차세대 코로나바이러스 백신: 그래픽 가이드

[이매진]

차세대 코로나바이러스 백신: 그래픽 가이드

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00220-z

차세대 코로나바이러스 백신: 그래픽 가이드

새로운 기술은 더 강력하고 광범위한 면역성을 제공할 수 있지만 시장 점유율을 위해 싸워야 합니다.

• 에웬 캘러웨이

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2022년 승인된 한국 기업 SK 바이오사이언스의 나노입자 백신. Nik Spencer/ Nature . AC Walls 외에서 채택 . 세포 183 , 1367–1382 (2020).

코로나바이러스 SARS-CoV-2에 대한 백신은 COVID-19로부터 보호하기 위해 수십억 명의 사람들에게 제공되었으며 2천만 명 이상의 생명을 구했습니다. 그러나 바이러스 변종은 원래 백신이 제공하는 일부 면역성을 회피할 수 있습니다. 그 결과 전 세계의 백신 개발자들은 첫 번째 버전의 업데이트뿐만 아니라 새로운 기술과 플랫폼을 사용하는 수십 개의 '차세대' COVID-19 백신을 개발하고 있습니다.

이러한 백신은 다양한 그룹이지만 가장 중요한 목표는 바이러스 변화에 탄력적인 오래 지속되는 보호를 제공하는 것입니다. 일부는 아직 출현하지 않은 코로나 바이러스를 포함하여 더 광범위한 종류의 코로나 바이러스로부터 보호할 수 있습니다. 다른 것들은 더 강력한 면역성을 제공하거나, 더 낮은 용량으로 그렇게 할 수 있거나, 감염 또는 바이러스 전파를 더 잘 예방할 수 있습니다.

다음은 이 차세대 백신에 대해 기대할 수 있는 사항입니다.

왜 더 많은 백신이 필요한가요?

한마디로: 진화. 처음으로 승인된 COVID-19 백신은 바이러스가 처음 확인된 이후 크게 변하지 않은 SARS-CoV-2 버전에 대한 보호 테스트를 거쳤습니다. 이러한 백신은 다양한 유형 으로 제공됩니다 . 일부는 메신저 RNA로 구성되어 있고, 다른 일부는 코로나바이러스 자체 또는 일부 단백질의 비활성화된 버전입니다. 질병.

대체로 이 면역 반응은 SARS-CoV-2가 세포를 감염시키는 것을 차단할 수 있는 항체를 생성하는 B 세포와 감염된 세포를 파괴할 수 있는(및 다른 면역 반응을 지원하는) T 세포에서 나옵니다.

백신 접종은 또한 초기 항체 수준이 감소한 후에도 장기 면역을 위한 '기억 세포' 풀을 생성합니다. 후속 감염 시 기억 B 세포가 증식하고 더 많은 항체를 생성하는 세포로 분화하기 시작합니다('코로나바이러스 백신이 SARS-CoV-2로부터 보호하는 방법' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 .

이러한 백신은 중증 질병에 대해 오래 지속되는 보호 기능을 제공하지만 바이러스 감염에 대한 보호 기능은 몇 달 안에 감소합니다. 그리고 Omicron과 같은 SARS-CoV-2의 변종은 이후 이러한 면역의 일부를 벗어날 수 있는 돌연변이로 진화했습니다. 예를 들어, 초기 백신에 의해 생성된 기억 반응은 Omicron에 쉽게 달라붙지 않는 항체를 생성합니다. 이는 감염에 대한 방어력 감소에 기여합니다('코로나바이러스 변종은 면역을 피함' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 .

오미크론 변종에 대한 면역력을 강화하기 위해 2세대 백신이 이미 도입되었습니다. 바이러스의 진화를 따라잡기 위해 백신에 대한 추가 변종별 업데이트 가 뒤따를 가능성이 높습니다. 하지만 면역이 약해지고 SARS-CoV-2가 더 진화함에 따라 백신이 제공하는 보호가 특히 오래 지속될지는 확실하지 않습니다.

결과적으로 연구팀은 새로운 백신을 개발하기 위해 여러 가지 접근 방식을 취하고 있습니다.

업데이트된 백신

SARS-CoV-2 변종을 해결하기 위해 백신 개발자인 Pfizer–BioNTech와 Moderna는 작년에 업데이트된 mRNA 백신을 도입했습니다. 이들은 원래 바이러스와 Omicron의 스파이크 단백질 분자를 암호화하기 때문에 2가라고 합니다. (스파이크 단백질은 SARS-CoV-2가 세포에 결합하는 데 사용하는 것입니다.)

2가 백신은 여러 가지 방식으로 작용합니다. 다른 COVID-19 부스터 주사와 마찬가지로 이전 백신에 의해 이미 확립된 기억 B 세포를 자극합니다. 이 세포 반응 중 일부는 Omicron을 인식할 수 있는 항체로 이어집니다. 이들의 효능도 시간이 지남에 따라 강화될 수 있습니다. Omicron의 스파이크가 제시되면 기억 B 세포는 돌연변이 및 선택이라는 진화적인 '훈련' 과정을 거쳐 Omicron의 스파이크에 더 밀접하게 결합하는 항체를 암호화하는 B 세포 풀을 생성합니다. 마지막으로, 2가 백신의 Omicron 구성 요소는 자체 항체를 생산하는 새로운 B 세포도 모집합니다('업데이트된 백신' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 .

이러한 효과는 2가 추가 접종이 원래 백신의 추가 접종보다 Omicron에 대해 더 나은 보호를 제공한다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 그 이점이 실제로 얼마나 중요한지는 여전히 불분명합니다 .

Pfizer–BioNTech를 포함한 일부 개발자는 COVID-19 및 기타 질병(가장 일반적으로 인플루엔자)으로부터 사람들을 보호하기 위해 혼합 백신을 연구하고 있습니다. 거의 모든 것이 개발 초기 단계에 있습니다.

광범위한 보호 백신

COVID-19 백신에 대한 업데이트는 항상 진화하는 바이러스보다 한두 단계 뒤처질 것입니다. 과학자들은 미래의 SARS-CoV-2 변종 및 관련 코로나바이러스를 표적으로 삼을 수 있는 '광범위한 보호' 백신을 개발하기를 희망합니다.

이러한 백신 중 일부의 목표는 SARS-CoV-2 변종 및 일부 관련 코로나바이러스 종에 걸쳐 보존되는 스파이크 단백질의 특정 영역에 대한 면역 반응을 생성하는 것입니다. 즉, 새로운 변종에서 돌연변이를 일으키지 않는 경향이 있습니다. 관심 영역 중 하나는 인간 세포의 ACE2 수용체 단백질에 결합하고 신체의 가장 강력한 감염 차단 항체 중 일부의 표적이 되는 수용체 결합 도메인(RBD)입니다.

시애틀에 있는 워싱턴 대학교와 패서디나에 있는 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 최소 두 팀이 '모자이크' 백신을 만들고 있습니다. SARS-CoV 및 박쥐에서 분리된 기타 바이러스와 같은 sarbecovirus).

B 세포가 이러한 모자이크 나노입자에서 하나 이상의 RBD를 인식하면 여러 바이러스 종의 보존된 영역에 달라붙어 강하게 결합합니다. 이것은 차례로 B 세포가 증식하고 더 많은 항체를 생성하도록 촉발합니다(미래의 감염과 싸우기 위한 기억 B 세포도 포함). 단 한 가지 바이러스 종의 RBD를 인식하는 B 세포는 약하게 결합하며 이러한 반응을 일으키지 않습니다. 연구원들은 모자이크 나노입자를 사용하여 코로나바이러스 종 전체에 걸쳐 여러 RBD를 인식할 수 있는 풍부한 항체 풀을 만들 수 있기를 희망합니다('더 넓은 보호?' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 . Caltech에서 채택( https://go.nature.com/3R6GWJ3 )

동물 연구에 따르면 이러한 백신은 다양한 사르베코바이러스에 대한 보호 반응을 유발합니다(예: AA Cohen et al. Science 377, eabq0839; 2022 참조). 첫 번째 임상 시험은 향후 2년 안에 시작될 예정입니다.

스파이크를 넘어

많은 1세대 COVID-19 백신은 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질에 대해서만 면역 반응을 유발합니다.

그러나 일부 차세대 백신은 감염에 의해 부여되는 보호를 안전하게 모방하는 보다 다양한 면역 반응을 생성하기 위해 다른 바이러스 단백질도 전달합니다. 이 접근법은 또한 새로운 스파이크 변종의 영향을 완화할 수 있습니다('다른 바이러스 단백질 표적화' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 . 스탠포드 대학에서 각색. ( https://go.nature.com/3WV2FB6 )

스파이크 단백질은 항체를 만드는 B 세포의 주요 표적입니다. 그러나 감염된 세포를 파괴하는 T 세포는 다른 많은 SARS-CoV-2 단백질을 인식할 수 있습니다. 이러한 이유로 다른 단백질을 전달하는 백신은 면역 체계가 강력한 항체 반응을 생성하지 않는 사람들을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 비스파이크 단백질은 변이체 간에 차이가 덜한 경향이 있기 때문에 이러한 백신은 바이러스 진화에 더 탄력적일 수도 있습니다.

미국 생명공학 회사인 Gritstone은 그러한 백신 중 하나를 개발하고 있습니다. mRNA 백신 기술을 사용하여 여러 SARS-CoV-2 단백질에 대한 지침을 전달합니다. 한편, 텍사스의 생명공학 회사인 Vaxxinity는 신체를 여러 항원에 노출시키는 단백질 기반 백신을 개발하고 있습니다. 이 회사는 3상 시험에서 백신이 안전하고 부스터로 사용될 때 강력한 항체 반응을 촉발한 후 올해 영국과 호주 승인을 신청할 계획이라고 말했습니다.

새로운 플랫폼 디자인

차세대 백신을 분류하는 또 다른 방법은 체내 전달 방식이다. 기존 백신은 최소 4가지 접근 방식 중 하나를 사용합니다. 핵산 백신(대부분 mRNA)은 세포에게 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 만들도록 지시합니다. 비활성화 백신은 코로나 바이러스 자체의 버전을 사용합니다. 단백질 백신은 스파이크 단백질 또는 RBD로 구성됩니다. 바이러스 벡터 백신은 수정된 바이러스를 사용하여 스파이크 단백질에 대한 지침을 세포로 전달합니다. 차세대 백신에는 성능을 향상시킬 수 있는 전달 메커니즘의 변경 또는 이러한 디자인의 수정이 포함될 수 있습니다.

자체 증폭 RNA

mRNA 백신은 특히 대부분의 복용량이 판매된 부유한 국가에서 전염병의 흐름을 바꾸는 데 도움이 되었습니다. 이 기술을 변형하면 부작용을 최소화하면서 백신을 더 저렴하고 강력하게 만들 수 있습니다.

Pfizer–BioNTech와 Moderna(미국 국립 알레르기 및 전염병 연구소와 함께)가 개발한 백신은 지방 나노입자에 포장된 변형된 버전의 스파이크에 대한 mRNA 지침으로 구성됩니다. 이 기술의 업데이트된 버전에서 자체 증폭 RNA(saRNA) 백신에는 세포가 더 많은 스파이크 사본을 생성하도록 지시하는 효소에 대한 지침도 포함됩니다('자체 증폭 RNA' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 .

이것은 더 작고 잠재적으로 더 저렴한 saRNA 백신 용량이 기존 mRNA 백신과 비교하여 동일하거나 더 강력한 면역 반응을 달성할 수 있음을 의미합니다. 더 작은 초기 복용량도 부작용을 줄일 수 있습니다.

미국 회사인 Arcturus Therapeutics가 개발한 saRNA 백신 하나는 2022년 4월에 3상 시험을 완료했습니다. 이 회사는 현재 일본에서 또 다른 3상 시험을 시작했으며 일본에서 승인 신청으로 이어질 수 있다고 말했습니다. Gritstone은 saRNA 기술을 사용하여 1상 시험을 완료한 후보 T 세포 백신에 추가 SARS-CoV-2 단백질을 전달합니다.

나노입자 상의 단백질

미국 생명공학 회사 Novavax가 만든 것을 포함하여 여러 단백질 기반 COVID-19 백신이 전 세계적으로 승인되었습니다. 저렴한 비용과 생산 용이성으로 인해 매력적입니다. 일반적으로 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질 또는 RBD의 안정화된 형태로 만들어집니다.

이러한 백신의 새로운 종류는 스파이크 또는 RBD가 박힌 축구공 모양의 구조로 자가 조립되는 단백질로 만들어집니다. 실제 바이러스를 모방한 바이러스 분자의 반복 배열은 특히 강력한 면역 반응을 생성합니다.

Caltech와 University of Washington에서 개발한 '모자이크' 백신(여러 종류의 코로나바이러스 RBD가 박혀 있음)이 이러한 노력의 한 예입니다.

또 다른 나노 입자 백신이 이미 승인되었습니다. 2022년 4월 한국 규제 당국은 SARS-CoV-2 원본 버전의 RBD를 포함하는 워싱턴 대학에서 개발된 백신을 승인했습니다. 3상 시험에서 이 백신은 스파이크 항원을 암호화하는 침팬지 아데노바이러스를 사용하는 AstraZeneca와 영국 옥스퍼드 대학이 개발한 바이러스 벡터 백신에 의해 생성된 것보다 몇 배 더 높은 수준으로 항체 반응을 강화한 것으로 나타났습니다.

그러나 백신을 개발하는 한국 회사인 SK 바이오사이언스는 2022년 말 한국에서 백신 수요가 낮아 생산을 중단했다고 밝혔다.

Maryland주 Silver Spring에 있는 미국 Walter Reed Army Institute of Research의 연구원들이 이끄는 팀은 ferritin이라고 하는 철 운반 단백질을 사용하여 또 다른 단백질 나노입자 백신을 개발하고 있습니다. 이것은 구형 입자로 자가 조립된 다음 전체 SARS-CoV-2 스파이크 단백질로 장식됩니다. 현재 초기 단계 시험에서 테스트 중입니다('나노입자 플랫폼' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 . 스탠포드 대학에서 각색. ( https://go.nature.com/3WV2FB6 ) 및 WRAIR( https://go.nature.com/3JTX3XU )

비강 백신

일부 COVID-19 백신은 미스트 형태로 코나 입을 통해 흡입되거나 점비액 형태로 흡입됩니다. SARS-CoV-2가 몸에 들어가는 지점(코와 입을 감싸는 얇은 점막)에서 면역 반응을 유도함으로써 이 백신은 이론상 바이러스가 퍼지기 전에 막을 수 있습니다.

동물 연구 데이터에 따르면 이것이 가능할 수 있으며 적어도 5개의 비강 백신이 이미 사용 승인을 받았습니다. 중국에서 2개, 인도, 이란, 러시아에서 각각 1개입니다. 그러나 이러한 백신이 감염이나 바이러스 전파를 줄이는 데 주사보다 나은지에 대한 데이터는 아직 없습니다('비강 백신' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 .

CEPI(Coalition for Epidemic Preparedness Innovations)의 백신 연구 및 개발 전무이사인 Melanie Saville은 이러한 백신 및 기타 차세대 COVID-19 백신 개발의 핵심 과제는 기존 접종에 대한 진정한 개선을 제공한다는 것을 입증하는 것이라고 말했습니다. 차세대 COVID-19 백신의 주요 자금 제공자인 오슬로 기반 재단.

치열한 경쟁

모든 차세대 백신은 시장 점유율을 놓고 싸워야 합니다. 50개 이상의 백신이 이미 승인되었으며 수백 개의 초기 및 후기 임상 시험이 있습니다. 수백 개가 더 버려졌습니다('활기찬 시장' 참조).

닉 스펜서/ 자연. 출처: 에어피니티

승인된 백신 중 일부만이 투여된 용량을 지배합니다('주요 업체' 참조).

닉 스펜서/ 네이처 . 출처: 에어피니티

연구의 쇄도에도 불구하고 Moderna 및 Pfizer-BioNTech와 같은 현재 mRNA 잽이 영향력을 행사할 가능성이 있다고 런던의 생명 과학 정보 회사인 Airfinity의 분석 책임자인 Matt Linley는 말합니다. Omicron 구성 요소를 포함하는 2가 백신의 빠른 개발은 이러한 백신이 빠르게 적응될 수 있음을 보여주었습니다. 또 다른 업데이트가 필요한 경우 "mRNA 백신 접종은 신속하게 대응할 수 있는 시장 리더가 될 것"이라고 Linley는 말합니다.

COVID-19는 더 이상 예전처럼 포괄적인 비상 사태로 간주되지 않으므로 개발자와 규제 기관은 1세대 백신의 맹렬한 속도에 비해 더 느리게 움직일 것이라고 Saville은 덧붙였습니다. "COVID-19에 대해 장기적으로 내구성이 있는 유형의 백신이어야 하기 때문에 서두르지 말아야 합니다."

그러나 새로운 백신 기술에 대한 작업이 COVID-19에 대해 직접적인 성과를 거두지 못하더라도 다른 질병과 싸우기 위한 노력을 지원할 수 있다고 Saville은 말합니다. 미래의 위협.

자연 614 , 22-25 (2023)