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A strategic approach to COVID-19 vaccine R&D
등록일
2020-05-29

There is an unprecedented need to manufacture and distribute enough safe and effective vaccine to immunize an extraordinarily large number of individuals in order to protect the entire global community from the continued threat of morbidity and mortality from severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The global need for vaccine and the wide geographic diversity of the pandemic require more than one effective vaccine approach. Collaboration will be essential among biotechnology and pharmaceutical companies, many of which are bringing forward a variety of vaccine approaches (1). The full development pathway for an effective vaccine for SARS-CoV-2 will require that industry, government, and academia collaborate in unprecedented ways, each adding their individual strengths. We discuss one such collaborative program that has recently emerged: the ACTIV (Accelerating COVID-19 Therapeutic Interventions and Vaccines) public-private partnership. Spearheaded by the U.S. National Institutes of Health (NIH), this effort brings together the strengths of all sectors at this time of global urgency. We further discuss a collaborative platform for conducting harmonized, randomized controlled vaccine efficacy trials. This mechanism aims to generate essential safety and efficacy data for several candidate vaccines in parallel, so as to accelerate the licensure and distribution of multiple vaccine platforms and vaccines to protect against COVID-19 (coronavirus disease 2019).

We currently know little about what constitutes a protective immune response against COVID-19. Data from SARS-CoV-1 patients as well as recently infected SARS-CoV-2 patients document relatively high levels of immune responses after infection, especially antibody responses to the surface (spike) protein that mediates entry into host cells. However, in vivo data on the type or level of immunity required to protect from subsequent re-infection, and the likely duration of that protection, are currently unknown. In animal models of SARS-CoV-1, immunization with recombinant subunit proteins and viral- and nucleic acid–vectored vaccines, as well as passive transfer of neutralizing antibodies to the spike protein, have been shown to be protective against experimental infection (2, 3). Endpoints vary from protection of infection to modification of viral replication and disease. These data bring optimism that a highly immunogenic vaccine will elicit the magnitude and quality of antibody responses required for protection. The role that T cell immunity plays in preventing acquisition or amelioration of early disease, either in animal challenge models or in human coronavirus disease, is unclear (4); this constitutes another reason why a diversity of vaccine approaches must be pursued.

A high degree of safety is a primary goal for any widely used vaccine, and there is theoretical risk that vaccination could make subsequent SARS-CoV-2 infection more severe. This has been reported for feline coronaviruses and has been observed in some vaccine-challenge animal models of SARS-CoV-1 (5). These preclinical data suggest that the syndrome of vaccine-associated enhanced respiratory disease results from a combination of poorly protective antibodies that produce immune complex deposition together with a T helper cell 2 (TH2)–biased immune response. The potential mechanism behind vaccine-induced immune enhancement and the means to minimize this risk have recently been reviewed (6). It will be important to construct conformationally correct antigens to elicit functionally effective antibodies—a lesson learned from vaccine-induced enhanced lower respiratory illness among infants receiving a formalin-inactivated respiratory syncytial virus (RSV) vaccine. Animal models of SARS-CoV-2 infection are currently being developed, and these models can be used to better understand the immune responses associated with protection (7).

Clinical and Immunological Endpoints

The primary endpoint for defining the effectiveness of a COVID vaccine also requires discussion. The two most commonly mentioned are (i) protection from infection as defined by seroconversion, and (ii) prevention of clinically symptomatic disease, especially amelioration of disease severity, including the frequency of disease requiring high-intensity medical care with some assessment of a decrease in hospitalization. This requires the close evaluation of the effect of vaccination on the severity of COVID-19 disease in a wide variety of epidemiological and medical settings among both younger and elderly populations as well as underserved minorities. All of these issues need to be evaluated in the context of these initial efficacy trials. Achieving these endpoints could also be associated with reduced transmissibility on a population basis.

Primary endpoints that involve reduction of disease require greater numbers of enrollees into trials, given that asymptomatic infection is estimated to be 20 to 40% of total cases of COVID-19 (8). Initial efficacy trials may then require a large initial enrollment, with ongoing monitoring of both serologic and clinical endpoints. A major challenge leading to a degree of complexity in developing clinical trial protocols for serological endpoints is the lack of precise knowledge of incidence rates (9). A critical requirement for such a multi-trial strategy is the establishment of independent laboratories with similar or identical validated serologic assays to provide a harmonizing bridge between multiple vaccine products and multiple vaccine efficacy trials. The use of these laboratories for each clinical trial, or the sharing of critical specimens from a trial, should be required. Parameters that would distinguish the immune response resulting from vaccination versus from infection are under intense investigation, and there is an immediate need to develop assays to address this issue.

Efficacy trials need to be evaluated for both benefit and harm. The likelihood of SARS-CoV-2 reexposure is much higher than that of SARS-CoV-1, which has disappeared from community circulation, and hence longer-term evaluation of potential enhancement with reexposure is needed. This requirement does not preclude licensure based on the endpoints outlined above; however, it does indicate that more prolonged follow-up of the initial vaccine cohorts should be undertaken. The durability of clinical and serologic endpoints will also need to be explored, as waning of immunity is common with human coronavirus infections (10). Coronaviruses have a single-stranded RNA genome with a relatively high mutation rate. Although there has been some genetic drift during the evolution of the SARS-CoV-2 epidemic, major alterations in the spike protein are not extensive to date, especially in the regions thought to be important for neutralization; this enables cautious optimism that vaccines designed now will be effective against circulating strains 6 to 12 months in the future (11).

The possibility of performing controlled human challenge trials, in which a small number of volunteers are vaccinated and subsequently challenged with SARS-CoV-2, has been suggested. Such experiments, if designed to define potential immune correlates or winnow out less effective vaccine approaches, may have utility. However, this approach has shortcomings with respect to pathophysiology and safety (12). Although the risk of severe disease or death in young healthy individuals from COVID-19 is quite low, it is not zero, and we do not yet have proven effective therapies for COVID-19 to rescue volunteers with complications from such a challenge. It is likely that a SARS-CoV-2 challenge strain will, by design, cause mild illness in most volunteers and thus may not recapitulate the pulmonary pathophysiology seen in some patients. Moreover, partial efficacy in young healthy adults does not predict similar effectiveness among older adults with major cofactors associated with COVID-19 disease, nor would it prove reduction of transmissibility to major susceptibility groups. Whether such experiments may be worthy of pursuit or would have a beneficial impact on timelines for vaccine development needs careful evaluation by an independent panel of ethicists, clinical trialists, and experts on vaccine development.

Vaccine Platforms

It is encouraging that vaccine development efforts have moved swiftly, and several major vaccine platforms are moving toward clinical evaluation. These include traditional recombinant protein, replicating and nonreplicating viral vectors, and nucleic acid DNA and mRNA approaches. Each of these vaccine platforms has advantages and limitations. Important characteristics include speed and flexibility of manufacture, safety and reactogenicity, the profile of humoral and cellular immunogenicity, durability of immunity, scale and cost of manufacturing, vaccine stability, and cold chain requirements. No single vaccine or vaccine platform alone is likely to meet the global need, and so a strategic approach to the multi-pronged endeavor is absolutely critical.

Several companies are developing nucleic acid–based vaccines, including Moderna, BioNTech/Pfizer, CureVac (mRNA-based), and Inovio (DNA-based). DNA- and mRNA-based vaccines can be generated quickly on the basis of viral sequence, which allows a rapid pathway to the clinic (13, 14). Currently, optimal immunogenicity of DNA requires an electroporation or an injector delivery device to facilitate DNA entry into cells. mRNA vaccines use lipid nanoparticles to protect and deliver the mRNA and effectively adjuvant the immunogen. The scalability of these lipid nanoparticles and their temperature stability are issues that need to be addressed. Although there is a wide body of early-phase clinical experience with nucleic acid vaccines, none are licensed for widespread usage. As such, the path forward is filled with optimism, but some uncertainty remains, requiring rapid assessment of these products' immunogenicity and safety while addressing the lack of commercial experience with them.

Traditional recombinant protein technology can be used to express the spike protein (e.g., Sanofi, Novavax), and although the time to establish cell lines needed for manufacturing is longer than for nucleic acid vaccines, there is a robust commercial experience with protein and protein particle vaccines, including licensed vaccines for hepatitis B, human papillomavirus, varicella zoster, and influenza. Protein vaccines will require a potent adjuvant, which can be critical for inducing a predominantly TH1-type immune response; however, the availability of certain adjuvants may be limited. Viral vector vaccines encode the viral gene of interest into one of several well-characterized vectors, including adenovirus (Ad) and vesicular stomatitis virus (VSV). The replication-defective adenovirus 26 (rAd26), recently shown to be safe and immunogenic in preventing Ebola virus infection (15), is being developed by Janssen Pharmaceuticals for COVID-19. This platform has the potential to be manufactured at large scale. Preexisting immunity to the specific viral vector can attenuate immunogenicity, and this needs to be addressed in early-stage trials. A recombinant chimpanzee Ad vector (ChAdOx1), developed by the University of Oxford and AstraZeneca, has also entered clinical trials. Similar versions of ChAd vaccine products have been tested in prior clinical trials and shown to be safe and immunogenic. The VSV vector vaccine platform is replication-competent and thus induces a robust, likely durable immune response with a single dose. A licensed VSV Ebola vaccine made by Merck is highly effective after a single dose, although its reactogenicity may be limiting in some populations. These diverse approaches provide the potential for scalable production required for widespread population use.

Strategic Collaborations

Under the ACTIV public-private partnership, NIH has partnered with its sister agencies in the Department of Health and Human Services, including the Food and Drug Administration, Centers for Disease Control and Prevention, and Biomedical Advanced Research and Development Authority; other U.S. government departments including the Departments of Defense and Veterans Affairs; the European Medicines Agency; and representatives from academia, philanthropic organizations, more than 15 biopharmaceutical companies, and the Foundation for NIH. This forum allows for discussions and consensus on vaccine trial designs, rapid data sharing, and close collaborations between the public and private sectors to rapidly and efficiently conduct vaccine efficacy studies. There is an emerging consensus that vaccine trials need to either use common independent laboratories or contribute samples and data for the purpose of generating surrogate markers that ultimately speed licensure and an overall comparison of efficacy. A common Institutional Review Board as well as a common cross-trial Data and Safety Monitoring Board (DSMB) should be used so that the regulatory framework for the entire enterprise is coordinated and the regulatory agencies and the public can make objective assessment of the effect sizes between approaches. As vaccine candidates are poised to enter phase 1, the collective planning for phase 3 must be undertaken. Although much of this focus is on trials in the United States, the COVID-19 Prevention Networks established under the ACTIV program have a global focus, and coordination with the World Health Organization, Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, and other global philanthropic partners must also occur.

Harmonized master protocols will be needed to enable transparent evaluation of the relative effectiveness of each vaccine approach. This harmonization can best be achieved through public-private partnerships such as ACTIV, in which government-supported central laboratories and independent biostatisticians serve as key resources for efficacy trials, thereby providing a standardized way to assess the relative immune responses of different types of vaccines (see the figure). Such laboratories enhance the ability to define correlates of protection, which would speed licensure for all vaccines as well as define populations that will achieve protective immunity. Data should be shared among companies and be provided to independent statistical evaluation, allowing the early evaluation of a potential surrogate marker of protection, which would markedly speed licensure and distribution. Such data can only be obtained from harmonization and collaboration early on, during the planning of efficacy trials and the implementation of the collaboration described in the figure: the use of collaborating clinical trial sites, the monitoring of these efficacy trials through a common DSMB, independent statisticians having access to cross-trial data in real time, and centralized immune monitoring laboratories. These innovations in the process of vaccine development are required to achieve the rapid development of the platform technologies entering clinical trials. Global effort, global cooperation, and transparency are needed to maximize the speed, veracity, and decision-making required to deliver scientific advances to the global population in a timely fashion. Models for all of these programs exist, and rapid implementation of these ideas is essential if we are to succeed in the timelines required to return us to pre–COVID-19 social interactions.

Scale Up

The ability to manufacture hundreds of millions to billions of doses of vaccine requires the vaccine-manufacturing capacity of the entire world. Although new technologies and factories can be developed to sustain production, there is an immediate need to fund the necessary biomanufacturing infrastructure, including the fill/finish steps that provide vialed vaccine products for distribution. Cost, distribution system, cold chain requirements, and delivery of widespread coverage are all potential constriction points in the eventual delivery of vaccines to individuals and communities. All of these issues require global cooperation among organizations involved in health care delivery and economics.

To return to a semblance of previous normality, the development of SARS-CoV-2 vaccines is an absolute necessity. To achieve this goal, all the resources in the public, private, and philanthropic sectors need to participate in a strategic manner. The ACTIV public-private partnership and collaborative harmonized efficacy trials are enabling models to achieve our common goal.

출처: Science

코로나바이러스감염증 19 백신 연구 개발을 위한 전략적인 접근 방법

중증 급성 호흡기 증후군인 코로나바이러스 2 (SARS-CoV-2)의 지속되는 사망 및 질병의 위협에서 국제 사회 전체를 보호하기 위해서 많은 수의 사람들이 면역력을 갖도록 안전하고 효과적인 백신을 충분히 만들어서 공급해야 한다는 전례 없는 요구가 시급한 상황이다. 백신에 대한 전 세계적인 요구와 광범위한 지역으로 퍼진 세계적인 팬데믹을 다루기 위해서는 한 가지 이상의 효과적인 백신 연구 개발 접근 방법이 필요하다. 생물 공학 및 제약 회사의 협력은 필수이며 다수의 협력 체계가 다양한 백신 접근 방법을 제안하고 있다 (1). SARS-CoV-2 의 효과적인 백신을 개발하기 위해서는 산업계와 정부, 학계가 각계의 힘을 더하는 전례 없는 방법으로 협력해야 할 것이다. 이에 따라, 코로나19 치료제 및 백신 개발 가속화 협력 프로그램인 ACTIV (Accelerating COVID-19 Therapeutic Interventions and Vaccines)이 최근에 떠오르고 있다. 미국 국립 보건원 (NIH)을 선두로 한 이 협력 프로그램은 세계적인 팬데믹 위기에 초점을 맞춰 여러 유관부서 및 이해관계자들의 협력을 이끌고 있다. 이 프로그램의 목적은 여러 개의 백신 후보를 동시에 비교해서 필수 안전 정보 및 효능의 데이터를 구축해 코로나바이러스 19로부터 보호할 수 있는 다양한 백신 플랫폼 과 백신 허가 및 배분을 가속화하기 위한 것이다.

현재로서는 코로나바이러스로부터 보호할 수 있는 면역 반응에 대해 알려진 바가 거의 없다. SARS-CoV-1 환자들의 자료뿐 아니라 최근 SARS-CoV-2에 감염되었던 환자들의 자료를 보면, 감염 후 상당히 높은 수준의 면역 반응을 볼 수 있으며 특히 인체 세포에 침투하기 위해 이용하는 표면의 (스파이크) 단백질에 대한 항체 반응을 볼 수 있다. 하지만 재감염을 막아주는 면역 유형 또는 면역 수준의 생체 자료 그리고 면역력의 지속 기간에 대한 생체 자료는 현재 없다. 재조합 아단위 단백질 (recombinant subunit protein) 및 바이러스 억제 백신, 핵산 벡터 백신을 이용한 면역법 뿐만 아니라 스파이크 단백질로 중화 항체를 수동적으로 전달하는 방법이 SARS-CoV-1의 동물 모델의 실험 감염 상황에서 효과가 있는 것으로 밝혀졌다 (2, 3). 감염으로부터의 보호에서 시작해서 바이러스 복제와 질병에 이르는 최종 단계는 다양하다. 이런 자료를 통해 면역 효과가 높은 백신이 신체 보호에 필요한 항체 반응을 양과 질적으로 유도할 것이라고 기대해 볼 수 있다. 감염 초기에 T 세포의 면역성으로 감염이 되느냐 극복하느냐가 결정되지만, 이 영향이 동물 모델에서만 보이는 현상인지 인간의 코로나바이러스 질병 상황에서도 보이는 현상인지는 불분명하다 (4); 다양한 백신 접근 방법이 필요한 또 하나의 이유이다.

광범위하게 사용되는 백신은 높은 수준의 안전성이 필수인데 백신으로 인해 SARS-CoV-2 감염이 더 심각해질 수도 있다는 이론적인 위험 요소를 고려해야 한다. 이런 경우가 고양잇과의 코로나바이러스 사례에서 보고되었으며 SARS-CoV-1의 동물을 대상으로 한 백신 실험에서도 발견되었다 (5). 이러한 임상 전 단계의 자료를 보면, 면역 복합체를 생성하는 항체가 약하고 그와 동시에 헬퍼 T 세포(helper T cell)에 치우친 면역 반응이 일어날 때 백신으로 인해 호흡기 질환이 더 심해지는 증상이 나타난다. 최근에는 백신으로 강화되는 면역력을 뒷받침하는 잠재적인 방법 및 호흡기 질환이 더 심해지는 위험을 감소하는 방법을 검토하는 중이다 (6). 효과적인 기능의 항체를 유발하는 정확한 형태의 항원을 구성하는 것이 중요한데, 포르말린 비활성 호흡기 세포 융합 바이러스 (RSV) 백신을 맞은 영아가 하부 호흡기 질환을 더 심하게 앓는 경우에서 얻은 교훈이다. 현재 개발 중인 SARS-CoV-2 감염의 모형 동물 실험을 이용해서 감염으로부터의 보호에 관련된 면역 반응 이해를 도울 수 있을 것이다 (7).

임상 및 면역학적 최종 단계

코로나바이러스 백신의 효과를 결정하는 기본적인 최종 단계 역시 논의가 필요하다. 가장 많이 논의되고 있는 두 가지 단계는 (i) 혈청 전환으로 생기는 감염으로부터의 보호와 (ii) 질병의 임상적인 증상 예방 특히, 집중적인 의료 관리를 필요로 하는 질병의 빈도수와 입원 환자의 감소 수치 평가를 포함하는 질병의 심각성 개선이다. 젊은 인구층과 노년 인구층뿐 아니라 혜택을 받지 못하는 소수 취약층에 걸쳐 매우 다양한 전염병학, 의학적인 환경에서 심각한 질병인 코로나바이러스 19 백신의 효과를 면밀하게 평가할 필요가 있다. 초기의 백신 효과 실험에서 이런 이슈를 모두 평가해야 한다. 이런 최종 단계를 성취하면 인구 단위의 전염성을 감소시킬 수도 있을 것이다.

코로나바이러스 19 전체 사례의 20-40%가 무증상 감염인 것을 고려하면, 질병 감소를 위한 기본적인 최종 단계에서는 상당한 수의 실험 참여자가 필요하다 (8). 그러려면 초기의 백신 효과 실험에 참여하는 참여자 수가 아주 많아야 하고 혈청학적, 임상적인 최종 단계 모두를 지속해서 모니터링하는 것도 필요하다. 혈청학적인 최종 단계를 위한 임상시험 계획안을 개발하는 데 더 걸림돌이 되는 것은 정확한 발병률을 알 수 없다는 것이다 (9). 다수의 실험 전략에 꼭 필요한 것은 다수의 백신 제품과 다수의 백신 효과 실험 사이의 차이점을 메꾸어 줄 검증된 혈청학적 분석 평가를 동일하게 혹은 유사하게 진행할 수 있는 독립적인 검사실들을 설립하는 것이다. 이 검사실에서 각 임상시험을 진행하거나 실험의 중요한 표본을 공유하도록 한다. 백신에 대한 면역 반응을 감염에 대한 면역 반응과 구별할 수 있는 기준치에 대한 연구가 현재 활발히 진행되고 있으며 이 쟁점을 다루기 위한 분석 평가 개발이 시급하다.

백신 효과 실험을 평가할 때는 장단점을 모두 다루어야 한다. SARS-CoV-2에 재노출될 가능성은 지역 사회에서 사라진 SARS-CoV-1에 비해 상당히 높기 때문에 재노출을 고려한 백신의 잠재적인 효과의 장기적인 평가가 필요하다. 하지만 이런 요구 조건 때문에 위에 강조한 내용에만 기반해서 백신 허가 대상을 제한해서는 안 된다. 다만, 초기 백신 코호트 (cohort)의 더 장기적인 후속 연구가 필요하다는 뜻이다. 임상적, 혈청학적인 최종 단계 기간 역시 결정해야 하는데, 인간의 코로나바이러스 감염에서 면역력 저하가 빈번하기 때문이다 (10). 코로나바이러스는 변형률이 높은 한 가닥의 RNA 게놈 (genome, 유전체)로 구성되어 있다. SARS-CoV-2 전염병의 진화 과정에서 어느 정도의 유전적인 변이가 생기긴 했지만, 특히 바이러스 중화에 중요하다고 생각되는 부분에서 스파이크 단백질 변형은 지금까지 크게 없었다. 이를 근거로 지금 개발하는 백신의 효과가 앞으로 6-12개월 후에 순환할 바이러스 유형에도 효과가 있을 것이라고 조심스럽게 낙관해 볼 수 있다 (11).

적은 수의 지원자에게 백신을 투여하고 SARS-CoV-2에 접촉하게 하는 인간을 대상으로 한 통제 실험 가능성이 제시되었다. 잠재적인 면역 상관관계를 정의하는 실험을 설계하거나 덜 효과적인 백신을 골라내는 실험을 설계할 수 있다면 인간을 대상으로 한 실험이 실용적일 수도 있다. 하지만 이 접근법은 병리 생리학과 안전성의 관점에서 볼 때 아직 부족한 점이 많다 (12). 건강한 젊은 세대가 코로나바이러스 19로 인해 심각한 질병을 앓거나 사망에 이를 위험성은 낮다고 하지만 전무한 것은 아니며, 코로나바이러스 19의 위험에 노출된 지원자를 효과적으로 치료할 검증된 치료법이 없어서 위험하기 때문이다. 대부분의 지원자가 SARS-CoV-2 바이러스에 감염되면 가벼운 질병 증상을 앓도록 설계해서 소수 환자의 경우에서 볼 수 있는 폐 관련 병태생리학적인 증상을 반복해서 겪지 않도록 실험이 진행될 가능성이 높다. 게다가, 젊고 건강한 성인에게만 효과적인 백신이라면 노인층이 코로나바이러스 19 관련 심각한 공통 인자를 가졌다고 해서 백신의 비슷한 효과를 기대할 수 없으며 백신의 효과로 주요 감염 집단에 대한 전염성이 감소할 거라고 증명할 수도 없다. 이런 실험을 진행할 가치가 있을지, 그리고 이런 실험이 백신 개발 일정에 이득이 될지에 관해 윤리학자들, 임상시험자들, 백신 개발 전문가들로 구성된 독립적인 패널의 평가가 필요하다.

백신 플랫폼

다행히 백신 개발을 위한 노력이 빠르게 진행되고 있으며 몇 가지 백신 플랫폼이 임상 평가를 앞두고 있다. 기존의 재조합 단백질과 복제 및 비 복제 바이러스 벡터, 핵산 DNA 및 mRNA 접근법 등을 예로 들 수 있다. 각 기본 백신 플랫폼에는 장점과 한계점이 있다. 백신 개발에서 중요한 특성에는 백신 생산 속도와 융통성, 안전성과 백신의 반응원성, 체액 및 세포 면역원성의 윤곽, 면역력의 내구성, 백신 생산의 규모와 비용, 백신의 안정성, 냉장 유통이 필요한지의 여부가 포함된다. 한 개의 백신 또는 한 개의 백신 플랫폼으로 전 세계의 백신 요구량을 다 채우는 것은 불가능하기 때문에 다각적인 노력이 절대적으로 중요하다.

핵산에 기반한 백신을 개발하는 업체가 여러 개 있으며, 모더나 (Moderna), 바이온텍/화이자 (BioNTech/Pfizer), 큐어백 (CureVac) (mRNA 기반), 이노비오 (Inovio) (DNA 기반)에서 개발 중이다. DNA- 및 mRNA 기반 백신은 바이러스 서열을 바탕으로 빠르게 생산이 가능해서 의료 시설 공급에 속도를 낼 수 있다 (13, 14). 현재는, DNA의 면역원성을 최적화하기 위해서 DNA가 세포 안에 침투할 수 있도록 전기 천공법 또는 주사 방법을 사용한다. mRNA 백신은 mRNA를 보호해서 전달하며, 면역원을 효과적으로 보조하기 위해서 지질 나노입자를 이용한다. 지질 나노입자의 크기 확장성 및 온도 안정성이 문제가 될지 논의가 필요하다. 핵산 백신을 대상으로 한 초기 임상시험은 많지만 광범위하게 사용하도록 허가를 받은 백신은 없다. 그래서 전망은 낙관적이지만 불확실한 부분이 남아있어서 이런 백신 제품의 면역원성 및 안전성을 신속하게 평가하는 동시에 상업적으로 사용된 적이 별로 없다는 사실도 다루어야 할 것이다.

핵산 백신의 경우, 기존의 재조합 단백질 기술을 이용해서 스파이크 단백질을 표시할 수 있고 (예, 사노피 (Sanofi)사와 노바백스 (Novavax)사), 핵산 백신 생산에 필요한 세포계를 확립하는 데 걸리는 시간이 더 길긴 하지만 단백질 백신과 단백질 입자 백신은 상업적으로 많이 사용되어 B형 간염, 인체 유두종 바이러스, 수두 대상 포진, 독감에 허가를 받아 사용 중이다. 단백질 백신을 사용할 때는 두드러지는 TH1 유형의 면역 반응을 유도하기 위해서 효과적인 보조제가 필요한데 특정한 보조제 사용에 제한이 있을 수 있다. 바이러스 벡터 (매개체) 백신은 타켓으로 하는 바이러스 유전자를 잘 짜인 벡터 중 하나로 부호화하며 (encode) 아데노바이러스 (Ad)와 수포성 구내염 바이러스 (VSV)를 포함한다. 복제 결손 아데노바이러스 25 (rAd26)은 최근에 에볼라 바이러스 감염 예방에 효과가 있는 안전한 면역원으로 입증되었으며 (15), 코로나바이러스 19에 사용하기 위해서 얀센 (Janssen) 제약 회사에서 개발 중이다. 이 백신 플랫폼은 잠재적으로 대량 생산이 가능하다. 특정한 바이러스 벡터에 이미 면역성을 가지고 있는 경우 면역원성을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 실험 초기 단계에서 이 문제를 다루어야 할 것이다. 옥스퍼드 대학과 아스트라제네카 (AstraZeneca)사에서 공동으로 개발한 재조합 침팬지 아데노바이러스 벡터 (ChAdOx1) 역시 임상시험에 들어갔다. 비슷한 유형의 침팬지 아데노바이러스 (ChAd) 백신 제품은 이전에 진행한 임상시험에서 안전하고 면역 효과가 있는 것으로 입증되었다. VSV 벡터 백신 플랫폼은 복제가 가능하며 한 번의 접종으로 효과적이고 오래 지속되는 면역 반응을 유도한다. 머크 (Merck) 사에서 허가받은 VSV 에볼라 백신은 한 번의 접종으로 충분한 효과를 볼 수 있지만, 백신에 대한 반응원성은 인구 집단에 따라 제한적일 수 있다. 백신에 대한 이런 다양한 접근 방법을 사용하면 광범위한 인구가 사용할 수 있는 대규모의 백신 생산이 가능할 수도 있다.

전략적인 협력

ACTIV 공공-민간 협력 프로그램에 따라, 미국 국립 위생 연구소 (NIH)는 식품 의약품국, 질병 관리 센터, 생명 의학 연구 개발 당국을 포함하는 보건 사회 복지부의 자매기관들과 협력 중이며 국방부 및 재향 군인국을 포함하는 미국의 기타 정부 부처, 유럽 의약청, 학계의 대표자들, 자선 단체들, 15개가 넘는 바이오 제약 회사, NIH 재단과 협력 중이다. 이렇게 구성된 포럼에서 백신 실험 설계에 대해 논의해서 합의하고 공공 부문과 민간 부분이 긴밀히 협력한다면 백신 효과 실험을 신속하고 효율적으로 진행할 수 있을 것이다. 백신 실험을 일반적인 독립 연구소에서 진행하든지 아니면 샘플과 자료를 제공해서 대리 표지자 (surrogate markers)로 사용하도록 해서 백신 허가 및 백신 효과의 전반적인 비교에 속도를 내자는 의견이 점점 많아지고 있다. 일반적인 기관 감사 위원회뿐 아니라 교차 실험 자료를 감시하는 일반적인 자료 및 안전성 모니터링 위원회 (Data and Safety Monitoring Board (DSMB))를 이용해서 백신 개발 업체의 규제 틀을 조정하고 규제 기관 및 공공 기관이 다양한 백신 개발 접근 방법의 효과를 객관적으로 평가할 수 있어야 한다. 백신 지원자들이 실험 1단계 준비에 들어가면 3단계를 공동으로 준비하는 속도가 필요하다. 주로 미국에서 진행하는 백신 개발 실험에 집중하고 있기는 하지만, AVTIV 프로그램의 하나로 설립된 코로나바이러스 19 예방 네트워크 (COVID-19 Prevention Networks)는 전 세계적인 관점에서 세계 보건 기구 (World Health Organization), 전염병 대비 혁신 연합 (Coalition for Epidemic Preparedness Innovations)과 협력하고 있으며 기타 자선 단체와의 전 세계적인 협력도 필요하다.

각 백신 개발 방법의 효과를 투명하게 평가하려면 조화를 이룬 마스터 프로토콜을 만들어야 한다. ACTIV와 같은 공공-민간 협력 프로그램을 통해 정부가 지원하는 중앙 연구소와 독립된 생물 통계학자들이 백신 효과 실험의 핵심 자원으로 참여해서 상이한 백신 유형의 면역 반응을 평가하는 표준화된 방법을 제공한다면 조화로운 프로토콜을 만들 수 있다 (도표 참조). 정부가 지원하는 중앙 연구소에서는 백신 보호 효과의 상관관계를 알아내어 모든 백신의 허가 속도를 빠르게 할 뿐 아니라 면역성을 보유하게 될 인구 분포를 파악할 수 있을 것이다. 업체 간에 자료를 공유하고 독립적으로 자료 통계를 분석하면 백신 효과의 대리 표지자를 초기에 평가해서 백신의 허가 및 배분의 속도를 빠르게 할 수 있다. 이런 자료 수집은 백신 효과 실험의 계획 초기 단계에서 조화로운 협력으로 가능하며, 도표에서 볼 수 있듯이 임상시험 장소 공유, 일반적인 자료 및 안전성 모니터링 위원회 (DSMB)를 통한 백신 효과 실험 모니터링, 독립적인 통계학자들에게 교차 실험 자료 실시간 제공, 면역성을 모니터하는 중앙 연구소를 이용하는 협력 방법 실행으로 가능하다. 백신 개발 과정에서 이런 혁신적인 방법을 사용해야 임상시험을 시작하는 플랫폼 기술의 빠른 개발이 가능하다. 전 세계적인 노력, 전 세계적인 협력, 투명성이 있어야 시기적절하게 전 세계 인구에게 필요한 과학적인 진보의 길을 속도와 정확성, 의사 결정에 있어 최고의 수준으로 제시할 수 있다. 이런 모든 프로그램 모델이 이미 현존하며 이런 아이디어를 신속하게 적용하는 것만이 코로나바이러스 19 이전 수준의 사회 상호 작용으로 시기적절하게 성공적으로 되돌아갈 수 있는 유일한 길이다.

규모 확대

백신의 접종량을 수억 개에서 수십억 개 단위로 생산하려면 전 세계의 백신 생산 시설을 모두 사용해야 한다. 새로운 기술과 공장을 개발해서 생산량을 유지할 수는 있겠지만 지금 당장은 바이얼 병에 담긴 백신을 공급하기 위해서 필요한 필/피니쉬 제조 방법 (fill/finish step)을 포함한 필수적인 바이오 생산 기반 시설에 재정적으로 지원해야 한다. 비용, 공급 시스템, 냉장 유통이 필요한지의 여부, 광범위한 지역을 커버하는 배송 모두 개인과 지역 사회에 백신을 공급하는 데 제한요소가 될 수 있다. 전 세계적인 수준에서 공중 보건을 제공하는 기관 및 경제 기관 간에 협력이 이루어져야 이런 이슈를 모두 다룰 수 있겠다.

이전의 일상 모습으로 돌아가기 위해서는 SARS-CoV-2 백신 개발이 절대적으로 필요하다. 백신을 개발하기 위해서 공공, 민간, 자선 부문의 모든 자원을 전략적인 방법으로 사용해야 한다. ACTIV 공공-민간 협력 프로그램 및 조화롭게 협력하는 백신 효과 실험을 모델로 삼아 전 세계가 추구하는 목적을 이룰 수 있을 것이다.

출처: Science

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