การพัฒนาวัคซีนในรูปแบบอาร์เอ็นเอแบบวงต่อฟิวชันเปปไทด์ของโปรตีนหนามของ SARS-CoV-2

การระบาดของการติดเชื้อ severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ซึ่งเป็นไวรัสในกลุ่มโคโรนาซึ่งเป็นสาเหตุของโรคติดเชื่อโควิด 2019 (COVID-19) ตั้งแต่ปี 2563 จนถึงปัจจุบันยังไม่สิ้นสุด ถึงแม้ปัจจุบันใกล้ถึงเวลาที่โรคนี้จะถูกจัดให้เป็นโรคประจำถิ่น (endemic) หากการระบาดของโรคยังไม่หยุดลงและยังคงมีอัตราการติดเชื้อที่สูง และมีการกลายพันธุ์ของไวรัสอยู่เรื่อย ๆ ดังนั้นการฉีดวัคซีนเพื่อป้องกันการติดเชื้อหรือลดความรุนแรงของอาการยังมีความจำเป็นอีกเป็นระยะเวลานาน ด้วยเหตุนี้การพัฒนาวัคซีนให้มีประสิทธิภาพและสามารถรับมือการกลายพันธุ์และการเตรียมความพร้อมหากเกิดการระบาดของโรคโดยไวรัสชนิดอื่นเช่นไวรัสในกลุ่มโคโรนา

ในการพัฒนาวัคซีนต่อ SARS-CoV-2 เป้าหมายหลักคือการกระตุ้นภูมิคุ้มกันด้วยส่วนของ receptor binding domain (RBD) ใน spike protein ซึ่งเป็นบริเวณที่ใช้ในการจับกับ ACE2 ของเซลล์เป้าหมายในการเข้าสู่เซลล์ อย่างไรก็ตามใน RBD มีอัตราการเกิด mutation ที่ค่อนข้างสูงและส่งผลให้ไม่สามารถหยุดยัง SARS-CoV-2 ได้ด้วย neutralizing antibody วัคซีนที่ผลิตต่อเชื้อก่อนการกลายพันธุ์มีประสิทธิภาพที่ลดลง ดังนั้นการมองหาเป้าหมายใหม่ในการพัฒนาวัคซีนเพื่อหลีกเลี่ยงผลของการการพันธุ์คือบริเวณที่มีส่วนสำคัญในการเข้าสู่เซลล์ของไวรัสบริเวณอื่นและเป็นบริเวณที่ไม่เกิดการกลายพันธุ์หรืออัตราการเกิด mutation ต่ำมาก ๆ ดังนั้น fusion peptide ของ spike protein ซึ่งเป็นบริเวณที่ทำให้เกิด membrane fusion และเกิดการส่งสารพันธุกรรมของ SARS-CoV-2 เข้าสู่เซลล์ และ fusion peptide เป็นconserved region ใน spike protein ของไวรัสในกลุ่มโคโรนา ซึ่งมีโอกาสในการเกิดการกลายพันธุ์ต่ำกว่าบริเวณอื่น จึงเป็นบริเวณเป้าหมายในการพัฒนาวัคซีนที่สามารถยับยั้ง SARS-CoV-2 ทุกสายพันธุ์และยังมีความเป็นไปได้ที่จะใช้ยับยั้งสายพันธุ์ที่จะกลายพันธุ์ในอนาคตรวมถึงไวรัสโคโรนาประเภทอื่นอย่างครอบคลุม

วัคซีนแบบ mRNA  เป็นรูปแบบที่ได้รับความยอมรับถึงประสิทธิภาพในการยับยั้ง SARS-CoV-2 สายพันธุ์ต่าง ๆ หากแต่วัคซีนแบบ mRNA ยังมีข้อจำกัดบางประการ เนื่องจาก mRNA เป็นสารพันธุกรรมประเภทที่สามารถถูกทำลายได้ง่าย จำเป็นต้องเก็บที่อุณหภูมิต่ำมากถึง -20 - -70 องศาเซลเซียส  และต้องมีการใช้สารประเภทอื่นเพื่อรักษาเสถียรภาพของ RNA ซึ่งส่งผลให้เกิดผลข้างเคียงของการฉีดวัคซีนประเภทนี้ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องพัฒนาวัคซีนในรูปแบบอื่นที่มีความเสถียรและมีศักยภาพในการในกระตุ้นภูมิคุ้มกัน เพื่อป้องกันการแพร่เชื้อของโรคโควิด-19 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยยังคงข้อได้เปรียบของวัคซีนแบบmRNA คือสามารถถูกแปลรหัสเป็นโปรตีนได้ทันทีเมื่อเข้าสู่เซลล์ ซึ่ง circular RNA เป็น RNA อีกรูปแบบหนึ่งที่มีศักยภาพในการพัฒนาเป็นวัคซีนทางเลือกเนื่องจากมีความเสถียรกว่าmRNA และยังสามารถสร้างให้มีการแปลรหัสเป็นโปรตีนตามที่ต้องการได้ทันทีเมื่อมีการนำส่งเข้าสู่เซลล์เป้าหมายเช่นเดียวกับวัคซีนแบบ mRNA โมเลกุลของ circular RNA สามารถหลบหลีก RNA sensor ซึ่งทำหน้าที่ตรวจและรับรู้ถึงสิ่งแปลกปลอมที่มาจากภายนอก จึงทำให้ circular RNA มี half-life ที่ยาวกว่า linear RNA ส่งผลให้สามารถสร้างโปรตีนได้ยาวนานกว่า mRNA ข้อดีนี้อาจช่วยลดปริมาณการใช้ circular RNA ในการฉีดในขณะที่ยังสามารถสร้างโปรตีนในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ดีเมื่อนำมาใช้เป็นวัคซีน และการที่สามารถหลบหลีก RNA sensor ได้ ส่งผลดีต่อการลดการกระตุ้นภูมิที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งมักจะเกิดใน mRNA

ผู้เสนอขอทุนงานวิจัยชิ้นนี้ เล็งเห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้ circular RNA ในการพัฒนาเป็นวัคซีน โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันต่อ fusion peptide ของ spike protein ของ SARS-CoV-2 เพื่อให้มีผลการป้องกันการเข้าสู่เซลล์ของ SARS-CoV-2 สายพันธุ์ต่าง ๆ ครอบคลุมถึงสายพันธุ์ที่จะกลายพันธุ์ในอนาคตและไวรัสโคโรนาชนิดอื่น อันเนื่องมาจาก fusion peptide เป็นบริเวณที่ conserved สูงในไวรัสโคโรนาและไวรัสประเภทมีเปลือกหุ้ม และการใช้ circular RNA ที่มีความเสถียรมากกว่า mRNA จึงลดการใช้สารชนิดอื่นเพื่อการปกป้อง RNA  และการสร้าง circular RNA แบบที่ไม่มี extra sequence มีข้อดีในการที่มีการกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่ไม่ต้องการน้อยมากเมื่อเทียบกับ mRNA vaccine ซึ่งผลจากการวิจัยนี้จะเป็นต้นแบบเพื่อนำไปสู่การพัฒนาวัคซีนที่มีประสิทธิภาพและเสถียรภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันต่อไป รวมถึงการนำไปพัฒนาเป็นวัคซีนต่อโรคติดเชื้อ และโรคมะเร็งประเภทต่าง ๆ