Białko adhezyjne inspirowane małżami może wydłużyć odpowiedź immunologiczną po szczepieniu

Naukowcy z Korei Południowej opracowali eksperymentalną platformę dostarczania szczepionek, wykorzystującą mechanizm podwodnej adhezji białek wytwarzanych przez małże. W badaniach przedklinicznych adhezyjne białko adiuwantowe zatrzymywało antygen w miejscu podania, umożliwiało jego stopniowe uwalnianie oraz podtrzymywało odpowiedź humoralną i komórkową. Technologia może w przyszłości pomóc w opracowaniu szczepionek wymagających mniejszej liczby dawek, ale jej skuteczność i bezpieczeństwo nie zostały jeszcze potwierdzone w badaniach klinicznych z udziałem ludzi.

Dlaczego szczepionki wymagają dawek przypominających

Zespół badawczy z Korei Południowej opracował technologię szczepionkową, która może umożliwić uzyskanie długotrwałej odpowiedzi immunologicznej po pojedynczym podaniu. Rozwiązanie wykorzystuje właściwości białek adhezyjnych małży, pozwalających tym organizmom mocno przytwierdzać się do mokrych powierzchni i skał nawet w warunkach intensywnego falowania.

Badanie przeprowadził zespół kierowany przez prof. Hyung Joona Cha z Department of Chemical Engineering oraz School of Convergence Science and Technology w POSTECH (Pohang University of Science and Technology). W pracach uczestniczyli doktoranci Sukwon Jung z Division of Interdisciplinary Bioscience & Bioengineering oraz Hyun Tack Woo z Department of Chemical Engineering. Badanie wykonano we współpracy z zespołem prof. Byeong Hee Hwanga z Division of Bioengineering w Incheon National University.

Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Biomaterials”. Autorzy skoncentrowali się na jednym z podstawowych problemów dotyczących szczepionek podjednostkowych: ich stosunkowo niewielkiej immunogenności oraz krótkim okresie utrzymywania się antygenu w organizmie.

Wiele szczepień przeciwko chorobom zakaźnym wymaga podania kilku dawek w określonych odstępach. Dotyczy to zarówno szczepienia podstawowego, jak i późniejszych dawek przypominających. Konieczność ponownego zgłaszania się do punktu szczepień zwiększa obciążenie organizacyjne i finansowe, a także może zmniejszać odsetek osób kończących pełny schemat szczepienia.

Problem jest szczególnie istotny w regionach o ograniczonej dostępności infrastruktury medycznej, w których transport, przechowywanie preparatów, zapewnienie personelu oraz ponowne dotarcie do osób zaszczepionych mogą być utrudnione. Opracowanie szczepionki zapewniającej odpowiednią ochronę po jednej dawce mogłoby zatem ograniczyć nie tylko koszty, lecz także nierówności w dostępie do immunizacji.

Szczepionki podjednostkowe zawierają wybrane antygeny drobnoustroju, a nie całego zdolnego do namnażania patogenu. Takie rozwiązanie może zapewniać korzystny profil bezpieczeństwa, ale oczyszczony antygen często nie wywołuje wystarczająco silnej i trwałej aktywacji układu odpornościowego. Antygen może ponadto zostać stosunkowo szybko usunięty z miejsca podania, co skraca czas jego kontaktu z komórkami prezentującymi antygen.

Z tego powodu do wielu szczepionek dodaje się adiuwanty, czyli substancje nasilające i odpowiednio ukierunkowujące odpowiedź immunologiczną. Jednymi z najdłużej stosowanych adiuwantów są związki glinu. Ich możliwości w zakresie indukowania niektórych elementów odporności komórkowej mogą być jednak ograniczone, zwłaszcza gdy pożądana jest silna odpowiedź limfocytów T przeciwko patogenom wewnątrzkomórkowym lub komórkom nowotworowym.

Mechanizm inspirowany adhezją małży

Aby przedłużyć obecność antygenu w organizmie, badacze wykorzystali bioinżynieryjne białko adhezyjne małży. Naturalne białka tego rodzaju pozwalają małżom przytwierdzać się do różnych powierzchni w środowisku wodnym, w którym większość konwencjonalnych substancji klejących traci swoje właściwości.

Naukowcy połączyli białko adhezyjne małży z peptydem wzmacniającym odpowiedź immunologiczną. W ten sposób powstało adhezyjne białko adiuwantowe, określane skrótem AAP od angielskiej nazwy adhesive adjuvant protein.

Jego zadaniem jest jednoczesne pełnienie funkcji nośnika, lokalnego depozytu antygenu i czynnika wspomagającego aktywację układu odpornościowego. W uproszczeniu technologia działa jak biologiczny „klej dla szczepionki”, który utrzymuje jej składniki w określonym miejscu i ogranicza ich zbyt szybkie usuwanie.

Adhezyjne białko adiuwantowe i nanocząstki

Adhezyjne białko adiuwantowe samoorganizowało się z antygenem, tworząc nanocząstki. W badaniu jako antygen modelowy wykorzystano owoalbuminę. Powstały kompleks umożliwiał lokalne zatrzymywanie antygenu oraz jego stopniowe uwalnianie.

Autorzy zakładali, że przedłużona obecność antygenu może w pewnym zakresie naśladować dynamikę naturalnego zakażenia. Podczas infekcji układ odpornościowy zwykle nie styka się z antygenem jednorazowo, lecz jest eksponowany na niego przez dłuższy czas. Taka ekspozycja umożliwia rozwój odpowiedzi wrodzonej i adaptacyjnej, proliferację odpowiednich klonów limfocytów oraz wytwarzanie komórek pamięci immunologicznej.

Platforma AAP miała odtworzyć część tego procesu bez konieczności wykorzystywania zdolnego do namnażania patogenu. Utworzony w miejscu podania depozyt dostarczał antygen i komponent immunostymulujący w sposób bardziej przedłużony niż porównywany preparat zawierający adiuwant glinowy.

W badaniu wykazano, że zarówno antygen, jak i adiuwant utrzymywały się w miejscu podania dłużej niż w grupie, w której zastosowano konwencjonalny adiuwant na bazie glinu. Według autorów odpowiedź immunologiczna po pojedynczym podaniu preparatu AAP utrzymywała się ponad trzykrotnie dłużej niż w grupie porównawczej.

Określenie „ponad trzykrotnie dłużej” odnosi się jednak do konkretnego modelu eksperymentalnego, zastosowanego antygenu oraz wybranych parametrów odpowiedzi immunologicznej. Nie oznacza ono, że każda przyszła szczepionka wykorzystująca tę technologię będzie zapewniała trzykrotnie dłuższą ochronę kliniczną przed zakażeniem.

Rola peptydu PADRE

W konstrukcji AAP wykorzystano peptyd PADRE, którego nazwa pochodzi od określenia pan-DR epitope. Jest to syntetyczny, uniwersalny epitop limfocytów T pomocniczych, zaprojektowany tak, aby wiązać się z wieloma wariantami cząsteczek HLA klasy II.

Cząsteczki głównego układu zgodności tkankowej klasy II, czyli MHC klasy II, uczestniczą w prezentowaniu antygenów limfocytom T CD4+. Aktywowane limfocyty T pomocnicze wspierają następnie dojrzewanie limfocytów B, zmianę klas wytwarzanych przeciwciał, rozwój komórek plazmatycznych i powstawanie pamięci immunologicznej.

Zastosowanie PADRE ma ograniczać problem zmienności genetycznej układu HLA pomiędzy poszczególnymi osobami. Nie oznacza to jednak, że peptyd zapewnia identyczną odpowiedź u wszystkich ludzi. Siła i charakter odpowiedzi poszczepiennej zależą również od wieku, chorób współistniejących, leków immunosupresyjnych, wcześniejszych ekspozycji na antygeny oraz wielu innych czynników biologicznych.

Wpływ na odpowiedź humoralną i komórkową

W badaniu oceniano zarówno odpowiedź humoralną, związaną między innymi z wytwarzaniem przeciwciał, jak i odpowiedź komórkową zależną od limfocytów T. Uzyskane wyniki wskazują, że AAP nie ograniczało działania wyłącznie do jednego ramienia odpowiedzi adaptacyjnej.

Stwierdzono zwiększenie aktywności limfocytów T pomocniczych, które uczestniczą w aktywacji limfocytów B i wspierają produkcję przeciwciał. Zaobserwowano również zwiększoną aktywność limfocytów T cytotoksycznych. Komórki te rozpoznają i eliminują komórki zakażone wirusami, a w odpowiednio ukształtowanych warunkach mogą także uczestniczyć w odpowiedzi przeciwnowotworowej.

Odpowiedź immunologiczna pozostawała wykrywalna sześć tygodni po szczepieniu. Badacze stwierdzili ponadto obecność wyraźnej populacji limfocytów T pamięci, które są jednym z kluczowych elementów długotrwałej pamięci immunologicznej.

Autorzy ocenili również, czy długotrwała stymulacja układu odpornościowego prowadzi do cech wyczerpania limfocytów T. W analizowanym okresie nie stwierdzono nasilonego fenotypu wyczerpania immunologicznego, który wskazywałby na utratę funkcjonalności komórek w wyniku przewlekłej aktywacji.

Brak cech wyczerpania w sześciotygodniowej obserwacji modelu zwierzęcego jest korzystnym sygnałem, ale nie przesądza o długoterminowym bezpieczeństwie platformy. Potrzebne są badania obejmujące dłuższy okres obserwacji, różne dawki, wielokrotne podania oraz ocenę potencjalnej miejscowej i ogólnoustrojowej toksyczności.

Potencjalne znaczenie i ograniczenia badania

Uzyskanie wystarczającej ochrony immunologicznej po pojedynczej dawce byłoby szczególnie wartościowe w przypadku szczepień prowadzonych w regionach o ograniczonej dostępności systemu ochrony zdrowia. Mniejsza liczba koniecznych wizyt mogłaby poprawić realizację pełnych schematów szczepień i zmniejszyć koszty programów immunizacyjnych.

Technologia mogłaby również znaleźć zastosowanie w sytuacjach, w których szybkie objęcie szczepieniami dużej populacji jest ważniejsze niż prowadzenie wieloetapowego schematu podawania dawek. Potencjalne korzyści zależałyby jednak także od stabilności preparatu, wymagań dotyczących łańcucha chłodniczego, kosztów wytwarzania, łatwości podania i możliwości produkcji na dużą skalę.

Autorzy podkreślają, że funkcjonalne białka adhezyjne małży mogą charakteryzować się korzystną biokompatybilnością i mogą być wytwarzane metodami biotechnologicznymi. Są to cechy istotne z perspektywy rozwoju produktu leczniczego, ale nie zastępują pełnego programu badań toksykologicznych i klinicznych.

Najważniejszym ograniczeniem jest przedkliniczny charakter badania. Wykorzystanie owoalbuminy jako antygenu modelowego pozwala dokładnie analizować mechanizmy immunologiczne, ale nie odpowiada bezpośrednio szczepieniu przeciwko konkretnemu patogenowi. W badaniu nie wykazano jeszcze ochrony przed zakażeniem, zmniejszenia ryzyka objawowej choroby ani zapobiegania hospitalizacjom.

Nie można również zakładać, że długotrwałe utrzymywanie się antygenu zawsze będzie korzystne. Zbyt przedłużona lub nadmierna aktywacja układu odpornościowego może teoretycznie zwiększać ryzyko miejscowego stanu zapalnego, niepożądanej immunogenności, powstawania ziarniniaków albo reakcji autoimmunologicznych. Parametry retencji i uwalniania będą zatem wymagały precyzyjnego dostosowania do konkretnego antygenu i wskazania.

Dalsze kierunki rozwoju technologii

Zespół planuje rozwijać platformę między innymi jako system dostarczania szczepionek przeciwnowotworowych. Badacze wskazują zwłaszcza na możliwość wykorzystania jej w terapii tak zwanych guzów immunologicznie zimnych, w których obserwuje się niewielką infiltrację aktywnych limfocytów T i ograniczoną odpowiedź na obecnie stosowane formy immunoterapii.

Szczepionki przeciwnowotworowe mają pobudzać układ odpornościowy do rozpoznawania antygenów związanych z komórkami nowotworowymi. W tym kontekście jednoczesne przedłużenie ekspozycji na antygen oraz nasilenie aktywności limfocytów T pomocniczych i cytotoksycznych mogłoby być potencjalnie korzystne.

Nie oznacza to jednak, że platforma AAP jest już skuteczną metodą leczenia nowotworów. Mikrośrodowisko guza może hamować aktywność limfocytów, ograniczać prezentację antygenów i uruchamiać liczne mechanizmy immunosupresyjne. Skuteczna szczepionka przeciwnowotworowa może zatem wymagać skojarzenia z inhibitorami punktów kontrolnych odpowiedzi immunologicznej, radioterapią, leczeniem ukierunkowanym molekularnie albo innymi formami immunoterapii.

Przed ewentualnym zastosowaniem klinicznym konieczne będzie potwierdzenie powtarzalności procesu produkcyjnego, stabilności nanocząstek, bezpieczeństwa białka adhezyjnego i PADRE, biodystybucji składników oraz ich wpływu na tkanki w miejscu podania. Kolejnymi etapami powinny być badania z wykorzystaniem antygenów konkretnych patogenów, eksperymenty prowokacyjne w odpowiednich modelach zwierzęcych, badania toksykologiczne oraz badania kliniczne faz I–III.

Badanie zostało sfinansowane w ramach programów Global Research Network oraz National Research Laboratory 2.0 prowadzonych przez National Research Foundation of Korea.

Źródło: Biomaterials, Adhesive adjuvant protein for long-lasting immune response in vaccination.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124253