22 april 2020

De vaccinrace rond COVID-19

Momenteel wordt er over de hele wereld onderzoek gedaan naar een COVID-19-vaccin. Dit onderzoek wordt gedaan door verschillende bedrijven, van farmaceutische bedrijven tot onderzoeksinstellingen en universiteiten. Hoe werken ze en hoe verschillen ze van elkaar?

Het COVID-19-virus heeft de wereld op zijn kop gezet. Het is de reden waarom jij en ik thuis blijven, het is de reden waarom we de mensen van wie we houden niet kunnen knuffelen en het is ook de reden waarom de gezondheidszorg hun uiterste best doet om de zieken te genezen. Dit alles wordt veroorzaakt door een klein virus dat we niet eens met het blote oog kunnen zien.

Het centrale dogma van het leven

Wen Wu voor NEMO Kennislink

Alle cellen (inclusief die van ons) slaan genetische informatie op in de vorm van DNA. DNA produceert RNA en vervolgens produceert RNA, eiwitten: het eindproduct. Elk eiwit heeft een specifieke functie binnen de cel. In slechts één cel zijn er heel veel verschillende soorten eiwitten die ervoor zorgen dat de cel functioneert.

Wat is COVID-19?

COVID-19, ook bekend als SARS-CoV-2 of het coronavirus, is een RNA-virus. Er zijn zowel DNA-virussen als RNA-virussen, RNA-virussen hebben hun informatie niet in het DNA opgeslagen, maar alleen in RNA. Het COVID-19-virus-RNA is ingekapseld door een capside, die is gemaakt uit verschillende eiwitten. Aan de buitenkant van deze capside zitten spikes die het virus gebruikt om aan menselijke cellen te binden en deze te infecteren. Eenmaal in de cel kaapt het virus de cellulaire machines van de cel om meer van zichzelf te produceren met behulp van zijn eigen RNA-informatie.

De Wereldgezondheidsorganisatie heeft een lijst met vaccins gepost waaraan momenteel wordt gewerkt tegen COVID-19. Binnen die lijst staan ​​veel verschillende soorten vaccins, maar hoe werken die nu precies? Ik bespreek er hier een paar voor jullie. Concreet ga ik in op de volgende vaccins: proteïne subeenheid vaccin, replicerend en niet replicerend viraal vector vaccin, DNA vaccin en RNA vaccin.

Proteïnesubeenheid-vaccin

Je kunt immuniteit krijgen door een stukje van het virus in te brengen dat het lichaam als een bedreiging ziet, maar ons lichaam geen kwaad doet, zoals de spikes. Met behulp van deze spikes kan ons lijf immuniteit tegen deze spikes en daarmee ook het virus opbouwen. Je kunt deze spikes laten produceren in andere soorten cellen, zoals insectencellen, door de DNA-informatie van de spikes bij hen in te brengen. Om deze vaccins met eiwitsubeenheden/spikes voor iedereen beschikbaar te maken, moet er veel van gemaakt worden. Ze moeten ook heel puur zijn, zodat het vaccin veilig voor ons blijft. Gorben Pijlman, viroloog bij Wageningen University and Research, werkt aan het produceren van deze spikes in insectencellen.

Bekijk deze leuke korte video waarin hij het uitlegt:

Replicerend en niet-replicerend virus vector-vaccin

Deze kleine immuniteit-veroorzakende spike kan ook in DNA-vorm worden afgeleverd. DNA-informatie van de spikes kan worden ingebracht in onze eigen cellen en daarna worden geproduceerd. Deze levering gebeurt door een ander virus, zoals het adeno-geassocieerd virus (AAV), een DNA-virus. Dit virus is gemodificeerd en ontdaan van zijn gevaarlijke DNA, zodat het dient als transportmiddel om DNA af te leveren aan menselijke cellen. AAV is momenteel de voorkeursleveringsmethode voor gentherapie (waarbij je dus genetisch materiaal in cellen inbrengt in de hoop iemand zo te genezen). Gentherapie geleverd door AAV is eerder goedgekeurd door de FDA (Food and Drug Administration) in Amerika. Dit AAV-virus moet echter ook in grote hoeveelheden worden gemaakt en ook erg puur zijn. Het bedrijf van Janssen in Leiden onderzoekt momenteel deze aanpak om een ​​COVID-19-vaccin te ontwikkelen. Ze zeggen dat ze een veelbelovende kandidaat hebben en twee back-ups.

Beste lezer, mijn naam is Wen en ik ben een PhD student in de microbiologie en moleculaire biologie bij Wageningen University and Research. Tijdens deze intelligente lockdown ben ik geïnteresseerd geraakt in vaccins tegen COVID-19. Ik heb in deze periode een aantal coole dingen geleerd, en ik hoop met dit artikel die informatie aan je over te brengen!

DNA-vaccin

In plaats van de AAV die de DNA informatie van de spikes in de cel brengt, kun je ook een stukje cirkelvormig DNA gebruiken . DNA kan je ook afleveren via een methode die elektroporatie wordt genoemd. Met behulp van een injectie wordt het DNA ingespoten, waarna elektrische pulsen volgen om tijdelijke openingen in de cellen te creëren zodat het DNA kan binnendringen. DNA kan snel en gemakkelijk in grote hoeveelheden worden gemaakt. Met behulp van deze methode is Inovia in de Verenigde Staten bezig met het ontwikkelen van een DNA-vaccin. Zijn nu ook gestart met een klinische fase I-studie. Dat is de eerste fase van het vroeg klinische onderzoek waarbij een klein aantal patiënten mee doet.

RNA-vaccin

Het RNA-vaccin komt de laatste tijd ook vaak in het nieuws. RNA-vaccins werken op een zelfde manier als DNA-vaccins, maar in RNA-vorm in plaats van DNA-vorm (zie centrale dogma). Zowel DNA als RNA kunnen gemakkelijk in grote hoeveelheden worden geproduceerd met lagere productiekosten dan de andere genoemde methoden. Waar RNA-vaccin minder stabiel is dan DNA, heeft RNA-vaccin als voordeel boven DNA-vaccin dat het geen enkele kans heeft om zichzelf in het menselijke DNA te integreren. RNA-vaccins kunnen worden afgegeven door lipidenano-deeltjes, kleine bolletjes die zijn gemaakt met lipiden. Bedrijven zoals Moderna (U.S.A) en CurVac (Duitsland) werken momenteel aan RNA-vaccins. Moderna zit nu ook in fase I klinische proef met een klein aantal patiënten.

Wil je wat meer weten over RNA-vaccins? Bekijk dan deze blog van een promovendus van de medische school van Harvard.

Verschillende methoden zijn in de race als vaccin tegen het coronavirus (Covid-19)
Wen Wu voor NEMO Kennislink

Is er een winnaar?

Door de vier verschillende soorten vaccins te doorlopen, weet je nu dat niet alleen de vaccins verschillen in de manier waarop ze worden gemaakt en afgeleverd. Elk bedrijf of instituut kan ook een ander soort spike gebruiken. Het kan een ander stuk spike zijn of een gemodificeerde spike of zelfs een ander eiwit van de viruscapside. Welk vaccin het snelste, veiligste, goedkoopste en meest effectief is en zo de race wint is dus niet zeker. De tijd zal het leren. De wereld, inclusief Nederland, doet ongelofelijk veel moeite om een ​​vaccin te ontwikkelen, zodat we deze hele pandemie achter ons kunnen laten. Nu moeten we gewoon wachten, wachten in de veiligheid van ons eigen huis.

Overig Covid-19 medisch onderzoek in Nederland

Alhoewel het geen vaccins zijn, wil ik graag een aantal andere onderzoek binnen Nederland noemen die kunnen leiden tot een behandeling van COVID-19.

Erasmus MC (Frank Grosveld) en Universiteit Utrecht vonden een antilichaam tegen COVID-19. Dit antilichaam kan worden gebruikt als geneesmiddel tegen COVID-19 of om COVID-19 te detecteren.

Uit recent werk in het Radboudumc (Frank van de Veerdonk) is gebleken dat het verdwijnen van ACE2-receptoren (herkend door virus spikes) de oorzaak kan zijn waarom geïnfecteerde longen worden gevuld met vocht (longoedeem). Met behulp van dit inzicht kunnen artsen nadenken over andere behandelingen voor COVID-19.


ENGLISH*****

The COVID-19 vaccine race

Currently, research for a COVID-19 vaccine is being conducted all over the world. This research is taking place in pharmaceutical companies, in research institutes and universities. How do they work and how do they differ from each other?

The COVID-19 virus has basically turned the world upside down. It is the reason why you and I stay at home, it is reason why we cannot hug the people we love and it is also the reason why health care workers work to their outmost max to help the sick. All this from a tiny little virus that we cannot even see with the naked eye.

The central dogma of life

Wen Wu voor NEMO Kennislink


All cells (including ourselves) store genetic information in the form of DNA. DNA produces RNA and then RNA produces proteins, the final product. Each protein has a specific function within the cell. In just one cell, there are many, many different kinds of proteins that make your cell functions.

A little on COVID-19
COVID-19, also known as SARS-CoV-2, is an RNA virus. There are both DNA viruses and RNA viruses, RNA viruses do not have their information stored in the DNA, but instead only in RNA. The COVID-19 virus RNA is encapsulated by a capsid made out of different proteins. On the outside of this capsid are spikes that allow the virus to bind to, enter, and infect human cells. Once in the cell, the virus hijacks the cell’s cellular machineries to produce more of itself using its own RNA information.

The World Health Organisation has posted a list of vaccines that are currently being worked on against COVID-19, check it out here . Within that list are many different kinds of vaccines, so here I will discuss some of them. Specifically, I will discuss the following vaccines: protein subunit vaccine, (non)replicating viral vector vaccine, DNA vaccine and RNA vaccine.

Protein subunit vaccine


One way of getting immunity is to put in a piece of the virus that the body recognizes as a threat, but actually does us no harm, like the spikes. If we have these spikes (and just the spikes) in our body, it can make our body build up immunity against these spikes and therefore also the virus. You can produce these spikes in other kinds of cells, like insect cells by putting in the DNA information of the spikes. However, to make these protein subunit vaccines available for everyone, you must make a lot of them. They also should be very pure, so that the vaccine doesn’t harm us. Gorben Pijlman, a virologist from Wageningen University, is working on producing these spikes in insect cells. Check out this nice short video of him explaining it:

Replicating and non-replicating viral vector vaccine


This small immunity inducing spike can also be delivered in DNA form and the spikes can be produced in our cells instead. This delivery can be done by a by another virus, such as the adeno associated virus (AAV), which is a DNA virus. This virus has been modified and stripped of its hazardous DNA, so that is can be used as a delivery vehicle to deliver DNA to human cells. AAV is currently the preferred delivery method for gene therapy and Gene therapy delivered by AAV has been previously approved by the FDA (Food and Drug Administration). However, this AAV virus should also be made in large quantities and be very pure as well. Janssen Pharmaceutical in Leiden is currently looking into this approach to develop a COVID-19 vaccine. They said that they have a promising candidate and two back-ups.

Note from the author


Dear reader, my name is Wen and I am a PhD student (hopefully soon to be PhD) in microbiology and molecular biology at Wageningen University and Research. During this intelligent lockdown, I’ve gotten interested in vaccines against COVID-19. I was able to learn some really cool things during this time. With this this article, I hope to convey that information to you!

DNA vaccine


Instead of having a virus like AAV create the spikes in the cell, you can also get a piece of, circular DNA that holds the information that is needed to produce the spikes. DNA can be delivered by a method called electroporation. The DNA is first delivered by needle injection and then electrical pulses are given, to create temporary openings in the cells for the DNA to enter. DNA can be quickly and easily made in large quantities. Using this method, a DNA vaccine developed by Inovia in the U.S.A., has recently started phase I clinical trial.

RNA vaccine


The RNA vaccine is something you read about in the news lately. RNA vaccines work similar to DNA vaccines, only it is in RNA form rather than DNA form. Both DNA and RNA can be easily produced in large quantities with a lower production cost than the other mentioned methods. Where RNA vaccine is less stable than DNA, RNA vaccine has the benefit over DNA vaccine because it has zero chance of integrating itself into the human DNA. RNA vaccines can be delivered by lipid nano particles, which are small spheres created using lipids. Companies such as Moderna (U.S.A) and CurVac (Germany) are currently working on RNA vaccines with Moderna also entering phase I clinical trial.

Want to know a bit more on RNA vaccines, check out this blog from a PhD student from Harvard medical school

Different vaccine methods against Covid-19
Wen Wu voor NEMO Kennislink

Is there a winner?


By going through the four different kinds of vaccines, you know now that not only are the vaccines different in how they are made and delivered, but each company/institute is also using a different spike. It can be a different piece of the spike or a modified spike or even a different protein of the virus capsid. It is unsure which vaccine will the race and be quickest, safest, cheapest and most effective of them all. Only time will tell. The world, including the Netherlands, are making an extraordinary effort to develop a vaccine, so we can put this whole pandemic behind us. Now we just need to wait, wait it out in the safety of our own homes.

Other Covid-19 medical research in the Netherlands, 
though not vaccines, I would like to mention some other work done in within the Netherlands that can lead to treatment of COVID-19. 
 Erasmus MC (Frank Grosveld) and Utrecht University (Berend-Jan Bosch) found an antibody against COVID-19. This antibody can be used either as a medicine against COVID-19 or help detect COVID-19.

Recent work in Radboudumc (Frank van de Veerdonk) has found that the disappearing of ACE2 receptors (recognized by virus spikes), might be the cause of why infected lungs are filled with fluids (pulmonary edema). Using this insight, doctors can think about other treatments for COVID-19.

Verdere Referenties, other references

Electroporation Delivery of DNA Vaccines: Prospects for Success

Replicating and non-replicating viral vectors for vaccine development

The COVID-19 vaccine development landscape

mRNA Vaccines: Disruptive Innovation in Vaccination

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.