Estudio de toxicidad comparativa confirma el potencial del mini cerdo de Göttingen como alternativa al conejo en la evaluación de seguridad preclínica de vacunas de ARNm
Antecedentes
En el desarrollo de terapias contra enfermedades infecciosas y cáncer, la tecnología de ARN mensajero (ARNm) ha demostrado una velocidad y escalabilidad sin precedentes. Cuando se inyectan en el organismo las vacunas de ARNm cargadas en nanopartículas lipídicas (LNP), estas expresan antígenos diana dentro de las células, lo que induce una respuesta inmunitaria sistémica transitoria e inflamación local. Para confirmar la ventana de seguridad y detectar posibles efectos adversos antes de que el candidato a fármaco se administre a los seres humanos, es necesario contar previamente con modelos de evaluación de seguridad preclínica que simulen con precisión la fisiología humana y la respuesta inmunitaria.
En las pruebas de toxicidad de vacunas, los conejos (conejo blanco de Nueva Zelanda) han sido ampliamente utilizados durante mucho tiempo como animales de laboratorio estándar. Esto se debe a que permiten observar rápidamente la irritación local en el sitio de inyección intramuscular y la respuesta febril, además de contar con una rica base de datos histórica sobre la evaluación de vacunas. Sin embargo, los conejos muestran límites claros al realizar una verificación precisa de la plataforma mRNA-LNP. Debido a su pequeño tamaño, la cantidad de sangre necesaria para el análisis farmacocinético o el análisis de múltiples biomarcadores es insuficiente, y la gama de reactivos comerciales de diagnóstico inmunológico e inflamatorio también está limitada. Por lo tanto, existía una brecha fisiológica significativa que dificultaba el seguimiento multidimensional de los pequeños cambios hemodinámicos o las respuestas inflamatorias complejas que aparecen durante la administración repetida.
Como alternativa para superar estas limitaciones, el minicerdo de Göttingen ha comenzado a cobrar relevancia. Los cerdos poseen una estructura cardiovascular, metabólica, cutánea y de tejido subcutáneo muy similar a la humana, lo que los convierte en un modelo estándar no roedor de alta utilidad en las pruebas de toxicología general. Su mayor volumen de fluidos permite extracciones de sangre frecuentes y dispone de una amplia gama de kits de análisis de marcadores inflamatorios validados. Por ello, se hizo necesario un estudio comparativo sistemático para determinar si el cerdo miniatura puede sustituir al conejo en la evaluación de vacunas de ARNm.
Hallazgos clave
Los investigadores compararon los datos de dos estudios de toxicidad independientes que administraron un candidato de vacuna ARNm-LNP que codifica el antígeno hemaglutinina H3 (HA H3) a niveles de dosis equivalentes. Un ensayo se realizó con conejos (el estándar animal actual) y el otro con cerdos mini de Göttingen como candidatos alternativos. Los parámetros evaluados incluyeron la observación de síntomas clínicos generales, reacciones locales en el sitio de inyección, cambios en el peso y el consumo de alimento, medición de la temperatura corporal, análisis clínico de laboratorio, evaluación de la inmunogenicidad, medición de biomarcadores inflamatorios y examen histopatológico post mortem.
En ambas especies se observó la respuesta inmunitaria típica esperada tras la vacunación con vacunas de ARNm. Aunque la tolerancia en el sitio de inyección fue buena en ambos, se detectaron diferencias sutiles en la reactogenicidad local y los patrones febriles. La induración leve y transitoria en el sitio de inyección y el aumento transitorio de la temperatura corporal se observaron claramente únicamente en el grupo de minicerdos de Göttingen. Este patrón es similar a la fiebre leve y al edema local que se informan con frecuencia en ensayos clínicos humanos, lo que indica que el mini cerdo refleja con mayor sensibilidad la reactogenicidad inducida por la vacuna.
Los indicadores de la respuesta inflamatoria en la sangre trazaron trayectorias consistentes en ambas especies. Tras la inoculación, los niveles de neutrófilos, fibrinógeno y proteína C-reactiva (PCR) aumentaron temporalmente y, transcurrido un tiempo determinado, se recuperaron hasta alcanzar los valores basales. El análisis histopatológico también reveló patrones coincidentes. Se observó un nivel equivalente en ambas especies de la infiltración de células inflamatorias en el sitio de inyección y del aumento de la integridad celular de los centros germinales en los ganglios linfáticos drenantes. Esto equivale a que la activación inmune del sistema linfático, derivada de la expresión de ARNm y la estimulación por LNP, se reprodujo de manera idéntica en ambos modelos.
Implicaciones y perspectivas
Estos resultados proporcionan evidencia preliminar de que el mini cerdo de Göttingen es un modelo no primario válido para sustituir al conejo en la evaluación de seguridad preclínica de vacunas de ARNm. La capacidad de completar análisis temporales de alta densidad, como el perfilado de citocinas, la activación del complemento y la farmacocinética profunda, en un solo individuo, basándose en un volumen suficiente de sangre, aumenta significativamente la eficiencia de la evaluación. Además, destaca la ventaja física de poder observar lesiones locales aplicando sin cambios las agujas y dispositivos clínicos reales, gracias a su grosor cutáneo y masa muscular similares a los humanos.
Los desafíos que deben superarse también son claros. Dado que este estudio se basa en una comparación cualitativa posterior de pruebas realizadas de forma independiente, debería seguirse necesariamente una validación mediante comparaciones directas uno a uno bajo condiciones ambientales controladas e idénticas. Asimismo, el cerdo miniatura presenta mayores costos de cría y requiere instalaciones experimentales de gran tamaño, lo que reduce su rentabilidad en la etapa inicial de cribado. Los datos de las vacunas para cerdos miniatura aún se encuentran en una fase inicial, en comparación con la base de datos de control histórico acumulada por las autoridades regulatorias sobre la toxicidad basada en conejos. Con la acumulación de datos con diversos antígenos y composiciones de LNP, se espera que este modelo se consolide como una plataforma clave para la evaluación de seguridad de la próxima generación de terapias génicas y vacunas de ácidos nucleicos.
BACKGROUND: Robust non-clinical safety models are crucial to the development and evaluation of messenger ribonucleic acid (mRNA)-based drugs and vaccines. In this study, we leveraged cross-study data to explore whether the Göttingen minipig could serve as an alternative to the rabbit, a commonly used species in vaccine safety assessment. METHODS: Results from two independent toxicity studies of lipid nanoparticle-encapsulated mRNA encoding the hemagglutinin H3 antigen, administered at equivalent dose levels, were qualitatively compared. Clinical observations, local reactions, body weight, food consumption, body temperature, clinical pathology, immunogenicity, inflammatory biomarkers, and anatomical pathology endpoints were evaluated. RESULTS: Both species exhibited expected vaccine responses, with minor differences in local reactogenicity and body temperature. The vaccine candidate was well tolerated at the injection site in both species. However, mild and transient vaccine-related effects (i.e., injection site induration and increased body temperature) were observed only in minipigs. Transient increases in neutrophil, fibrinogen, and C-reactive protein levels were observed in both species following vaccination, consistent with an inflammatory response. Microscopic findings (i.e., inflammation at the injection site and increased germinal center cellularity in the draining lymph nodes) were comparable between species and aligned with expected immune activation following vaccination. CONCLUSIONS: This qualitative comparison provides preliminary, supportive evidence for the potential use of the minipig as an alternative to the rabbit in non-clinical safety evaluation of mRNA vaccines, with the added benefit of larger blood volume for sampling and availability of validated key inflammatory markers.
Este estudio ofrece una alternativa práctica para innovar el monitoreo de la reactogenicidad y la toma continua de muestras de biomarcadores en la fase preclínica del desarrollo de vacunas de ARNm. Las empresas desarrolladoras de nuevos fármacos pueden cumplir con la ética de los experimentos animales (principio de las 3R) al concentrar el análisis de inflamación en serie en un pequeño número de cerdos mini Göttingen, en lugar de sacrificar múltiples individuos debido a las limitaciones de extracción de sangre en modelos con conejos.
Para las biotecnológicas próximas a la fase clínica, el uso de kits validados de PCR y múltiples citocinas en mini cerdos permite cuantificar con precisión los riesgos de fiebre y endurecimiento local antes de los ensayos de Fase 1 en humanos, asegurando un margen de seguridad en la dosificación. Desde la perspectiva regulatoria, obtener datos fisiológicos de alta similitud humana reduce significativamente la incertidumbre en el proceso de solicitud de autorización del producto.