Vacuna con nanopartículas contra COVID-19: ¿en qué se diferencia de las otras vacunas?

por | 28 May, 2021 | Blog

Blog vacuna COVID-19 nanopartículas

En 2020 la palabra “vacuna” se volvió un elemento regular de las conversaciones cotidianas. Para fines del mismo año fue aprobada la primera vacuna contra COVID-19 y a la fecha ya son 8 las vacunas aprobadas, por lo que estar al tanto de las diferencias entre ellas se ha vuelto un verdadero desafío. Recientemente, se anunció el comienzo de la fase clínica de una nueva vacuna contra COVID-19 que utiliza nanopartículas de ferritina, ¿cómo es y en qué se diferencia de las otras vacunas?

Aunque el nombre puede no sonar familiar, las nanopartículas son parte de la formulación de dos vacunas contra COVID-19 aprobadas, la de la alianza Pfizer/BioNTech y la del laboratorio Moderna. La vacuna de Pfizer/BioNTech fue la primera en recibir la aprobación para uso de emergencia por la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos [1] y prontamente fue aprobada en nuestro país por el Instituto de Salud Pública [2]. Mientras que la vacuna desarrollada por Moderna fue aprobada en Europa por la Agencia Europea de Medicamentos (EMA) a comienzos de este año [3] y no ha presentado solicitud de uso de emergencia en Chile. 

Las dos vacunas están indicadas para prevenir cuadros severos de COVID-19 y tienen en común que utilizan la tecnología de ARN mensajero (ARNm), que consiste en una molécula de ácido nucleico (ARN: ácido ribonucleico), que carece en sí misma de capacidad infectiva, y que da origen a la proteína espiga (en inglés Spike) del coronavirus SARS-CoV-2. La proteína spike (S) estimula la producción de anticuerpos específicos contra el virus, confiriendo inmunidad al individuo vacunado. Lo que es menos conocido sobre Comirnaty o tozinamerán (Pfizer/BioNTech) y mRNA-1273 (Moderna) es que además tienen en común que utilizan nanopartículas.

Nanomedicina

En el desarrollo de vacunas, las nanopartículas se utilizan como el vehículo que transporta las moléculas inmunogénicas, esto es que inducen la respuesta inmune, de manera segura y eficiente [4]. El uso de nanopartículas para el transporte de moléculas con actividad biológica no se limita al desarrollo de vacunas, de hecho, las nanopartículas han sido objeto de estudio de la comunidad científica desde la década de los 90 debido a su capacidad para mejorar la estabilidad y solubilidad de los principios activos de medicamentos, vacunas y terapias. El uso de nanopartículas como vehículo de principios activos con propiedades terapéuticas se conoce como nanomedicina.

Definición de nanopartículas

Las nanopartículas facilitan la llegada de los principios activos a la circulación sanguínea y también pueden ser dirigidas a órganos específicos para lograr una acción terapéutica localizada, disminuyendo así el riesgo de efectos secundarios. Además, a diferencia de otros sistemas diseñados para el transporte de compuestos biológicamente activos, las nanopartículas ofrecen protección a las moléculas en su interior frente a la degradación química [5]. Dado lo anterior, para la industria farmacéutica las nanopartículas representan una oportunidad atractiva para el desarrollo de productos biomédicos. En ese sentido, hacia el año 2019 se habían aprobado 28 medicamentos que contienen nanopartículas para fines diagnósticos, preventivos y curativos [5]. Algunos de ellos se encuentran disponibles en Chile, como el propofol liposomal utilizado en procedimientos de anestesia general, paclitaxel asociado a nanopartículas de albúmina utilizada en el cáncer de mama y el pulmonar no microcítico, y doxorrubicina liposomal indicada en el cáncer de mama metastásico y sarcoma de Kaposi asociado a VIH [6].

Vacunas que utilizan nanopartículas

En el contexto de la pandemia los sistemas con nanopartículas surgen como candidatos promisorios para la rápida elaboración de vacunas que emplean al ARNm como molécula inmunogénica. En el caso de las vacunas contra COVID-19 de Pfizer/BioNTech y Moderna, el ARNm aislado desde el coronavirus es almacenado dentro de nanopartículas compuestas por lípidos (grasas). Las nanopartículas cumplen la función de transportar al ARNm a las células de nuestro cuerpo, estimulando así la respuesta inmune específica contra SARS-CoV-2.

Sin embargo, no todas las nanopartículas están compuestas por lípidos, sino que existe una gran diversidad de nanopartículas elaboradas a partir de polímeros, compuestos inorgánicos (metales) y compuestos orgánicos de origen biológico (proteínas) (Figura 1) [7]. En particular en este último tipo, destaca la vacuna desarrollada en el Comando de Investigación y Desarrollo Médico de la Armada de Estados Unidos (en inglés el United States Army Medical Research and Development Command o USAMRDC) que utiliza nanopartículas de ferritina [8], que es la proteína que almacena hierro en el interior de nuestros glóbulos rojos de la sangre. 

nanopartículas en medicina
Figura 1. Representación gráfica de los tipos de nanopartículas más frecuentemente utilizadas en aplicaciones biomédicas. Adaptado desde Masserini M, 2013 [7].

SpFN_1B-06-PL utiliza nanopartículas de ferritina

La vacuna contra la COVID-19 desarrollada en el Instituto de Investigación Walter Reed (WRAIR), denominada SpFN_1B-06-PL, obtuvo la aprobación de la FDA para comenzar la primera fase de ensayos en humanos, luego de superar la fase pre-clínica en que se demostró que es segura y efectiva en primates no humanos [8,9]. En la fase 1 esperan enrolar a 72 voluntarios sanos de edades entre los 18 y 55 años, que serán organizados en tres grupos (Figura 2). 

Este es el laboratorio más antiguo del USAMRDC y durante los últimos 10 años el equipo liderado por el Dr. Kayvon Modjarrad ha trabajado en el desarrollo de vacunas contra los agentes virales que han causado brotes epidémicos como los virus del ébola, zika y MERS (Síndrome respiratorio por coronavirus de Oriente Medio). El equipo de investigación en el WRAIR y otros grupos científicos que trabajan en el desarrollo de biomedicinas alrededor del mundo, han hecho uso de la capacidad de algunas nanopartículas, como las de naturaleza lipídica y las que contienen ferritina, de organizarse de manera espontánea como una esfera que en el organismo interactúa naturalmente con la membrana celular para entregar eficazmente el principio activo en el interior de la célula. En efecto, la tecnología de nanopartículas de ferritina ha sido evaluada positivamente en vacunas contra la influenza [10, 11]

Ensayo clínico vacuna nanopartículas ferritina
Figura 2. Esquema de la fase 1 del ensayo clínico de la vacuna contra COVID-19 SpFN_1B-06-PL.

Así como en las vacunas de Pfizer/BioNTech y Moderna las nanopartículas de lípidos cumplen la función de transportar al ARNm viral, las nanopartículas de ferritina cumplen la misma función en la formulación desarrollada en el WRAIR. Además, la vacuna en cuestión contiene un adyuvante lipídico (ALFQ) (Figura 3) [8] que potencia la asimilación de SpFN_1B-06-PL por las células en nuestro organismo.

Nanopartículas lipídicas vacunas covid19
Figura 3. Composición de la vacuna contra COVID-19 desarrollada por Pfizer/BioNTech (tozinamerán) y de la formulación desarrollada en el WRAIR (SpFN_1B-06-PL) [8]. En ambas se señala el uso de diversos lípidos, que son el sistema de transporte de la molécula inmunogénica (ARNm) o el adyuvante.

¿En qué se diferencia SpFN_1B-06-PL de otras vacunas contra COVID-19?

Ciertamente, todas y cada una de las vacunas contra COVID-19 tienen características técnicas que las diferencian unas de otras y se ha hecho más énfasis en las moléculas inmunogénicas que en los sistemas de transporte. Por este motivo, es menos conocido que una porción importante de las vacunas contra la COVID-19, tanto las aprobadas como las que se encuentran en fases de desarrollo, utilizan sistemas nanotecnológicos que han sido anteriormente validados [4, 12]. Las nanopartículas como vehículo para ácidos nucleicos como el ARNm de la proteína espiga de SARS-CoV-2 son una de las mejores alternativas para responder oportunamente a la urgencia por estrategias efectivas de inmunización poblacional y la vacuna SpFN-1B-06-PL desarrollada en el WRAIR es una más de las formulaciones que utilizan nanopartículas para transportar al ARNm del coronavirus. 

Así, en el contexto de la pandemia y ante la imperante demanda por el rápido desarrollo de opciones seguras y efectivas para proteger a la población de las consecuencias de  COVID-19, se ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías que sean capaces de transportar, proteger y entregar las moléculas inmunogénicas del coronavirus SARS-CoV-2. Una de las mejores alternativas para cumplir estos objetivos son las nanopartículas, una tecnología que ha demostrado ser capaz de inducir una respuesta inmune óptima, sin reacciones adversas de consideración, y que ha facilitado un control efectivo de la transmisión viral junto con una disminución significativa del riesgo de complicaciones severas asociadas a COVID-19. La positiva contribución de las nanopartículas en la pandemia establece un precedente para que se pueda adoptar nuevamente esta tecnología en el desarrollo de vacunas contra otros agentes infecciosos.

Artículo colaborativo:

Dr (c) Wai-Houng Chou, investigador en el Laboratorio de Drug Delivery, CENDHY y ACCDIS

Lorena Díaz Hemard, coordinadora científica y de comunicaciones CENDHY

Dr. Javier O. Morales, Director de CENDHY, investigador asociado ACCDIS y académico de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile

Dra. Eyleen Araya, investigadora asociada CENDHY, ACCDIS y académica de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Andrés Bello

Referencias:

[1] Ledford, H. US authorization of first COVID vaccine marks new phase in safety monitoring. Nature 588, 377-378 (2020). doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03542-4

[2] ISP aprobó autorización de emergencia para la vacuna Pfizer. Ministerio de Salud. 16 de diciembre de 2020.

[3] EMA recommends COVID-19 Vaccine Moderna for authorisation in the EU. 6 de enero de 2021.

[4] Milane, L., Amiji, M. Clinical approval of nanotechnology-based SARS-CoV2 mRNA vaccines: impact on translational nanomedicine. Drug delivery and translational research, 2021. Disponible para descarga gratuita.

[5] Anselmo, A., Mitragotri, S. Nanoparticles in the clinic: an update. Bioengineering & translational medicine 4:e10143, 2019. Disponible para descarga gratuita.

[6] Sistema de consulta de productos registrados. Instituto de Salud Pública (consultado en mayo de 2021).

[7] Masserini Massimo. Nanoparticles for brain drug delivery. ISRN Biochemistry 2013. Disponible para descarga gratuita.

[8] Joyce, Michael G et al. “Efficacy of a Broadly Neutralizing SARS-CoV-2 Ferritin Nanoparticle Vaccine in Nonhuman Primates.” bioRxiv: the preprint server for biology 2021.03.24.436523. Preprint disponible en línea.

[9] Ensayo clínico NCT04784767

[10] M. Kanekiyo et al., Self-assembling influenza nanoparticle vaccines elicit broadly neutralizing H1N1 antibodies. Nature 2013; 499, 102–106. DOI: https://doi.org/10.1038/nature12202

[11] H. M. Yassine et al., Hemagglutinin-stem nanoparticles generate heterosubtypic influenza protection. Nat Med 2015; 21, 1065–1070. DOI: https://doi.org/10.1038/nm.3927

[12] The New York Times Coronavirus Vaccine Tracker (Sistema de seguimiento en tiempo real del avance de vacunas contra coronavirus).

4 Comentarios

  1. Ismael alonso

    No están aprobadas, están solo aprobadas por emergencia.

    Responder
    • Cendhy

      ¡Hola! Efectivamente, y como mencionamos al inicio de esta entrada, las vacunas contra COVID-19 que están siendo inoculadas a la población recibieron una autorización de uso de emergencia (EUA por sus siglas en inglés) por las entidades correspondientes, debido a que la situación sanitaria es excepcional. ¡Saludos!

      Responder
  2. Rocio

    Si tengo alérgia al hierro intravenoso se puedo poner la vacuna?

    Responder
    • Cendhy

      Hola Rocío, gracias por tu pregunta! Si tienes hipersensibilidad, en este caso al hierro, sería recomendable no administrar este tipo de vacunas. Aunque esta formulación utiliza ferritina y no hierro propiamente tal. En estos casos es recomendable y dentro de lo posible priorizar otras opciones de vacunas. Cuando vas a vacunarte puedes consultar con el profesional en el vacunatorio. ¡Saludos!

      Responder

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