เหตุโรคระบาด COVID-19 ทำให้คนจำนวนมากรู้จักเทคโนโลยีการผลิตวัคซีนอย่างไม่เคยมีมาก่อน เช่นเทคโนโลยีเชื้อตายที่เป็นเทคโนโลยีผลิตวัคซีนที่มีมายาวนาน และเหตุโรคระบาดครั้งนี้ก็มีวัคซีนเชื้อตายถึง 3 ตัว อีกเทคโนโลยีคือ mRNA ที่เพิ่งมีถูกใช้พัฒนาวัคซีนเพื่อใช้งานเป็นวงกว้างครั้งแรก

ในงาน TEDxBeaconStreet เมื่อปี 2013 Stéphane Bancel ผู้ก่อตั้งบริษัท Moderna ได้บรรยายถึงไว้ว่าทำไมเทคโนโลยี mRNA จึงเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ไม่หยุดแค่การสร้างวัคซีนต่อต้านไวรัสใหม่ๆ เท่านั้น แต่ยังมีโอกาสสร้างยาใหม่ๆ สู้โรคที่เราไม่เคยรักษาได้มาก่อน

กระบวนการเริ่มจากการทำงานของเซลล์ในร่างกายของเรา ที่มี DNA อยู่ภายใน DNA เป็นแม่พิมพ์ของโปรตีนจำนวนมากในร่างกาย โดยรวมแล้วเราใช้งานโปรตีนอยู่ประมาณ 22,000 ชนิด DNA จะสร้าง mRNA หรือ messenger RNA เข้าไปยังไรโบโซมเพื่อสร้างโปรตีน โดยรวมร่างกายของเราผลิตโปรตีนนับล้านล้านครั้งต่อวัน หาก DNA ของเราบกพร่อง หรือร่างกายของเราผิดปกติบางประการ กระบวนการผลิตโปรตีนก็อาจจะผิดเพี้ยนไป เช่น ขาดฮอร์โมนบางตัว หรือสารเช่นอินซูลิน

ความพยายามแก้ไขความบกพร่องของร่างกายของเรานั้นมีมายาวนาน ทุกวันนี้เราสามารถผลิตโปรตีนรูปแบบต่างๆ เพื่อทดแทนโปรตีนที่ร่างกายของผู้ป่วยผลิตเองไม่ได้ กลายเป็นยารักษาโรคอยู่ประมาณ 20 ตัว อีกด้านของความพยายามคือการตัดต่อพันธุกรรมเพื่อให้ร่างกายของเรากลับมาสร้างโปรตีนที่ขาดไปได้อีกครั้ง แต่หลังจากพยายามอยู่นับสิบปี มีการรักษาด้วยการตัดต่อพันธุกรรมได้รับอนุญาตเพียงตัวเดียว (ข้อมูลปี 2013 ที่ Bancel บรรยาย)

Bancel ระบุว่า ก่อนหน้านี้บริษัทยาไม่ได้พัฒนา mRNA เพื่อผลิตยา เพราะตัว mRNA นั้นไม่เสถียรอย่างมาก ขณะเดียวกันตัว mRNA นั้นหากเข้าสู่ร่างกายแล้ว ระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายจะมองว่าเป็นวัตถุแปลกปลอมและทำลาย mRNA อย่างรวดเร็ว แต่บริษัทยาเช่น Moderna นั้นพัฒนาเทคนิคที่จะพา mRNA เข้าไปในเซลล์เพื่อให้ไปสั่งไรโบโซมให้ผลิตโปรตีนที่ต้องการ โดยโปรตีนนั้นคือยาที่เราอยากได้จริงๆ

เนื่องจากกระบวนการทำงานของ mRNA เป็นการสั่งไรโบโซมในเซลล์ของเราเองให้โปรตีน Bancel ระบุว่าความได้เปรียบสำคัญคือเราสามารถสร้างยาที่ทำงานภายนอกเซลล์ (secreted protein) ซึ่งเป็นรูปแบบที่เราใช้สร้างวัคซีน หรือยาที่ทำงานอยู่ในเซลล์เอง (intra-cellular protein) ก็ได้

Note: โครงสร้างและการทำงานของไรโบโซมเป็นอีกแขนงหนึ่งของการวิจัยสารชีววิทยา กลุ่มนักวิจัย ได้แก่ Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz, และ Ada E. Yonath ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเมื่อปี 2009 จากการศึกษาโครงสร้างและการทำงานของไรโบโซม ตัว Ramakrishnan นั้นเขียนเรื่องราวของการศึกษาโครงสร้างของไรโบโซมไว้ในหนังสือ Gene Machine

ในการบรรยายเมื่อปี 2013 Bancel ยกตัวอย่างการทดลองสร้างโปรตีน VEGF ในหนูเพื่อรักษาหัวใจหลังจากหัวใจวาย การ โดย VEGF จะไปกระตุ้นสเต็มเซลล์ในหัวใจให้สร้างกล้ามเนื้อหัวใจกลับขึ้นมาใหม่ทดแทนกล้ามเนื้อส่วนที่บาดเจ็บหลังเกิดหัวใจวาย ข้อดีสำคัญของ mRNA คือมันกระตุ้นให้ร่างกายสร้าง VEGF ได้ปริมาณสูงในในช่วงที่ mRNA ยังอยู่ในร่างกาย แต่เมื่อ mRNA สลายตัวไปภายใน 48 ชั่วโมงก็หยุดสร้างโปรตีนไปเอง เทียบกับการรักษาแบบตัดต่อพันธุกรรมที่ควบคุมได้ยาก จนการทดลองยาล้มเหลวเพราะหนูที่ถูกตัดต่อพันธุกรรมกลับตายเร็วกว่าหนูที่ไม่ได้รับการรักษาเสียอีก

Moderna นั้นได้รับเงินลงทุนจากนักลงทุนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และไม่สามารถทำตลาดยาได้เลยตั้งแต่ตั้งบริษัทในปี 2010 อย่างไรก็ดีบริษัทเข้าตลาดหุ้นในปี 2018 เพื่อระดมทุนเพิ่มเติม ในปี 2019 บริษัทไปบรรยายถึงโครงสร้างไอทีที่บริษัทใช้พัฒนายาในงาน AWS เปิดเผยว่ามียา mRNA อยู่ระหว่างการพัฒนานับสิบตัว รวมถึง mRNA สำหรับสร้างโปรตีน VEGF ที่ Bancel บรรยายว่าประสบความสำเร็จในการรักษาหัวใจหนูเมื่อปี 2013 ก็เข้าสู่เฟส 2 แล้ว ขณะที่ BioNTech นั้นก็กำลังพัฒนายาอยู่ในสายการผลิตถึง 20 ตัว

เมื่อปี 2020 Moderna ได้รับทุนจากรัฐบาลสหรัฐฯ ประมาณ 4,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ หรือ 130,000 ล้านบาท เพื่อพัฒนาวัคซีน และพัฒนาได้สำเร็จ ขณะที่ Pfizer ไม่ได้รับทุนรัฐบาลสหรัฐฯ โดยตรงแต่ได้รับคำสั่งซื้อวัคซีนล่วงหน้ามูลค่า 1,900 ล้านดอลาร์ (60,000 ล้านบาท) และ BioNTech ที่ร่วมพัฒนายานั้นได้รับทุนจากรัฐบาลเยอรมนีมูลค่า 375 ล้านดอลลาร์ (14,000 ล้านบาท)

ภาพกระบวนการผลิต mRNA จาก Aldevron ผู้รับจ้างผลิต mRNA ให้ Moderna

กระบวนการผลิต mRNA นั้นต่างจากวัคซีน COVID-19 อื่นๆ ที่ต้องอาศัยการเลี้ยงเซลล์โฮสต์ แล้วนำเชื้อไปแพร่ในเซลล์เหล่านั้นเพื่อให้ได้ยาออกมา (อ่านเพิ่มเติมกระบวนการผลิตวัคซีน AstraZeneca) แต่อาศัยการตัดต่อพลาสมิด (plasmid) สารพันธุกรรมที่พบในแบคทีเรียที่สามารถทำซ้ำตัวเองได้หากอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ถูกต้อง โดยกระบวนการผลิตแต่ละรอบอาจจะใช้เวลา 1 วันถึง 3 สัปดาห์ขึ้นกับปริมาณการผลิต

COVID-19 กลายเป็นโอกาสสำคัญของ Moderna และ BioNTech เพราะทำให้วัคซีน mRNA ได้รับการยอมรับในวงกว้างในทันที เทียบกับยาตัวอื่นๆ ที่ใช้เวลานานนับสิบปีและยังไม่สามารถนำมาใช้งานได้จริง แต่ความสำเร็จของวัคซีนจากทั้งสองบริษัทก็น่าจะทำให้ทั้งสองบริษัทมีเงินทุนเพียงพอต่อการพัฒนายาตัวอื่นๆ ไปได้อีกมาก และมีโอกาสสูงที่เราจะได้เห็นยาตัวอื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นยารักษาหรือวัคซีนโรคใหม่ๆ ต่อไป