Метод культивирования инфекционной стадии малярийного плазмодия может повысить эффективность производства вакцин против малярии в десять раз.
Несмотря на увеличение финансирования исследований малярии и разработки вакцин, число смертей от этого паразитарного заболевания за последние три года вернулось к высоким показателям 2012 года, составляя более 600 000 смертей в год. Это в четыре с лишним раза превышает общее число смертей в Африке к югу от Сахары, вызванных COVID-19 в 2020 и 2021 годах. Для борьбы с этим заболеванием, по мнению ученых, необходимо усовершенствовать процесс производства вакцин против малярии, которые начали выпускаться в 2022 году.
С этой целью группа исследователей задокументировала первое успешное выращивание необходимых ингредиентов вакцины in vitro. По словам авторов исследования, эта инновация, о которой было сообщено 7 декабря в журнале Nature, может повысить эффективность производства вакцин в десять раз и сделать исследования в области малярии более дешевыми и быстрыми. "Это большой прорыв", - говорит Алон Варбург, микробиолог и энтомолог из Еврейского университета в Иерусалиме, который не принимал участия в исследовании, но в прошлом давал советы авторам. "Это полностью революционизирует производство [вакцин]".
На сегодняшний день ВОЗ рекомендовала к использованию только одну вакцину против малярии, объясняет соавтор исследования Стивен Хоффман, владелец компании Sanaria Inc, занимающейся биотехнологиями и разработкой вакцин. Чтобы удовлетворить растущий спрос, Sanaria в настоящее время работает над новыми вакцинами, которые используют по крайней мере часть жизненного цикла спорозоитов Plasmodium falciparum, самого смертоносного вида Plasmodium, вызывающего малярию, в качестве антигенного агента, вызывающего иммунную память о паразите.
Спорозоиты, которые представляют собой спороподобную инфекционную форму простейшего (отсюда и название), сами по себе не вызывают малярию; попадая в кровь человека-хозяина от комара, они колонизируют печень и созревают в полноценных паразитов, которые инфицируют эритроциты, вызывая заболевание, а также производят гаметоциты, которые комары заглатывают при питании. Тем не менее, поскольку они являются формой паразита при вторжении в организм хозяина, если вакцина сможет научить иммунную систему человека обнаруживать и уничтожать спорозоиты, она может обеспечить надежную защиту от малярии.
Спорозоиты, необходимые для разработки и производства вакцин, подобных вакцине Sanaria, обычно производятся с помощью специально выращенных "асептических" комаров, которых кормят культивированной кровью, зараженной гаметоцитами P. falciparum. Ученые извлекают слюнные железы каждого комара, где скапливаются спорозоиты, затем очищают спорозоиты перед их использованием. Хотя Хоффман и другие исследователи работают над ускорением процесса извлечения с помощью робототехники, этот процесс по-прежнему требует много времени и ресурсов. Кроме того, добавляет Варбург, он несколько рискован: если комар, зараженный P. falciparum, вырвется из лаборатории, он может укусить и заразить кого-нибудь поблизости. Чтобы добиться эффективности и рентабельности, необходимых для широкого распространения вакцины от малярии, Хоффман и его коллеги хотели ускорить процесс, что, по их мнению, можно сделать, исключив комаров из уравнения и производя спорозоиты in vitro.
В одной из работ Варбурга 1992 года было высказано предположение, что культивирование спорозоитов P. falciparum in vitro возможно. Однако существовала причина, по которой с тех пор был достигнут незначительный прогресс: P. falciparum начинает производить необходимые спорозоиты только через две-три недели после стадии гаметоцита, и заставить их вырасти до зрелого состояния без комара-хозяина было нелегко.
В новом исследовании Хоффман и его сотрудники начали с кровяной смеси, используемой для кормления комаров, которая содержит гаметоциты P. falciparum. Двигаясь шаг за шагом, команда начала с выяснения возможности выращивания гаметоцитов до стадии 3-дневного возраста, когда гаметоциты превращаются в ранние ооцисты. В конце концов, они выяснили, какую матрицу и фидерные клетки следует использовать, что позволило ооцистам выживать в течение 8 дней. В это время исследователи могли видеть, как формируются спорозоиты. Наконец, они нашли подходящие условия, которые позволили ооцистам выжить в течение 2-3 недель, после чего спорозоиты можно было извлечь. К сожалению, матричный гель, который поддерживал этих P. falciparum in vitro, содержал клетки саркомы крысы и поэтому не подходил для использования в производстве вакцин.
После долгих экспериментов в течение нескольких лет Хоффман и его сотрудники смогли культивировать паразитов без использования матрицы и теперь могут выделять сотни миллионов 3-недельных спорозоитов P. falciparum. "Это был один из тех замечательных, волнующих моментов, когда ты чувствуешь, что действительно сделал что-то, чего никогда раньше не было", - рассказывает Хоффман. "Если вы биолог, изучающий малярию, то возможность изучать паразита на всех его стадиях в лаборатории - это огромный потенциал для развития. Но, конечно, для нас, пытающихся создать вакцину, это просто грандиозно". По его оценкам, культивирование P. falciparum in vitro может повысить эффективность и рентабельность производства вакцины против малярии в десять раз.
Хоффман проверил инфекционность спорозоитов, введя их мышам, у которых была сформирована гуманизированная печень. Ученые с радостью обнаружили, что они работают: спорозоиты производили паразитов в печени, и когда мышам вводили человеческую кровь, паразиты, выросшие в печени, заражали эритроциты, хотя и с меньшей скоростью, чем спорозоиты, выделенные из комаров. Это означает, что теоретически они могли бы вызвать иммунный ответ при включении в вакцину, защищая получателя вакцины от заражения малярией в будущем.
Хоффман отмечает, что они еще очень далеки от использования этого процесса для производства вакцин. Хотя культивированные спорозоиты и вызвали иммунный ответ у мышей, он был меньше, чем тот, который вызывали культивированные спорозоиты комаров, а количество заразных паразитов, созданных в печени мышей спорозоитами in vitro, составляло примерно половину от количества, созданного спорозоитами комаров. Более того, процесс очистки культивированных спорозоитов еще нуждается в доработке, прежде чем вакцины, включающие их, можно будет тестировать на людях. Тем не менее, Хоффман утверждает, что процесс культивирования войдет в процесс производства вакцин Sanaria примерно через два года.
Варбург подчеркивает важность производства in vitro для снижения затрат, особенно для вакцины, используемой в основном в странах, которые не могут позволить себе более высокую цену. "Чем ниже цена, тем полезнее вакцина в эндемичных районах", - говорит он, добавляя, что без снижения стоимости вакцины от малярии могут попасть в основном к путешественникам и военнослужащим из более богатых стран, а не в сообщества, которые в них отчаянно нуждаются.
"В конце концов, - говорит Хоффман, - мы здесь потому, что сегодня от малярии умрет, возможно, 2000 человек. Нам нужна вакцина; нам нужно доставить ее людям по всему миру, и именно поэтому мы так упорно работаем над созданием этой системы".
