La technologie de l’ARNm promet de révolutionner les futurs vaccins et traitements contre le cancer et les maladies infectieuses
Médecin britannique Edward Jenner a créé le premier vaccin au monde en 1796, contre la variole, en injectant à un patient du pus provenant des plaies d’une laitière qui avait contracté un virus biologiquement lié à des vaches. Et au cours des 200 dernières années, les chercheurs ont créé pratiquement tous les vaccins contre les virus en utilisant la même méthode: donner aux gens une forme du virus lui-même.
Jusqu’en 2020.
Plus de 80 millions d’Américains ont été vaccinés contre le SRAS-CoV-2 – le virus qui cause le COVID-19 – en utilisant les possibilités révolutionnaires de la technologie de l’ARNm. Et tandis que certaines personnes craignent que la technologie ne soit «précipitée», depuis plus de 25 ans, les laboratoires universitaires explorent l’utilisation de l’ARN, plutôt que des virus, pour renforcer l’immunité du corps contre les maladies.
«Le domaine des vaccins a été transformé à jamais et avancé à jamais grâce au COVID-19», déclare Dan Barouch, MD, PhD, directeur du Center for Virology and Vaccine Research à la Harvard Medical School.
L’ARN messager (ARNm) – la base des deux premiers vaccins approuvés pour un usage public par la Food and Drug Administration (FDA) – induit les cellules à déclencher une réponse immunitaire contre le coronavirus qui cause le COVID-19. Les chercheurs en vaccins pensent que le succès de ces inoculations va inaugurer le changement le plus radical dans le développement de vaccins depuis que Jenner a exploité un virus de vache il y a deux siècles.
«Ce n’est que le début», déclare John Cooke, MD, PhD, directeur médical de la Programme RNA Therapeutics au Houston Methodist DeBakey Heart and Vascular Center.
Les chercheurs affirment que l’ARNm peut être utilisé pour créer une variété de vaccins et de traitements en moins de temps et à moindre coût que les méthodes traditionnelles. L’utilisation des vaccins contre le COVID-19 produira plus de preuves sur l’efficacité et la sécurité de cette approche.
Enseigner une réponse immunitaire
Bien que la construction de médicaments avec de l’ARNm soit une nouvelle idée pour le public – une des raisons de l’hésitation généralisée aux vaccins aux États-Unis et dans d’autres pays – Cooke note que «la science est avec nous depuis longtemps».
L’ARNm est apparu comme une alternative au développement de vaccins traditionnels au début des années 1990, en s’appuyant sur recherche impliquant des injections d’ARN chez la souris au Waisman Center de l’Université du Wisconsin-Madison. L’ARNm est une molécule qui fournit essentiellement des instructions aux cellules pour construire des protéines spécifiques. Les protéines sont essentielles au succès d’une infection virale, car elles permettent à un virus de se répliquer après qu’il s’est attaché à une cellule. Le coronavirus, par exemple, se fixe à une cellule avec une protéine dite «de pointe», qui déclenche la réplication virale qui transforme l’infection en COVID-19.
La théorie derrière les vaccins est que l’ARNm dira à une cellule de fabriquer une protéine utilisée par un certain virus, ce qui déclencherait une réponse immunitaire qui renforcerait la capacité du corps à repousser le virus réel.
«C’est essentiellement un logiciel biologique», dit Cooke.
La théorie s’est révélée prometteuse dans les expériences de laboratoire et les essais sur animaux dans les années 1990 et au début des années 2000, les chercheurs visant à créer des thérapies pour arrêter la propagation du cancer et des vaccins pour se protéger contre des maladies virales telles que la grippe, Ebola et le SRAS (syndrome respiratoire aigu sévère) .
«Nous savions dès notre toute première expérience qu’il avait le potentiel d’être une thérapeutique incroyable», déclare Drew Weissman, MD, PhD, qui dirige un laboratoire de recherche sur l’ARN à la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie (PSOM) à Philadelphie. Pourtant, il a d’abord été difficile d’obtenir un financement gouvernemental ou corporatif, note-t-il, car «les sociétés pharmaceutiques et les chercheurs n’y croyaient pas».
Plusieurs inconvénients tenaces ont entravé l’utilité de la technologie: il était difficile d’obtenir de l’ARNm dans une cellule, et l’ARNm provoquait une inflammation sévère et était rapidement dégradé par le corps. Dans ce que les chercheurs en ARNm considèrent comme une percée, Weissman et son collègue chercheur au PSOM Katalin Karikó, PhD, ont surmonté ces obstacles en utilisant de l’ARN synthétique que le système immunitaire du corps ne reconnaît pas et en enveloppant ce matériau dans des nanoparticules lipidiques (bulles de graisse) qui se glissent facilement dans les cellules. .
D’ici 2017, selon une analyse en La nature, des essais humains étaient en cours pour tester les vaccins à ARNm contre le VIH, la grippe, le virus Zika et la rage. Puis vint COVID-19.
Au bon moment
Il n’y a pas de bon moment pour qu’une pandémie arrive, mais l’émergence du COVID-19 en décembre 2019 s’est avérée mûre pour la recherche sur l’ARNm: avec ses principaux obstacles scientifiques résolus et des essais humains en cours, la technologie était prête pour un test dans le monde réel tout comme cela le monde avait désespérément besoin d’un vaccin pour être mis au point plus rapidement que jamais. Alors que les laboratoires du monde entier ont lancé des centaines d’expériences et d’études (les National Institutes of Health répertorient des centaines de Études sur le vaccin COVID-19), de nombreuses personnes considéraient la technologie de l’ARNm comme l’une des plus prometteuses pour relever le défi du besoin immédiat.
«La technologie présente de nombreux avantages par rapport aux technologies vaccinales traditionnelles», déclare Florian Krammer, PhD, qui dirige un laboratoire de recherche à la Icahn School of Medicine de Mount Sinai à New York. Il cite la relative facilité avec laquelle des informations sur la séquence génétique d’un virus peuvent être insérées dans la plate-forme de base.
«Il est très facile de changer le vaccin; il suffit de changer la séquence », dit Krammer. «C’est une plateforme idéale pour faire face à une pandémie ou à une épidémie.»
Ce concept est soutenu par la vitesse sans précédent à laquelle les deux premiers vaccins COVID-19 ont été créés et administrés au public aux États-Unis: les vaccins à ARNm de Pfizer et Moderna ont obtenu l’autorisation d’utilisation d’urgence de la FDA en décembre 2020 – moins d’un an après que des scientifiques chinois ont révélé la séquence génétique du coronavirus.
Mais la science seule ne peut pas se targuer de tout le mérite: les facteurs sociaux, financiers et politiques ont joué un grand rôle. L’urgence mondiale de lutter contre le COVID-19 a poussé les gouvernements, les fondations et les entreprises à investir plus d’argent dans la recherche et le développement de vaccins plus rapidement que jamais, sachant que beaucoup – sinon la plupart – des projets financés ne produiraient aucune intervention utilisable, mais confiants que certains réussirait.
Le financement garanti, dit Weissman, «a éliminé le risque» pour les universités et les sociétés pharmaceutiques d’aller à plein régime avec des vaccins expérimentaux.
Le sentiment d’urgence a également contraint les chercheurs scientifiques à collaborer comme jamais auparavant. Des scientifiques chinois ont jeté les bases de cette collaboration en partageant la séquence génomique du coronavirus en janvier 2020, peu de temps après l’avoir cartographiée – «sans condition», note Barouch de Harvard Medical. «S’ils ne l’avaient pas fait, il aurait fallu longtemps avant qu’aucun de nous n’ait pu commencer le développement de vaccins.»
À partir de ce moment, les scientifiques de différentes institutions et pays ont régulièrement partagé leurs résultats d’enquête entre eux et avec le public – avant même de publier ces résultats – par le biais de conférences téléphoniques, d’échanges de courriels et de publications sur le Web. Les informations comprenaient des données exclusives sur l’efficacité de leurs travaux expérimentaux, même lorsque ces données n’étaient pas prometteuses.
«L’étendue de la coopération est sans précédent», dit Barouch.
La création et l’application résultantes de vaccins COVID-19 à l’aide de technologies de pointe – y compris l’ARNm et un vaccin Johnson & Johnson récemment autorisé qui utilise «vecteurs viraux» inoffensifs induire l’immunité – a des implications au-delà de la pandémie actuelle.
«Ces deux plates-formes ont maintenant fait leurs preuves qu’elles peuvent être utilisées dans un environnement réel pour combattre un [viral] menace », dit Barouch. «Ce ne sont plus des questions académiques. Nous verrons beaucoup plus de vaccins ARNm et vecteurs à cause de cela.
Vaccins et traitements futurs
Paludisme. Tuberculose. Hépatite B. Fibrose kystique. Ce ne sont là que quelques-unes des maladies qui, selon les chercheurs, pourraient être le prochain objectif des vaccins et des traitements à l’ARNm, en dehors de celles déjà en cours d’essais sur l’homme (VIH, rage et grippe). Les scientifiques continuent d’explorer les traitements par ARNm pour plusieurs types de cancer. Comme expliqué par les chercheurs à l’Université du Texas MD Anderson Cancer Center, l’ARNm demande aux cellules d’un patient de produire des fragments de protéines basés sur les mutations génétiques d’une tumeur, incitant le système immunitaire à trouver d’autres cellules avec les protéines mutées et à attaquer les cellules tumorales qui restent.
«Les vaccins à ARNm peuvent être utilisés pour cibler presque tous les agents pathogènes», explique Cooke. «Vous insérez le code d’une protéine particulière qui stimule une réponse immunitaire. … C’est essentiellement illimité.
Krammer suggère que les vaccins à ARNm peuvent progresser encore plus rapidement qu’ils ne l’ont fait pour COVID-19 – peut-être dans trois à quatre mois. Cela semble ambitieux pour certains, mais Barouch convient que les délais de recherche et de développement seront réduits pour la plupart des vaccins.
«Je ne pense pas que quiconque présentera à nouveau un plan de développement de vaccins sur 10 ans dans une salle de conseil d’entreprise», dit Barouch.
Dans le même temps, les chercheurs appellent à la prudence quant aux attentes.
Premièrement, des défis scientifiques demeurent, car chaque virus présente ses propres énigmes. Par exemple, les laboratoires n’ont pas produit de vaccin commercialisé contre le VIH, par l’ARNm ou d’autres technologies, malgré plus de 30 ans d’efforts.
En outre, bien que les effets secondaires confirmés des vaccins à ARNm utilisés contre le COVID-19 aient été légers dans tous les cas sauf quelques-uns jusqu’à présent, il reste encore beaucoup à apprendre. Pour gagner une acceptation plus large du public, il faudra une communication efficace sur ces effets secondaires – et sur la désinformation, comme le fait que l’ARNm peut changer la constitution génétique d’une personne. (Les Centers for Disease Control and Prevention explique que le L’ARNm des vaccins n’entre pas dans le noyau cellulaire et n’interagit pas avec l’ADN d’une personne.)
D’autres défis ne relèvent pas de la science. Peu de maladies peuvent stimuler le type de réponse mondiale que COVID-19 a recueillie: le financement, l’engagement de ressources scientifiques de pointe, la collaboration et la volonté du public.
Les chercheurs pourraient collaborer plus qu’avant, dit Barouch, mais pas autant qu’ils l’ont fait pour COVID-19. «Ce degré de coopération existera-t-il à l’avenir? Bien sûr que non », dit-il.
Et tandis que Krammer pense qu’il est « techniquement possible » de produire un vaccin en un peu plus de trois mois, il dit que cela ne peut se produire « que si l’effort reçoit suffisamment d’attention et de financement. » Cela pourrait arriver pour une autre pandémie virale mortelle qui se mondialise et menace non seulement des vies, mais aussi les économies nationales, dit-il, mais pas d’autres maladies.
«Je ne pense pas que nous nous retrouverons dans une situation où chaque vaccin sera développé en un an», note-t-il.
En fait, les chercheurs craignent que la percée du vaccin COVID-19 n’ait défini un an comme nouvelle attente du public pour obtenir un vaccin contre un virus émergent. «Je ne pense pas que je survivrais si je devais fabriquer un nouveau vaccin en un an», dit Weissman.
Pourtant, en tant que l’un des pionniers de la technologie des vaccins à ARNm, il se sent satisfait du résultat et est déterminé à en tirer parti: «C’est juste une satisfaction incroyable que cela ait fonctionné – et bien fonctionné. Je réfléchis déjà à ce que nous allons faire ensuite.