AI zaprojektowała pierwszą szczepionkę, która przeszła testy na ludziach

Przez dekady szczepionki powstawały tak samo: weź wirusa, przeanalizuj szczep, zaprojektuj antygen, czekaj lata. Zespół z Uniwersytetu Cambridge postanowił wyrzucić ten schemat do kosza. Efekt? Pierwsza w historii szczepionka, której aktywny składnik został w całości zaprojektowany przez sztuczną inteligencję, a następnie przetestowany na ludziach.

Preparat ma chronić przed koronawirusami - w tym wszystkimi wariantami COVID-19 - a także wirusami, które dziś zarażają zwierzęta, ale w przyszłości mogą wywołać kolejną pandemię. Brzmi jak scenariusz z serialu sci-fi, ale wyniki właśnie ukazały się w czasopiśmie Journal of Infection.

Superantygen z maszyny

Aby stworzyć tę szczepionkę, naukowcy użyli w całości zaprojektowanego przez SI aktywnego składnika, zwanego „superantygenem”. Tradycyjne podejście celuje w konkretny szczep - to jak szycie garnituru pod jedną osobę. Cambridge poszło inaczej.

Zespół wykorzystał wszystkie dostępne dane sekwencji genetycznych koronawirusów z podrodzaju Sarbeco - odzwierzęcych wirusów krążących głównie wśród nietoperzy, które mogą przeskakiwać na ludzi lub inne ssaki - zarejestrowane w programach nadzoru na całym świecie. Następnie, z użyciem metod uczenia maszynowego, stworzył superantygen.

Zamiast celować w jeden konkretny szczep, szczepionka wykorzystuje zaprojektowane komputerowo białko, które naśladuje wspólne cechy wielu koronawirusów. Może to uruchomić układ odpornościowy, by zwalczał szeroką gamę patogenów o takich podstawowych właściwościach. Innymi słowy: zamiast gonić każdą kolejną mutację, uczysz ciało rozpoznawać to, co we wszystkich tych wirusach jest niezmienne.

Preparat nosi nazwę pEVAC-PS i powstał w oparciu o technologię DIOSynVax (Digitally Immune Optimised Synthetic Vaccine). Szczepionka była dobrze tolerowana w każdej z dawek i nie wywołała istotnych obaw dotyczących bezpieczeństwa.

39 ochotników, zero igieł

W badaniu klinicznym fazy I, przeprowadzonym między grudniem 2021 a wrześniem 2023 roku, wzięło udział 39 zdrowych ochotników w wieku 18-50 lat. Wszyscy uczestnicy otrzymali wcześniej 2 lub 3 dawki tradycyjnej szczepionki przeciw COVID-19. Podzielono ich na grupy otrzymujące dawki od 0,2 mg do 1,2 mg w dwóch podaniach bezigłowych - w dniu 0 i 28.

Bezigłowych - to nie pomyłka. Do podania tej szczepionki nie potrzeba igły. Podaje się ją za pomocą mikrostrumienia płynu, który z dużą prędkością wprowadza antygen bezpośrednio do skóry. Takie podejście ułatwia kampanie szczepień wszędzie tam, gdzie dostęp do infrastruktury medycznej jest ograniczony.

Jeśli chodzi o wpływ na układ odpornościowy, badacze opisali go jako „skromny”. Wpływ na interpretację tych wyników miały jednak wysokie wyjściowe poziomy przeciwciał u uczestników oraz trwające w trakcie rekrutacji fale zakażeń wariantem Omikron, co wprowadziło nieuniknione zniekształcenia. Mimo to układ odpornościowy uczestników nauczył się rozpoznawać te fragmenty wirusa, które nie zmieniają się podczas mutacji - a to właśnie jest sedno całego projektu.

Uwaga ⚠️

Wyniki fazy I pokazują bezpieczeństwo, nie skuteczność - to dopiero faza 2 z ok. 200 uczestnikami odpowie na pytanie, czy szczepionka generuje wystarczająco silną i szeroką ochronę.

Szczepionka, która wyprzedza wirusy

Prof. Jonathan Heeney z University of Cambridge nie owijał w bawełnę: to pierwszy przypadek w historii, gdy w badaniach klinicznych na ludziach wykorzystano antygen zaprojektowany przez sztuczną inteligencję. A prof. Saul Faust z Uniwersytetu w Southampton dodał wprost, że „ta technologia radzi sobie o niebo lepiej z projektowaniem szczepionek na potencjalne pandemie, kiedy wirusy się zmieniają”.

Jest jeszcze jeden praktyczny argument za tym podejściem. Takie szczepionki są bardziej termostabilne niż preparaty mRNA i nie wymagają ultrazimnego łańcucha dostaw. Dzięki temu dobrze nadają się do stosowania w krajach o niskich i średnich dochodach oraz w sytuacjach wymagających szybkiej reakcji. COVID-19 boleśnie pokazał, że szczepionka, której nie da się przewieźć do Afryki Subsaharyjskiej bez -70°C w ciężarówce, to szczepionka dla bogatych.

Zespół z Cambridge bada już na zwierzętach uniwersalne szczepienia przeciwko grypie sezonowej, które nie wymagałyby corocznych aktualizacji. Kolejne badania na zwierzętach dotyczą szczepienia przeciwko ptasiej grypie H5N1, opracowanego na wypadek, gdyby atakujący dziś ptaki wirus wywołał pandemię wśród ludzi.

Prowadzone są także analizy nad szczepionką przeciw gorączkom krwotocznym, w tym przeciw konkretnemu gatunkowi wirusa Ebola, który odpowiada za obecny wybuch epidemii w Demokratycznej Republice Konga i na który nie ma jeszcze gotowej szczepionki. Według obecnych prognoz może ona nadejść za ok. 6-9 miesięcy.

Kto na tym zyska

Po tych obiecujących wynikach naukowcy rozpoczną badanie kliniczne fazy 2. Ma ono ocenić zdolność szczepionki do wywoływania odpowiedzi immunologicznej w szerszej i bardziej zróżnicowanej populacji oraz potwierdzić, że generuje silną, szeroką ochronę.

Jeśli faza 2 potwierdzi to, co zasugerowała faza 1, SI w immunologii przestanie być ciekawostką z konferencji, a stanie się standardem projektowania nowych preparatów. Szczepionka, która potrafi wyprzedzić mutację wirusa, zanim ta w ogóle się pojawi, to odpowiedź na pytanie, które pandemia COVID-19 zadała całemu światu: jak nie dać się zaskoczyć następnym razem. Cambridge właśnie pokazało, że maszyna może mieć na to lepszą odpowiedź niż człowiek.