Salute

Vaccini, come funzionano Pfizer e Moderna: la spiegazione

La breve guida per spiegare il funzionamento del vaccino basato su tecnologia mRNA, utile se dovete fare il vaccino ed avete dubbi o se siete solo curiosi di sapere come funziona

Credits OMS-WHO

Virus, vaccini e funzionamento. Da marzo del 2020 il coronavirus, il vaccino e le cure sono un tema che viene affrontato quotidianamente. La redazione di Today ha realizzato una breve guida per spiegare il funzionamento del vaccino basato su tecnologia mRNA, utile per quelle persone che devono fare il vaccino e hanno alcuni dubbi o, anche, solo per soddisfare la curiosità sul funzionamento. Prima di spiegare il funzionamento del vaccino, una rapida illustrazione di come i virus attaccano l'organismo e come il sistema immunitario risponde.

Cosa è un Virus e come ci attacca 

Il virus è una entità biologica estremamente più piccola rispetto a cellule e batteri. Per riprodursi deve entrare dentro la cellula (o il batterio) e colonizzarla. Una singola particella (virione) del virus Covid-19 ha forma rotondeggiante e nella superficie presenta delle punte che la fanno assomigliare ad una corona.

proteina spike

Virioni di Covid-19 al microscopio - Fonte Wikpedia

Sulle punte è presente una speciale proteina a forma di antenna, chiamata "spike". Tale proteina è in grado di legarsi ad una proteina presente nelle cellule umane del tratto respiratorio. Una volta che il virione tramite la spike riesce ad agganciarsi alla cellula umana, può entrare e colonizzarla.
Sfruttando le risorse della cellula, il virus può replicarsi migliaia di volte portando alla morte la cellula stessa, con il risultato di fare uscire poi migliaia di nuovi virioni che aggrediranno le cellule vicine. La proteina spike rappresenta dunque la “chiave” che permette l’accesso del virus alle cellule dell’organismo.

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Virioni di Covid-19  (in giallo) all'esterno di una superficie di cellula umana  (in blu) in fase di apoptosi. Si possono apprezzare le differenze  di grandezza. Immagine al microscopio elettronico - Fonte NIAD

Come si difende il sistema immunitario

Il sistema immunitario è naturalmente progettato per combattere i virus. Ma il virus è un nemico molto piu insidioso rispetto ad una infezione batterica. Mentre un batterio è facilmente riconoscibile e viene subito attaccato, il virus nascondendosi dentro le cellule del corpo umano, rende tutto più complesso. Il sistema immunitario deve quindi distinguere quali tra le cellule del proprio corpo sono infettate dal virus e quali sono sane. Se è la prima volta che ci si infetta con un virus, servirà del tempo (3-7 giorni) prima che il sistema immunitario riesca a reagire imparando a riconoscerle. Se invece ci si è già ammalati, il sistema immunitario avrà mantenuto memoria del virus, e sarà in grado di reagire subito. Inoltre, mentre per le infezioni batteriche si possono utilizzare gli antibiotici, per l'infezione da Covid-19 gli antivirali hanno dimostrato una scarsa efficacia.

Come funziona un vaccino tradizionale

La maggioranza delle persone sono in grado di guarire da una infezione virale, ma c'è sempre una percentuale che invece ne può morire, e per questo è nata l'esigenza del vaccino. L'idea dietro il vaccino è di insegnare al nostro sistema immunitario come riconoscere subito un agente infettivo, senza però ammalarci veramente. Storicamente questo è stato fatto iniettando un virus indebolito o attenuato, più un adiuvante che spingesse il nostro sistema immunitario all'azione. Questa era una tecnica che implicava molto tempo per lo sviluppo, e con una efficacia non sempre elevata. 

Come funziona un vaccino mRNA (Pfizer o Moderna)

Un vaccino a mRNA  (-> cosa è) ottiene lo stesso risultato di addestrare il sistema immunitario, ma con una maggiore precisione. Il vaccino riesce a portare dentro le cellule una molecola di mRNA che codifica le istruzioni per creare una proteina simile alla spike. Queste istruzioni non entrano nel nucleo e non interferiscono con il DNA, ma sono utilizzate da alcuni organelli cellulari (i ribosomi) per produrre la proteina spike che poi viene esposta all’esterno della cellula. Le molecole mRNA del vaccino hanno effetto solo in pochi centrimetri cubi attorno all'area della inoculazione e la proteina spike viene quindi prodotta solo in quella area. Il sistema immunitario prende quindi contatto con la proteina spike che viene vista come qualcosa di “estraneo” all’organismo e vengono prodotte nei linfonodi particolari classi di globuli bianchi pronte per riconoscere tale proteina.

Con la seconda dose il sistema immunitario, già preparato al riconoscimento della proteina spike, si trova di nuovo di fronte a questo elemento esterno e può "allenarsi". Per questo alcuni di noi hanno piccole reazioni febbrili: l'organismo si sente attaccato e reagisce clonando rapidamente decine di migliaia di leucociti (globuli bianchi) che attaccano e distruggono la proteina spike.

Efficacia del vaccino

Questo meccanismo rende il vaccino efficace al 90% (secondo gli studi preliminari), e permette al corpo una risposta più rapida ed incisiva. Se ci si infetta con il virus Covid-19 la prima difesa è affidata agli anticorpi che sono piccole molecole prodotte dai linfociti B, le quali si agganciano alla proteina spike ricoprendo il virus e rendendolo innocuo. I linfociti T sono una difesa più specifica e possono riconoscere immediatamente le cellule del corpo infette dal virus e distruggerle. Il virus può quindi entrare dal naso, ma una persona vaccinata sarà in grado immediatamente di reagire fermando l’infezione sul nascere. Tutto questo funziona perché i linfociti  che riconoscono la spike sono stati già prodotti dall'organismo, grazie al vaccino. Le recenti tabelle pubblicate dall'Istituto Superiore di Sanità dimostrano come nelle ultime settimane, ospedalizzati e morti, sono quasi esclusivamente soggetti non vaccinati. Le statistiche dimostrano inoltre una  buona copertura anche con la prima dose anche se ad oggi non è ancora noto come il vaccino in unica dose risponde alla variante "Delta".

Il codice sorgente del vaccino

Questo vaccino è stato creato a tempo di record,  grazie allo sforzo di tutta la comunità scientifica ed al supporto economico dei governi. Il punto di partenza è stato il sequenziamento del genoma del Covid-19 nel gennaio 2020. Compreso il codice sorgente del virus, è stato progettato un vaccino direttamente al computer, componendo un codice RNA che potesse ricreare la proteina spike.  Dopo neanche 3 mesi dalla scoperta del Covid-19, era già iniziato il primo trial clinico con i primi soggetti  umani che hanno provato il vaccino Pfizer, testato poi successivamente nell'arco di 7 mesi su circa 45.000 soggetti, e dopo l'approvazione a dicembre 2020 è stato oggi inoculato a più di un miliardo di persone.

L'intero codice sorgente del vaccino è stato pubblicato dalla Organizzazione mondiale della Sanità, ed essendo pubblico, è stato analizzato da migliaia di ricercatori. Pertanto è conosciuta la funzione ed il ruolo di ogni piccola porzione del codice mRNA che viene iniettato. E' lungo 4284 caratteri ed entra in una pagina: qua lo potete visualizzare. Proprio all'inizio del processo di produzione, qualcuno ha caricato questo codice in una stampante a DNA, che ha convertito i byte sul disco in vere molecole di DNA. 

Una stampante Codex DNA BioXp 3200 DNA printer

Una stampante Codex DNA BioXp 3200 DNA printer

Da una simile macchina escono piccole quantità di DNA, che dopo molti passaggi chimici e biologici diventano RNA in una fiala del vaccino. Una dose di vaccino contiene appunto 30 microgrammi di RNA.  Per conoscere  ogni singola istruzione del codice sorgente del vaccino Pfizer si può approfondire in questo splendido (ma un po' tecnico) articolo di Bert Hubert.

Una (possibile) nuova arma contro cancro e malattie

Questa incredibile tecnologia potrebbe essere una nuova grande arma contro il cancro. Infatti ci sono molte aspettative e speranze che sia possibile utilizzare questa tecnica per estrarre antigeni tumorali e poi inserire nel paziente molecole di mRNA che possano addestrare le cellule del sistema immunitario a riconoscere le cellule tumorali. Da questa grande crisi l'umanità potrebbe uscirne con grande dono, e magari abbattere il flagello del cancro.

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Si ringraziano i dott. Maurizio Scaltriti  e  dott. Aureliano Stingi  per la verifica e revisione di questo articolo.

Approfondimenti

Appendice

mRNA  :

Si può immaginare la cellula come un computer dove il DNA è l'hard disk che ha in memoria tutte le istruzioni. Scopo di queste istruzioni è produrre delle proteine per fare funzionare se stessa e l'organismo a cui la cellula appartiene. L'RNA (acido ribonucleico) legge porzioni di DNA copiando le informazioni che servono e le porta fuori del nucleo dove dentro alcuni organelli chiamati ribosomi sono utilizzate per produrre le proteine che servono. RNA messaggero su Wikipedia

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