La vacuna nasal podría ser clave para combatir el COVID-19

Investigadores coreanos han descubierto que las células ciliadas nasales son las afectadas al inicio de la infección por COVID-19, lo que puede abrir la posibilidad de prevenir la enfermedad mediante el establecimiento de inmunidad de la mucosa en la nariz. Argentina también busca desarrollar esta técnica con una vacuna en estudio.

Científicos en todo el mundo estudian desde hace un año y medio, desde el inicio de la pandemia por COVID-19, la mejor manera de prevenir el virus respiratorio SARS-CoV-2, causante de la enfermedad que ha provocado hasta ahora 183 millones de infecciones y casi 4 millones de muertos en el planeta.

En este tiempo se comprobó que la replicación del SARS-CoV-2 se dirige a las células ciliadas nasales en las primeras etapas de la infección por COVID-19. Los estudios epidemiológicos centrados en los mecanismos de infección viral pueden proporcionar información sobre el desarrollo de tratamientos preventivos eficaces. Así, el establecimiento de la inmunidad de la mucosa nasal contra el SARS-CoV-2 a través de una vacuna nasal podría ser la forma más eficaz de combatir la infección por COVID-19. Comprender cómo se produce la infección vírica puede proporcionar pistas importantes para que los investigadores desarrollen estrategias de prevención de la transmisión vírica y desarrollen agentes terapéuticos y vacunas eficaces.

El SARS-CoV-2, el agente causante de la COVID-19, entra en las células del huésped a través de la interacción entre la proteína de espiga del virus y el dominio de unión al receptor extracelular de la ACE2. La entrada del virus en las células se completa con varias proteasas, que permiten que las membranas viral y celular se fusionen. Aunque se sabe que el tracto respiratorio superior se ve comprometido en la fase inicial de la infección, aún no se han identificado los tipos exactos de células que el virus infecta en la fase más temprana.

Científicos estudian cómo producir una vacuna más fácil de suministrar contra el coronavirus (REUTERS/Willy Kurniawan)

Dirigidos por el director KOH Gou Young, los científicos del Centro de Investigación Vascular del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur han descubierto recientemente los procesos que intervienen en las fases más tempranas de la infección por COVID-19. El grupo lo ha conseguido combinando la tinción por inmunofluorescencia (IFS) y la secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq) de las moléculas que intervienen en el proceso de entrada del virus. De este modo, Koh y sus colegas identificaron la diana exacta del coronavirus a nivel celular comparando los resultados de los sujetos infectados con COVID-19 con los de los controles sanos.

Los investigadores buscaron primero la presencia de las moléculas predominantes relacionadas con la entrada del SARS-CoV-2, como lo son ACE2, TMPRSS2 y FURIN, en las superficies de varios tipos de células del epitelio nasal. Se descubrió que estas proteínas estaban presentes en grandes cantidades en las células ciliadas. Además, las caras apicales (superiores) de estas células mostraban niveles más altos de estas moléculas en comparación con la cara basal (inferior). A continuación, los investigadores estudiaron más a fondo estas células epiteliales nasales utilizando scRNA-seq y visualizaron las células en diferentes grupos utilizando UMAP. Se recogieron muestras de 4 pacientes el primer día de su diagnóstico de COVID-19, que se compararon con 2 muestras de donantes sanos. Se descubrió que la fracción de células multiciliares estaba muy reducida en las muestras de los pacientes infectados, mientras que había un aumento de las células secretoras y de las células diferenciadoras. Esto indicaba que las células multiciliares eran las primeras en ser atacadas y eliminadas por el virus, que luego son sustituidas por los últimos tipos de células.

El estudio también midió el nivel de transcripciones de ARNm del SARS-CoV-2 dentro de los distintos tipos de células. Entre todas las células epiteliales de los pacientes infectados por COVID-19, el 38% de las células fueron etiquetadas como células SARS-CoV-2hi. Hasta el 75% de los genes detectados en estas células eran de origen viral, en comparación con menos del 1% para otros grupos de células. Esto significa que estas células sirven como fábricas principales para la producción masiva de virus SARS-CoV-2. Aunque no fue posible identificar directamente estas células mediante RNA seq debido a que producen principalmente ARNm viral, los investigadores emplearon un análisis de pseudotrayectoria temporal para predecir sus trayectorias de diferenciación.

Las inyecciones para vacunas COVID-19 podrían ser cuestiones del pasado para prevenir el virus

La trayectoria de diferenciación mostró que las células del SARS-CoV-2hi probablemente se originaron a partir de células ciliadas. Otros análisis de IFS en las muestras de los pacientes infectados determinaron de forma concluyente que hasta el 85% de las fábricas de SARS-CoV-2 eran en realidad células multiciliadas. Este estudio pudo determinar que las células multiciliadas del epitelio nasal son las primeras células a las que se dirige la infección temprana por COVID-19. Esto implica que dirigirse a estas células mediante tratamientos específicos, como por ejemplo a través de sprays nasales, puede ser una estrategia ideal para frenar la infección por COVID-19 en las primeras fases.

Estudio argentino de vacuna nasal

En marzo, científicos argentinos presentaron un nuevo proyecto de vacuna contra el SARS-CoV-2 a base de proteínas (RBD), que es una porción de la proteína S del virus y nanopartículas, que genera anticuerpos.

Gracias al notable y destacado trabajo que vienen llevando adelante hace tres años dos equipos de investigación del Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos (IIFP, CONICET-UNLP) y el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA, CONICET-UNLP), nació ARGENVAC 221, el potencial y posible nombre con el que se bautizaría al inoculante pensado y desarrollado por la ciencia local, particularmente por un grupo de científicos multidisciplinario de La Plata, integrado por químicos, bioquímicos e inmunólogos entre otros.

El desarrollo, que se encuentra en Fase Preclínica para todo 2021, es llevado adelante por los equipos encabezados por los investigadores del CONICET Guillermo Docena y Omar Azzaroni, del IIFP y el INIFTA respectivamente, y se basa en el uso de fragmentos de la proteína S, que se encuentra en la cubierta del virus SARS-CoV-2, causante de la enfermedad, y es el arma que este utiliza para invadir e infectar las células blanco, que son las del epitelio nasal y, principalmente, pulmonar, donde en contacto con distintos tipos de receptores se divide y multiplica para invadir otras células.

Guillermo Docena y Omar Azzaroni son los investigadores de la vacuna argentina (ARGENVAC 221 contra COVID-19)

Lo que el equipo busca es encapsular esas fracciones de la proteína en nanopartículas e inocularlas para generar los anticuerpos necesarios que permitan bloquear la entrada del virus, y provoquen la respuesta de memoria que garantice inmunidad protectora en el tiempo. "En principio, la idea es emplear este método para el desarrollo de una vacuna de tipo sistémica, que podría aplicarse por ejemplo de manera intramuscular como es el caso de las que se han obtenido para COVID-19, pero evaluamos también la posibilidad de hacerlo en una vacuna mucosal, es decir, las que se aplican en mucosas ya sea de manera intranasal o vía oral", comenta Docena.

Si bien los equipos aunaron esfuerzos para contribuir en la lucha contra el COVID-19, los antecedentes de colaboración entre ambos datan de 2018. Para el caso del coronavirus, sumaron capacidades referidas al desarrollo y optimización de inmunoterapias para enfermedades inflamatorias e infecciosas; sistemas biológicos, patologías y métodos para evaluar la inmunidad generada por las vacunas; y sistemas basados en tecnología de nanopartículas. "Lo que proponemos es encapsular las proteínas virales en nanopartículas construidas mediante ensamblado molecular. Lo que hacemos es diseñar bloques de construcción de manera tal que al ponerlos en una solución se ensamblan espontáneamente formando una nanopartícula", cuenta Azzaroni, y continúa: "Las características de este tipo de ensamblados hacen que sea posible encapsular diferentes elementos biológicos de manera relativamente controlable, lo que tiene potencial interés en el desarrollo de vacunas".

En el camino por desarrollar la vacuna, se encuentran estudiando distintos protocolos de administración para implementar durante la etapa de experimentación en animales, y estudiando las respuestas inmunes inducidas.