Dwustopniowa strategia szczepienia może pomóc zapobiegać opryszczce narządów płciowych

Badacze z Yale School of Medicine opracowali eksperymentalną strategię szczepienia przeciwko opryszczce narządów płciowych, która w modelach przedklinicznych wzmacniała odporność miejscową w błonie śluzowej pochwy i istotnie ograniczała rozwój zakażenia HSV-2. Podejście określane jako „prime and pull” łączy klasyczne szczepienie domięśniowe z miejscowym podaniem nanocząstek BEACON, zaprojektowanych tak, aby skierować odpowiedź immunologiczną dokładnie tam, gdzie dochodzi do zakażenia.

W artykule:

• dlaczego klasyczne szczepienia domięśniowe mogą być niewystarczające w profilaktyce zakażeń śluzówkowych,
• na czym polega strategia „prime and pull”,
• czym są nanocząstki BEACON i jak mają wzmacniać odporność miejscową,
• jakie wyniki uzyskano w przedklinicznych badaniach na myszach,
• dlaczego ograniczenie miejscowego stanu zapalnego jest kluczowe dla bezpieczeństwa takiej szczepionki,
• jakie kierunki dalszych badań rozważają naukowcy.

Opryszczka narządów płciowych jest zakażeniem utrzymującym się przez całe życie. Dostępne obecnie metody leczenia mogą łagodzić objawy i ograniczać nawroty, ale nie eliminują wirusa z organizmu i nie zapewniają pełnej ochrony przed transmisją. Naukowcy z Yale School of Medicine wykonali jednak ważny krok w kierunku opracowania szczepionki przeciwko opryszczce genitalnej, która w modelach przedklinicznych zapobiegała zakażeniu.

W badaniu opublikowanym 19 czerwca w Science Immunology zespół ocenił dwuczęściową strategię szczepienia przeciwko opryszczce narządów płciowych. Pierwszym etapem była typowa iniekcja domięśniowa, podobna do tej stosowanej przy wielu klasycznych szczepieniach, na przykład przeciw grypie. Drugim etapem było miejscowe podanie nanocząstek do pochwy, czyli do miejsca, w którym u kobiet dochodzi do ekspozycji na wirusa opryszczki i inicjacji zakażenia.

Koncepcja tej metody polega na tym, że pierwsza dawka „przygotowuje” układ odpornościowy, natomiast miejscowe podanie preparatu „przyciąga” aktywność immunologiczną do miejsca potencjalnego zakażenia. Badanie rozwija wcześniejszą strategię określaną jako „prime and pull”, czyli „pobudź i przyciągnij”, poprzez zastosowanie nowej nanocząstki zdolnej do skutecznego indukowania odporności miejscowej.

„W eksperymentach przedklinicznych wykazaliśmy, że to podejście jest bezpiecznym sposobem rekrutowania właściwych komórek odpornościowych we właściwe miejsce w celu wytworzenia ochronnej odporności” – powiedziała prof. Akiko Iwasaki, Sterling Professor of Immunobiology w Yale School of Medicine, główna autorka badania.

Dwutorowa szczepionka ukierunkowana na odporność miejscową

Dotychczasowe próby opracowania szczepionki przeciwko opryszczce narządów płciowych ujawniły istotne ograniczenie klasycznych iniekcji domięśniowych. Tego typu szczepienia nie zawsze prowadzą do powstania silnej populacji komórek odpornościowych ani odpowiedniego poziomu przeciwciał przeciwko wirusowi opryszczki w obrębie nabłonka pochwy, czyli w miejscu, do którego wirus wnika u kobiet. W konsekwencji odpowiedź immunologiczna może być zbyt słaba lub zbyt opóźniona, aby skutecznie zatrzymać zakażenie już na poziomie błony śluzowej.

Aby rozwiązać ten problem, laboratorium prof. Iwasaki badało metody „przyciągania” odpowiedzi immunologicznej do błony śluzowej pochwy. Początkowo naukowcy sprawdzali, czy miejscowe wprowadzenie chemokin, czyli białek zdolnych do kierowania ruchem komórek odpornościowych, może ustanowić lokalną odporność. Metoda ta zapewniała jedynie częściową ochronę przed opryszczką, ponieważ nie angażowała w wystarczającym stopniu limfocytów B, komórek niezbędnych między innymi do wytwarzania przeciwciał.

Następnie badacze oceniali cząsteczkę DNA stymulującą układ odpornościowy. Takie podejście ograniczało ilość wirusa w pochwie, ale jednocześnie powodowało stan zapalny. Naukowcy postawili więc pytanie, czy połączenie obu strategii mogłoby zachować ich zalety, a jednocześnie ograniczyć wady.

„Mieliśmy w laboratorium dwie bardzo obiecujące strategie, ale każda z nich miała pewne ograniczenia” – powiedział dr Sachin Bhagchandani, badacz podoktorski w laboratorium prof. Iwasaki i pierwszy autor pracy. „Dlatego postanowiliśmy zaprojektować cząstkę, która mogłaby te ograniczenia przezwyciężyć”.

Nanocząstki BEACON i ochrona przed zakażeniem HSV-2

Efektem tych prac są nanocząstki BEACON, czyli Bioactive Enhanced Adjuvant Chemokine Oligonucleotide Nanoparticles. Badacze stworzyli je przez połączenie fragmentu immunostymulującego DNA z chemokiną. W praktyce taka konstrukcja ma jednocześnie aktywować odpowiedź immunologiczną i kierować ją do określonego miejsca w tkance.

„Sachin kierował tym projektem, tworząc nanocząstkę stabilną i skuteczną, co nie było prostym zadaniem” – podkreśliła prof. Iwasaki, która jest również profesorem dermatologii i epidemiologii oraz badaczką Howard Hughes Medical Institute.

W badaniu samice myszy najpierw poddano szczepieniu domięśniowemu przeciwko wirusowi opryszczki, a następnie dopochwowo podano BEACON oraz antygen wirusowy. Naukowcy stwierdzili, że takie postępowanie wywoływało silną odpowiedź komórkową i przeciwciałową przeciwko wirusowi opryszczki w tkance pochwy. Co istotne, odpowiedź ta utrzymywała się długotrwale, przez co najmniej sześć miesięcy.

Po ekspozycji na wirusa opryszczki myszy, które otrzymały terapię w schemacie „prime and pull”, były w dużym stopniu odporne na zakażenie. U 80% zwierząt przez sześć miesięcy nie obserwowano objawów choroby. Dla porównania, w grupie, która otrzymała wyłącznie iniekcję domięśniową, brak objawów choroby stwierdzono u 40% myszy.

„To pokazało nam, że takie podejście może mieć bardzo duże znaczenie, ponieważ ustanawia miejscową odpowiedź immunologiczną na istotnie długi czas” – powiedział dr Bhagchandani.

Precyzyjna aktywacja odporności bez nadmiernego zapalenia

Ważnym elementem badania było to, że BEACON pozwolił naukowcom celować w komórki istotne dla wytwarzania odporności, zamiast pobudzać szeroko wszystkie komórki w danym obszarze. Dzięki temu możliwe było zastosowanie mniejszej ilości cząsteczki DNA niż w poprzednich eksperymentach. Niższa dawka ograniczyła ryzyko rozwoju miejscowego stanu zapalnego.

Ma to szczególne znaczenie w przypadku szczepionek i adiuwantów stosowanych na błony śluzowe. Z jednej strony konieczne jest uzyskanie wystarczająco silnej odpowiedzi immunologicznej, aby wirus został zatrzymany już w miejscu wniknięcia. Z drugiej strony nadmierna aktywacja zapalna w obrębie błony śluzowej może prowadzić do działań niepożądanych, pogorszenia tolerancji preparatu i potencjalnego uszkodzenia tkanek.

„Ta formulacja jest pod tym względem naprawdę niezwykła” – oceniła prof. Iwasaki.

Perspektywa zastosowania u ludzi

Naukowcy oceniają obecnie, czy metoda „prime and pull” mogłaby zostać wykorzystana nie tylko do zapobiegania zakażeniu, ale także do leczenia już istniejącej infekcji. Równolegle analizują, jak takie podejście mogłoby zostać przełożone na zastosowanie u ludzi.

„Współpracujemy z Appel lab at Stanford, aby sprawdzić, czy możemy przekształcić BEACON w formulację możliwą do zastosowania translacyjnego, na przykład w postaci globulki dopochwowej” – powiedział dr Bhagchandani. „Badamy również podejście donosowe, w którym etap ‘pull’ odbywałby się w nosie, co pozwoliłoby wykorzystać podobny typ terapii także u mężczyzn”.

Choć badania kliniczne z udziałem ludzi są dalszym etapem, ostatecznym celem zespołu pozostaje opracowanie szczepionki możliwej do zastosowania u pacjentów. Opryszczka narządów płciowych jest bowiem nie tylko problemem infekcyjnym, ale także obciążeniem psychicznym i społecznym, często związanym ze stygmatyzacją.

„Znaczna część cierpienia pacjentów nie ma wyłącznie charakteru fizycznego; jest również psychiczna i społeczna” – powiedziała prof. Iwasaki. „Ale wirusy są takie same – niezależnie od tego, czy chodzi o grypę, wirusa Epsteina-Barr, czy herpes simplex, to nie jest wina człowieka, że doszło do zakażenia. Mimo to istnieje silne piętno. Mamy nadzieję, że tego typu strategia pomoże zapobiegać chorobom, które głęboko wpływają na życie ludzi”.

Źródło: Science Immunology, Bioactive enhanced adjuvant chemokine oligonucleotide nanoparticles (BEACONs) for mucosal vaccination against genital herpes.
DOI: https://doi.org/10.1126/sciimmunol.aea6419