Marina Campos Valdez¹, Leticia Casas Godoy², Laura Verónica Sánchez Orozco¹

¹ Instituto de enfermedades crónico degenerativas (IECD), Centro universitario de ciencias de la salud, Universidad de Guadalajara

² CONACYT-CIATEJ, Unidad de Biotecnología Industrial

La biotecnología es una actividad multidisciplinaria que se encarga de estudiar, manipular y utilizar organismos vivos (o parte de ellos) para facilitar la solución de problemas importantes en sectores como el de la salud, el industrial y del medio ambiente.

En particular, la biotecnología médica se enfoca en desarrollar productos dirigidos a la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Una de las aplicaciones más importantes de esta rama de la biotecnología es el diseño y la manufactura de vacunas, las cuales consisten en preparados biológicos que contienen microorganismos enteros (inactivados, atenuados o vectores virales), parte(s) de ellos (subunidades antigénicas) o ácidos nucleicos (ARN o ADN). Estos preparados estimulan activamente el sistema inmunológico de los individuos a quienes se les administran, provocando así una respuesta que los protegerá en exposiciones posteriores de los patógeno(s) para los que fue diseñado la vacuna.

El desarrollo de vacunas es un proceso complejo que suele tomar de 10 a 15 años. Sin embargo, debido a la gravedad de los efectos sociales, económicos y patológicos causados por la pandemia del COVID-19 en 2020, surgió la necesidad inmediata de producir vacunas que permitieran reducir la morbilidad y mortalidad de la infección causada por el virus SARS-CoV-2. En respuesta a esta urgente problemática se inició una carrera entre distintas compañías y países para desarrollar una vacuna eficiente en el menor tiempo posible.

De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS), hasta mayo de 2022, 191 vacunas contra la COVID-19 se encontraban en desarrollo pre-clínico y 161 en desarrollo clínico. De estas últimas el 33% son de antígenos de superficie del virus, 21% de ARN, 13% de vectores virales no replicantes, 13% de virus inactivados, 10% de ADN y el 10% restantes consisten en vectores virales replicantes, virus atenuado, etc.

Tipos de vacunas y su producción biotecnológica

• Basadas en proteínas recombinantes

Para su producción se emplean células de insectos, mamíferos, levaduras, etc. como sistemas para la expresión de proteínas recombinantes (inocuas o partes del patógeno), a través de la inserción de ADN codificante de determinantes antigénicos. De este tipo, existen vacunas basadas en partículas similares a virus (VLPs, virus-likeparticles) y aquellas de subunidades antigénicas. Un ejemplo de estas últimas es el uso del gen de la proteína espiga recombinante SARS-CoV-2 rS en un sistema de expresión de una línea celular derivada de células Sf9 de Spodoptera frugiperda. Las proteínas producidas por este sistema son purificadas, ensambladas en nanopartículas sintéticas, y administradas como vacuna junto a un adyuvante que mejora la estimulación del sistema inmune.

• Vacunas de ácidos nucleicos

Se basan en el diseño de moléculas recombinantes de ácidos nucleicos que codifican proteínas antigénicas capaces de estimular al sistema inmunológico. Este tipo de vacunas suelen requerir vehículos de nano- o micro-partículas para mantener intacto al ADN o ARN. Se puede mencionar a las vacunas de ARNm monocatenario que codifican antígenos específicos de patógenos, los cuales al entrar a la célula guían la producción del determinante antigénico en el hospedador.

Este tipo de vacunas pueden ser manufacturadas a gran escala en reactores donde se realiza la síntesis de ARNm mediante transcripción in vitro, para después purificar el ARN y encapsularlo en nano/micropartículas sintéticas.

• De vectores virales

En estos se encuentran los tipos replicantes y no replicantes. Para vectores replicantes, se desarrollan cepas atenuadas de los virus, modificadas para expresar un transgén y mantienen su capacidad de replicarse en el individuo inmunizado. En la creación de vacunas para COVID-19, se ha optado mayormente por vectores virales no replicante; este tipo por lo general consisten en adenovirus (Ad) modificados para carecer de capacidad replicativa. Se han empleado vectores Ad tales como ChAdOx1 (Chimpanzee adenovirus Oxford 1), Ad serotipo 26 (Ad26) y serotipo 5 (Ad5), todos recombinantes, por la inserción de un transgén codificante para la proteína espiga del SARS-CoV-2.

La producción en gran escala de vectores virales se realiza a través de su crecimiento en medio de cultivo dentro de biorreactores, de los que, en condiciones optimizadas, se obtienen altas cantidades de vectores capaces de expresar el antígeno del virus una vez administrados al individuo.  

• Virus atenuados e inactivos

Los virus atenuados son generados mediante el paso del patógeno a través de cultivos seriales en células no humanas hasta que este pierde su capacidad de replicarse eficientemente en células humanas. En el caso de vacunas inactivadas, los patógenos son sometidos a tratamientos térmicos o químicos que erradican su capacidad replicativa; la producción de estas vacunas requiere largos tiempos de cultivo en instalaciones de producción con niveles de bioseguridad de nivel 3. Un ejemplo de estas últimas, son las vacunas BBIBP-CorV, CoronaVac y Covaxin, las cuales consisten en partículas inactivadas de SARS-CoV-2.

Hasta principios de abril de 2022, entre las vacunas contra COVID-19 evaluadas por la OMS que han cumplido con los criterios de eficacia y seguridad se encuentran:

El diseño y creación de estas y otras vacunas generadas en un periodo de tiempo increíblemente corto fue gracias a la aplicación de técnicas y tecnología biotecnológicas desde las etapas de investigación, hasta la producción en masa de las mismas.