Экстракорпоральное выращивание спорозоитов малярии может способствовать созданию более дешевых вакцинЭкстракорпоральное выращивание спорозоитов малярии может способствовать созданию более дешевых вакцин
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".
