肯亚病和寨卡病毒。
(虽然Moderna的技术基于RNA,但其他核酸候选疫苗使用更稳定的双链DNA。一旦进入人体细胞,它就被转译成mRNA,然后产生刺突蛋白。)How the nucleic acid vaccine works(核酸疫苗是如何工作的)

缺点:这种开发疫苗的新方法以前从未在大量人群中进行过试验,因此它的安全性和有效性存在许多有待解决的问题。
为了使身体产生足够的免疫力,可能还需要第二次注射。韦弗说,如果免疫力不长,以后可能需要频繁的“助推”。
此外,由于核酸疫苗的生产规模从未超过临床试验的规模,因此有人担心,此阶段下,很难生产出足够多的疫苗来应对全球疫情。但Moderna表示,到明年,该公司每年将能够生产5亿至10亿剂疫苗。
施莱辛格说,没有一种疫苗是完美的。它们都有优点和缺点。
但他同样表示到,通过开发疫苗,“你才真的可以开始考虑根除"像COVID-19这样的疾病。
“所以,我们需要这些疫苗。”
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