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Les vaccins à ARN développés contre la COVID-19, comme celui de Pfizer/BioNTech et celui de Moderna, occupent le devant de la lutte contre la pandémie. Voici comment ils fonctionnent.
Tout vaccin a pour but de fournir un leurre à l’organisme, ressemblant de très près à l’agent infectieux à combattre pour qu’il déclenche une réponse immunitaire. En cas de vraie rencontre avec le pathogène, en l’occurrence le virus SARS-CoV-2, les anticorps et les cellules immunitaires seront alors déjà formés et entraînés pour empêcher l’infection, ou du moins pour réduire la gravité des symptômes.
La protéine S du SARS-CoV-2, contre laquelle est dirigée la réponse immunitaire. Image: Wiki 5-HT2AR
Dans les vaccins classiques, le virus est inactivé ou coupé en morceaux et c’est ce résidu qui sert de leurre (voir notre texte : Vaccins contre la COVID-19 : quelles sont les stratégies à l’étude?). Dans le cas des vaccins à ARN, l’approche est différente. On a d’abord identifié une protéine du virus contre laquelle le système immunitaire réagit fortement : il s’agit de la protéine S, celle qui se dresse à la surface du SARS-CoV-2 et qui lui permet de se fixer à nos cellules. De nombreux vaccins en développement consistent d’ailleurs à injecter directement cette protéine S pour déclencher la réponse immunitaire.
Mais il existe une autre option, qui consiste à fournir à l’organisme la « recette » – le code d’ARN – pour qu’il fabrique lui-même la protéine S. Autrement dit, on introduit un cheval de Troie inoffensif dans les cellules de la personne vaccinée pour qu’elles fabriquent elles-mêmes le leurre.
Les vaccins à ARN contre la COVID-19 contiennent donc la séquence génétique qui code pour tout ou pour une partie de la protéine S. Celle-ci n’aura aucune fonction; elle ne sera pas nocive, mais sa présence suffira à engendrer une réponse immunitaire.
Où va l’ARN?
Quand on injecte ce type de vaccin, plusieurs cellules vont internaliser le petit code d’ARN et le « déchiffrer » pour produire la protéine.
« Nous avons montré [à l’aide de techniques d’imagerie chez des animaux] que les molécules d’ARN sont internalisées au niveau du muscle, le site d’injection, et des ganglions drainants », détaille Bruno Pitard, chercheur au Centre de recherche en cancérologie et immunologie de l’Université de Nantes, en France, et auteur d’une publication sur le sujet dans Nature en 2019.
On sait notamment que lorsqu’on injecte le vaccin, les cellules dendritiques, qui sont des cellules de défense de première ligne, l’absorbent et migrent ensuite vers les ganglions lymphatiques, des « quartiers généraux » de l’immunité situés un peu partout dans le corps. Elles y « présentent » alors la protéine intruse à d’autres cellules immunitaires (lymphocytes B et T), ce qui déclenche l’alerte.
Pas d’inquiétude toutefois: l’ARN étranger est rapidement détruit. Il ne peut en aucun cas modifier le génome contrairement à ce que certaines personnes laissent entendre sur les médias sociaux. D’autant qu’il n’entre pas dans le noyau de la cellule, où se trouve l’ADN, mais reste dans le « cytosol », le compartiment hors noyau.
Précisons qu’à tout moment, dans une cellule normale, on trouve des milliers de copies d’ARN messagers qui permettent de faire « tourner » la machine, en quelque sorte. Le vaccin à ARN ajoute donc, de façon momentanée, une instruction supplémentaire dans le flot d’instructions déjà présentes.
Mode d’administration
L’ARN est une molécule très fragile qui est rapidement détruite lorsqu’elle est introduite dans l’organisme. C’est ce qui a retardé la mise au point de ce type de vaccins, pourtant étudiés depuis les années 1990.
Pour que l’ARN soit délivré à l’intérieur des cellules, sans se faire détruire en chemin, plusieurs stratégies ont été expérimentées : injection directe, injection dans des cellules dendritiques, encapsulation dans des sphères de lipides, dans des polymères, des peptides, etc.
Les vaccins développés contre la COVID-19 sont encapsulés dans des nanolipides, qui constituent une sorte d’enveloppe artificielle capable de pénétrer dans la membrane lipidiques des cellules. Ces vaccins sont administrés par des injections intramusculaires. On n’y ajoute en général pas d’adjuvant, car l’enveloppe et l’ARN lui-même ont un pouvoir immunogène fort.
Avantages et inconvénients
Ce type de vaccin présente plusieurs avantages. D’abord, un vaccin à ARN peut être mis au point beaucoup plus rapidement que les vaccins classiques, car il suffit de synthétiser en laboratoire un brin d’ARN en se basant sur la séquence génétique du virus. Les essais de l’entreprise Moderna ont d’ailleurs débuté dans les 10 semaines suivant la publication du génome du SARS-CoV-2!
Ensuite, ces vaccins peuvent être fabriqués en grande quantité rapidement (pas besoin de cultiver de cellules ni de virus dans des bioréacteurs, ni de purifier des protéines). Ils sont également capables de générer une réponse immunitaire robuste, bien que deux doses semblent nécessaires dans le cas de la COVID-19.
Leurs inconvénients? Ils sont fragiles : l’ARN se dégrade très facilement, ce qui rend le stockage délicat. Le vaccin Pfizer/BioNTech, par exemple, devait initialement être conservé à -70°C (il peut finalement être réfrigéré à des températures bien supérieures).