Steeds meer landen zijn de lockdownmaatregelen die ze instelden voor de COVID-19-epidemie aan het afbouwen. Maar net zozeer waarschuwen virologen en epidemiologen ons dat secundaire en tertiaire uitbraken moeilijk te vermijden zullen zijn. Een vaccin lijkt de enige oplossing. Om te kunnen voldoen aan de vraag naar een vaccin dat echt wereldwijd is, zullen we waarschijnlijk meer dan één soort vaccin nodig hebben. Zijn er dan meerdere soorten? En hoe werkt dat juist?
Alle hoopgevende berichten ten spijt gaan de meeste virologen ervan uit dat het best-case scenario waarin we over zo’n vaccin kunnen beschikken 18 maanden is. Dat lijkt een eeuwigheid, maar in de wereld van vaccinontwikkeling zou dat ongezien snel zijn. Normaal duurt dat proces tien jaar of langer, vanaf het begin van het onderzoek tot een product dat kan worden toegediend bij de huisarts.
Op het moment van schrijven zijn er meer dan 120 kandidaat-vaccins die worden getest. Acht daarvan worden zelfs al op mensen getest. En hoewel er in de media al volop wordt gespeculeerd over welke van deze kandidaten ‘de race zal winnen’ of ‘de eerste zal zijn’, is het onwaarschijnlijk dat het hele proces tot één winnaar zal leiden.
Om te kunnen voldoen aan de vraag naar een vaccin dat echt wereldwijd is, zullen we waarschijnlijk meer dan één soort vaccin nodig hebben. Zijn er dan meerdere soorten? En hoe werkt dat juist?
Waarom vaccins moeilijk zijn
Over het algemeen hebben vaccins allemaal dezelfde taak: het lichaam vertrouwd maken met een ziekteverwekker die het nog niet heeft gezien. B-cellen, die deel uitmaken van het immuunsysteem, bouwen specifieke antilichamen op tegen de ziekteverwekker. Op die manier zijn de antilichamen klaar om het aan te vallen als er in de toekomst een infectie opduikt. Ze kunnen de infectie bestrijden voordat die de kans krijgt ons ziek te maken, of ze kunnen op zijn minst het herstelproces versnellen.
Vaccins zijn moeilijker te maken dan gewone geneesmiddelen. Typische medicijnen voeren een specifiek proces in het lichaam uit en ze hoeven alleen te werken totdat de nieren en de lever ze uitfilteren. Vaccins moeten echter een beetje biologische catfishing doen: ze misleiden bepaalde cellen in ons bloed, de B-cellen, om te reageren op een pathogene bedreiging die niet echt bestaat.
Die cellen misleiden om antilichamen te produceren tegen een ziekte waarmee ze nog niet zijn geconfronteerd, is een moeilijk proces. Wetenschappers hebben hulp nodig van goedaardige virussen en bacteriën, hulpmiddelen voor het bewerken van genen en zelfs kopieën van de besmettelijke ziekteverwekker zelf – en soms combinaties van alle drie. En op dit moment proberen wetenschappers al deze strategieën naar COVID-19 om te zien welke werkt.
Eerste soort: geïnactiveerde of verzwakte virusvaccins
In het algemeen zijn er drie soorten vaccins tegen virussen: geïnactiveerde of verzwakte virusvaccins, subeenheidvaccins en nucleïnezuurvaccins.
Geïnactiveerde of verzwakte virusvaccins, zoals die voor waterpokken en sommige versies van het griepvaccin, zijn eigenlijk slechts kopieën van het virus die genetisch of fysiek zijn gewijzigd (met behulp van hitte of giftige stoffen zoals formaldehyde) om alleen een milde infectie te veroorzaken of zelfs helemaal geen. Het voordeel van dit soort vaccin is dat het het dichtst bij een daadwerkelijke infectie staat, wat betekent dat het lichaam in staat is een sterke afweer tegen antilichamen op te bouwen die meerdere jaren aanhoudt.
Het ontwikkelen van dit soort vaccins vereist specifieke faciliteiten met strikte veiligheidsmaatregelen. Virussen zijn in wezen niet-levende parasieten en kunnen zich niet vermenigvuldigen buiten een andere biologische gastheer; miljarden kopieën van virussen voor deze vaccins moeten dus in menselijke cellijnen worden geproduceerd. Daarom heeft iedereen die aan deze vaccins werkt een uitrusting nodig die hen beschermt tegen de gekweekte virussen, de chemicaliën die worden gebruikt om ze te verzwakken en die de culturen ook beschermt tegen besmetting van buitenaf.
De veiligheidsproblemen zorgen ervoor dat en geïnactiveerde of verzwakt virusvaccin niet altijd de meest aantrekkelijke kandidaat is voor wetenschappers en bedrijven om te onderzoeken. Momenteel volgen slechts negen van de COVID-19-vaccins in ontwikkeling deze benadering.
Tweede soort: subunits
De meerderheid van de COVID-19-vaccinkandidaten zijn subunit-vaccins. Die werken anders: in plaats van een kopie van een actief virus te gebruiken, zijn deze vaccins samengesteld uit specifieke eiwitten die op het virus voorkomen. Tetanus-, HPV- en longontstekingsvaccins zijn allemaal subeenheidvaccins. Voor SARS-CoV-2 willen ontwikkelaars het spike-eiwit (kortweg S-eiwit) recreëren dat het omhulsel van het virus siert en dat menselijke cellen opent voor infectie. De hoop is dat dit eiwit op zichzelf voldoende is voor B-cellen om antilichamen aan te maken. Deze methode brengt ook niet het risico met zich mee van een daadwerkelijke infectie.
Subunitvaccins zijn afhankelijk van andere levende organismen om de doeleiwitten te produceren. Gewoonlijk zullen wetenschappers een genetisch gemodificeerde bacteriestam zoals E. Coli of schimmelachtige gist gebruiken om miljarden kopieën van de gewenste eiwitten te produceren, een proces waarvoor enorme vaten nodig zijn voor fermentatie. het is een beetje als bier brouwen, maar met vaten die duizenden liters aan biljoenen microben, voedingsstoffen en de eiwitten die ze produceren bevatten. Zodra wetenschappers voldoende van deze eiwitten hebben verzameld, zuiveren ze die door middel van een filtratieproces. Op deze manier komt alleen het gewenste eiwit in het uiteindelijke vaccinproduct. En net als bij verzwakte vaccins moet de omgeving waarin dat alles gebeurt nog steeds volledig steriel zijn.
Vectorvaccins
Sommige subeenheidvaccins zijn afhankelijk van het inbrengen van alleen deze eiwitten in een medium dat in het lichaam kan worden geïnjecteerd. Bij anderen, zoals een leidende kandidaat van onderzoekers van de Universiteit van Oxford, wordt de genetische blauwdruk om deze eiwitten te maken in een ander zwak pathogeen gestoken – zoals het virus dat mazelen of verkoudheid veroorzaakt – en dat pathogeen gaat dan het onschadelijke S-eiwit maken en verspreiden. Deze vaccins worden vectorvaccins genoemd en in theorie zouden zelfs alleen de doeleiwitten die ze produceren het immuunsysteem moeten stimuleren om de productie van antilichamen te versnellen – samen met enkele andere in het laboratorium gemaakte eiwitten die adjuvantia worden genoemd, moleculaire voetafdrukken die het lichaam signaleren om de vaccinproteïnen als een aanvaller te behandelen.
Geïnactiveerde of verzwakte virusvaccins en subeenheidvaccins hebben in het verleden allemaal tegen andere infectieziekten gewerkt, wat betekent dat de kans groot is dat ze voor SARS-CoV-2 zouden kunnen werken. Maar het bouwen van de juiste faciliteiten om ze te produceren en het bemannen ervan met laboranten met voldoende knowhow duurt tussen vijf jaar en een decennium. Er is een shortcut: bestaande fabrieken gebruiken om deze nieuwere producten te produceren. Maar, zelfs dan is er flink wat tijd nodig om ze aan te passen.
De derde optie: nucleïnezuurvaccins
Er is een andere, mogelijk snellere optie waar vaccinontwikkelaars voor zouden kunnen gaan: nucleïnezuurvaccins. Het doel van nucleïnezuurvaccins is om iemands eigen cellen de doeleiwitten te laten maken, in plaats van dat door een andere microbe te laten doen. Door genetisch materiaal te introduceren dat codeert voor dezelfde soorten eiwitmarkers zoals in subeenheidvaccins, kunnen wetenschappers, in ieder geval theoretisch, het lichaam ertoe aanzetten om zijn eigen chemische middelen te genereren om het immuunsysteem te misleiden.
Het voordeel van deze aanpak is dat nucleïnezuurvaccins veel sneller kunnen worden ontwikkeld. Zodra wetenschappers een nieuw virus of bacteriële ziekteverwekker sequentiëren, hebben ze de code die ze nodig hebben om in een DNA-pakket in te voegen dat naar onze cellen kan worden gebracht. Het enige wat ze zouden moeten doen is de specifieke genetische sequentie massaal reproduceren. Om dat te doen, zouden vaccinfabrikanten moeten beschikken over gespecialiseerde chemicaliën en eiwitbouwstenen om het genetische materiaal helemaal opnieuw op te bouwen, en machines die thermische cyclers worden genoemd om ze allemaal samen te voegen.
Het enige probleem is dat dit type vaccin nog nooit eerder echt heeft gewerkt. Tot op heden waren de immuunreacties bij deze vaccins vrij zwak, wat betekent dat degenen die deze vaccins kregen geen immunologische bescherming tegen deze virussen ontwikkelden.
Momenteel gebruiken desalniettemin meer dan 20 SARS-CoV-2-vaccin-kandidaten de benadering van het nucleïnezuurplatform. Eén daarvan, het kleine biotechbedrijf Moderna uit Cambridge, Massachusetts, was de eerste die vorige maand overging op klinische veiligheidstesten.
Als de gok zijn vruchten afwerpt, zou hij niet alleen enorm veel betekenen om COVID-19 te stoppen, maar voor alle toekomstige pandemieën. Als we erachter komen hoe op DNA of mRNA gebaseerde vaccins beschermen tegen toekomstige infecties, zou de productietijd voor vaccins tegen andere nieuwe pathogenen drastisch versnellen. Maar zelfs als deze tactiek werkt voor SARS-CoV-2, blijft nog steeds de vraag hoe voldoende doses van het vaccin moeten worden geproduceerd om aan iedereen te kunnen geven die het nodig heeft.
Productie
Het cijfer van 12 tot 18 maanden dat de meeste experts voor ogen houden voor wanneer we een vaccin zouden kunnen krijgen, omvat niet hoe lang het duurt om al die nieuwe vaccins te produceren en wereldwijd te verspreiden. Hoe lang dat duurt, hangt meer af van het soort vaccin dat uiteindelijk veilig en effectief blijkt te zijn tegen SARS-CoV-2.
Voor routinevaccins zoals griep hebben fabrikanten bedacht hoe ze tweemaal per jaar licht gewijzigde vaccins moeten uitrollen (één keer voor het griepseizoen op het noordelijk halfrond en één keer voor het zuiden). Onderzoekers van de Wereldgezondheidsorganisatie evalueren al het bewijs van mogelijke griepstammen en beslissen welke de vaccinfabrikanten moeten maken. Maar voor een nieuw virus dat de hele wereld tegelijk raakt, is er geen tijd om geheel nieuwe fabrieken te bouwen om aan de wereldwijde vraag te voldoen.
Dat is dus de reden waarom er verschillende soorten vaccins tegelijk moeten worden ontwikkeld: elke fabriek kan zich specialiseren in het vaccintype waarvoor ze de apparatuur al (grotendeels) heeft, en daardoor sneller aan het produceren gaan.
