Ricercatori sostengono l’utilizzo di vaccini a base vegetale per contrastare il Covid-19

Hugues Fausther-Bovendo e Gary Kobingeri ricercatori dell’Université Laval, in Quebec, affermano che dovrebbero essere compiuti maggiori sforzi per sviluppare vaccini a base vegetale. Hanno pubblicato il loro studio nella rivista Science, espone i benefici dei vaccini a base vegetale e suggerisce come potrebbero essere realizzati.

Agricoltura molecolare, produzione di proteine terapeutiche
Le proteine terapeutiche come vaccini, anticorpi, ormoni e citochine sono generalmente prodotte nei batteri o organismi eucariote comprese uova di gallina e colture cellulari di mammiferi o insetti, con un’elevata resa produttiva secondo linee guida normative ben definite. L’uso di piante per la produzione di proteine terapeutiche, chiamato agricoltura molecolare, è stato proposto come metodo alternativo di bioproduzione nel 1986. La prima e unica proteina terapeutica di origine vegetale per uso umano è stata approvata nel 2012 per il trattamento della malattia di Gaucher, mentre nel 2019, un vaccino contro il virus dell’influenza prodotto dalle piante ha completato gli studi clinici di fase 3, con risultati incoraggianti. Recentemente, gli studi di fase 3 per un vaccino adiuvato di origine vegetale (CoVLP) contro la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) (NCT04636697) sono iniziati nel marzo 2021, questi successi hanno rianimato l’interesse per i farmaci prodotti dalle piante ad uso umano, ciò potrebbe includere farmaci commestibili.
L’agricoltura molecolare è stata inizialmente proposta perché la coltivazione delle piante richiede solo luce, acqua e suolo (o supporto artificiale). L’acquisto di serre necessarie per i sistemi di coltura cellulare di batteri, mammiferi e insetti, è più economico dei bioreattori, rendendo l’agricoltura molecolare particolarmente attraente per i paesi in via di sviluppo. La produzione può essere aumentata o ridotta in base al numero di piante coltivate, inoltre, a differenza dei sistemi di produzione tradizionali, gli agenti patogeni zoonotici non sono in grado di infettare le piante e quindi non possono essere fonte di contaminante nei prodotti derivati dall’agricoltura molecolare.
I progressi tecnologici, come l’ottimizzazione dei codoni, l’inclusione di promotori specifici degli organelli, l’umanizzazione dei N-glicani e i sistemi di trasfezione transitoria, hanno aumentato le prestazioni dell’agricoltura molecolare, con rese superiori a 1 mg/g di peso della pianta fresca, in confronto, si ottengono comunemente rese tra 5 e 20 g/litro nelle colture di cellule ovariche di criceto cinese per produrre anticorpi monoclonali. I sistemi di trasfezione transitoria hanno anche aumentato la velocità di produzione, con raccolta possibile entro pochi giorni dalla trasfezione delle piante adulte rispetto ai mesi in cui si cercava l’espressione stabile. La velocità di produzione dell’agricoltura molecolare è una risorsa fondamentale, in effetti, i vaccini prodotti dalle piante possono essere facilmente preparati contro nuovi agenti patogeni o ceppi emergenti. La velocità dell’agricoltura molecolare è particolarmente adatta per la medicina personalizzata in cui i prodotti farmaceutici devono essere adattati ai singoli pazienti, ad esempio per il trattamento del cancro.
La costruzione di strutture in grado di purificare le proteine terapeutiche prodotte nelle piante in condizioni conformi alle buone pratiche di fabbricazione (GMP) ha anche supportato la valutazione clinica di vaccini e terapie di origine vegetale. Inoltre, la semplicità e i bassi costi associati alla crescita delle piante sono un vantaggio, mentre sono necessarie costose strutture GMP per i processi di estrazione, purificazione e riempimento dell’agricoltura molecolare; al contrario, la resa inferiore, le linee guida regolamentari disponibili e la capacità di produzione limitata in tutto il mondo hanno smorzato l’entusiasmo verso l’agricoltura molecolare.
Le proteine prodotte dalle piante ai fini del vaccino, hanno diversi vantaggi rispetto alle loro controparti prodotte nei sistemi batterici, dei mammiferi o degli insetti. Le piante a differenza dei batteri sono in grado di modificazioni post-traduzionali. Le piante esprimono diversi glicani, il che rende le proteine di origine vegetale più immunogeniche rispetto alle loro controparti dei mammiferi, nei vaccini di origine vegetale, vengono prodotte particelle simili a virus (VLP) che comprendono la proteina o le proteine di interesse del patogeno bersaglio (l’immunogeno) e componenti vegetali all’interno delle particelle, questi componenti vegetali dei VLP, come lectine, glicani, saponine e proteine da shock termico, hanno proprietà adiuvanti che possono potenziare ulteriormente la risposta immunitaria contro i vaccini di origine vegetale e possono ridurre la necessità di adiuvanti nella formulazione del vaccino.
La maggiore stimolazione immunitaria può portare a ipersensibilità (reazioni allergiche) verso i componenti della pianta. Tuttavia, diversi studi clinici, tra cui studi di fase 1 per CoVLP (NCT04450004) e studi di fase 3 per vaccini prodotti dalle piante contro il virus dell’influenza (NCT03301051, NCT03739112), hanno alleviato questa preoccupazione, in questi ampi studi clinici di fase 3, che hanno coinvolto più di 20.000 adulti di età compresa tra 18 e 94 anni, una miscela di quattro VLP separati, ciascuno contenente le proteine dell’emoagglutinina da un ceppo di virus dell’influenza stagionale selezionato, prodotto nelle piante di tabacco, ha dimostrato un’efficacia simile a quella dei vaccini antinfluenzali esistenti, in particolare, l’immunizzazione con questa formulazione VLP quadrivalente non era associata a più eventi avversi o a un aumento delle reazioni di ipersensibilità rispetto agli individui che ricevevano un autorizzato vaccino contro il virus dell’influenza.

Vaccini di origine vegetale per il virus dell’influenza e il coronavirus Covid-19
È previsto che i vaccini di origine vegetale contro il virus dell’influenza e coronavirus Covid-19 saranno le prime proteine terapeutiche prodotte in piante intere per uso umano. L’enzima glucocerebrosidasi, prodotto come farmaco proteico iniettabile chiamato Taliglucerasi alfa per il trattamento della malattia di Gaucher, è prodotto in una coltura cellulare di carota piuttosto che in piante reali, sono stati sviluppati anche diversi vaccini veterinari di origine vegetale e uno è stato approvato dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti per l’immunizzazione dei polli contro la malattia di Newcastle. Tuttavia, esiste una concorrenza per ridurre il prezzo di vendita degli animali da allevamento, quindi il costo dei vaccini veterinari di origine vegetale deve essere sostanzialmente ridotto per garantire la loro ampia adozione.
La maggiore immunogenicità delle proteine vegetali sebbene sia benefica per i vaccini, può essere dannosa per le proteine terapeutiche, riducendo potenzialmente la loro efficacia in vivo e contribuendo agli eventi avversi. I ricercatori hanno detto che nonostante queste limitazioni, gli anticorpi monoclonali contro l’HIV (NCT01403792) e il virus Ebola (NCT02363322, NCT02363322) hanno raggiunto stadi clinici di sviluppo, negli studi sull’uomo, le somministrazioni endovenose (virus Ebola) o intravaginali (HIV) di questi anticorpi sono state generalmente ben tollerate. Eventi avversi lievi, come ipotensione e febbre, sono stati osservati a seguito di somministrazione endovenosa. Reazioni pericolose per la vita, come lo shock anafilattico, sono state riportate solo in un singolo ricevente di 238 trattati con anticorpi contro l’HIV o il virus Ebola. La somministrazione di antistaminici e agenti antipiretici (che riducono la febbre) prima dell’infusione endovenosa di prodotti farmaceutici di origine vegetale ha attenuato l’insorgenza di eventi avversi gravi.
L’uso di piante ingegnerizzate per esprimere glicani umani riduce anche l’immunogenicità delle proteine vegetali, indipendentemente dal sistema di produzione, l’iniezione endovenosa di grammi di anticorpi è associata ad alcuni eventi avversi, che si osservano anche con anticorpi prodotti in cellule di mammifero; un altro ostacolo per gli anticorpi monoclonali di origine vegetale è la capacità di produzione limitata.
I regimi con anticorpi monoclonali a differenza dei vaccini, richiedono solitamente dosi maggiori (da 50 a 150 mg/kg) e talvolta con somministrazioni ripetute, per questo, per raggiungere la scala richiesta di anticorpi di origine vegetale, è necessaria una sostanziale espansione dell’attuale capacità di produzione, al momento limitata a meno di 15 strutture di buone pratiche di fabbricazione GMP in tutto il mondo.

Agricoltura molecolare
Utilizzando sistemi di espressione transitoria, in poche settimane è possibile produrre vaccini di origine vegetale e proteine terapeutiche, per la somministrazione orale, le piante commestibili che esprimono proteine terapeutiche richiedono un trattamento minimo dopo il raccolto. Combinando il costo ridotto e la facilità di somministrazione di vaccini commestibili o proteine terapeutiche con la velocità dei sistemi di espressione transitoria, l’agricoltura molecolare potrebbe avere un impatto considerevole sulla salute umana e animale.
La somministrazione orale di farmaci è un’alternativa di facile utilizzo alla via endovenosa, inoltre può mitigare gli eventi avversi associati alla somministrazione endovenosa di farmaci. Le risposte immunitarie intestinali sono fondamentali per la tolleranza al cibo e agli auto-antigeni, svolgono un ruolo importante nel garantire un equilibrato sistema immunitario. Inoltre, la maggior parte delle proteine farmaceutiche attualmente in fase di valutazione clinica vengono purificate prima delle iniezioni parenterali. Le terapie fatte con le piante se somministrate per via orale, potrebbero richiedere solo un’elaborazione minima, saltando così passaggi costosi e dispendiosi in termini di tempo nel processo di produzione. I prodotti per somministrazione orale possono anche essere conservati in forma liofilizzata (disidratata) a temperatura ambiente per un periodo prolungato, riducendo così drasticamente sia il loro costo di produzione sia quello di conservazione, facilitandone contemporaneamente la somministrazione.
L’uso di piante commestibili come cereali, pomodori, mais e riso è in fase di sviluppo per la somministrazione orale di proteine terapeutiche di origine vegetale. La somministrazione parenterale di antagonisti del fattore di necrosi tumorale (TNF) viene utilizzata per il trattamento di malattie autoimmuni come l’artrite reumatoide, in uno studio clinico di fase 1, la somministrazione orale di cellule liofilizzate derivate da piante di tabacco che esprimono un antagonista del TNF è risultata sicura e ha aumentato la quantità di cellule T regolatorie immunosoppressive (T regs ) in volontari umani, dimostrando la fattibilità di questo metodo. Oltre a ridurre gli eventi avversi, la via orale può favorire l’induzione della tolleranza per sopprimere le risposte autoimmuni o allergiche. L’induzione della tolleranza mediante l’utilizzo di proteine ricombinanti all’interno delle piante commestibili, ad oggi è limitata a modelli animali di ipersensibilità o autoimmunità. Tuttavia, ciò potrebbe fornire soluzioni semplici e a basso costo per gestire e prevenire al meglio la crescente incidenza di allergie a sostanze comuni.
I ricercatori hanno detto che anche i vaccini commestibili sono in fase di sviluppo. La sicurezza e la fattibilità di questo metodo sono state dimostrate in studi clinici di fase 1 di prova del concetto, per monitorare la sicurezza e l’immunogenicità dei candidati vaccini commestibili contro l’Escherichia coli, virus dell’epatite B, lyssavirus della rabbia e norovirus, che si sono verificati tra il 1998 e il 2004, in questi studi, la percentuale di individui immunizzati che hanno generato una risposta immunitaria contro il bersaglio desiderato è stata inferiore rispetto agli studi clinici che coinvolgono vaccini standard somministrati per via parenterale. La resa delle proteine ricombinanti prodotte nelle piante da allora è aumentata notevolmente, suggerendo che i nuovi vaccini commestibili prodotti dalle piante potrebbero ora generare risposte immunitarie significative. È stato anche studiato l’uso di vaccini vegetali commestibili nei regimi di immunizzazione “prime-boost” (è riferito alla somministrazione in due tempi: una prima dose serve ad attivare la risposta del sistema immunitario, la seconda per rafforzare la risposta immunitaria), con un vaccino iniettabile come primo e un vaccino commestibile come secondo, per migliorare la rilevanza clinica dei vaccini orali prodotti dalle piante contro il poliovirus. Tuttavia, è necessaria un’ulteriore ottimizzazione prima dell’accettazione clinica di questi vaccini candidati. Garantire che i vaccini commestibili di origine vegetale non portino all’ipersensibilità alla pianta utilizzata per la produzione, in particolare alle piante ampiamente consumate come riso, cereali e mais.
Il vaccino antinfluenzale VLP quadrivalente prodotto in pianta sarà probabilmente concesso in licenza per l’uso, dato l’esito favorevole degli studi clinici di fase 3. Lo sviluppo clinico in corso continuerà a fornire linee guida normative per le proteine terapeutiche di origine vegetale. Tuttavia, poiché le dosi per le terapie sono molto più elevate rispetto a quelle per i vaccini, gli investimenti nelle infrastrutture di produzione devono aumentare e i costi di produzione devono diminuire ulteriormente per ottenere la produzione su larga scala di prodotti fitoterapeutici. Fino allora, la velocità dell’agricoltura molecolare sarà utile per la valutazione preclinica e clinica precoce dei candidati terapeutici. Le terapie commestibili di origine vegetale sono ancora prevalentemente nella fase preclinica di sviluppo ma, in caso di successo, potrebbero creare nuove classi di prodotti farmaceutici.

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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