Исследователи изучают возможность использования цельноклеточных вакцин для борьбы с инфекциями мочевыводящих путей (ИМП), что является частью усилий по решению все более серьезной проблемы резистентных к антибиотикам бактерий.
Авторы работы, недавно опубликованной в журнале ACS Nano, продемонстрировали использование металлоорганических каркасов (МОК) для инкапсуляции и инактивации целых бактериальных клеток с целью создания "депо", которое позволяет вакцинам дольше сохраняться в организме. Результаты исследования показали, что у мышей этот метод позволил значительно повысить выработку антител и значительно увеличить выживаемость по сравнению со стандартными методами приготовления цельноклеточных вакцин.
"Вакцинация как терапевтический путь для лечения рецидивирующих ИМП изучается потому, что антибиотики больше не работают",
- говорит соавтор работы Николь Де Ниско. "Пациенты теряют мочевой пузырь, чтобы спасти свою жизнь, потому что бактерии не могут быть убиты антибиотиками или из-за сильной аллергии на антибиотики, которая чаще встречается у пожилых людей, чем люди могут себе представить".
По оценкам Американской урологической ассоциации, ежегодно в мире происходит 150 миллионов случаев ИМП, на которые приходится 6 миллиардов долларов медицинских расходов. При отсутствии успешного лечения ИМП может привести к сепсису, который может оказаться смертельным. По словам Де Ниско, рецидивирующие ИМП считаются в первую очередь проблемой женского здоровья, и хотя они часто встречаются, особенно у женщин в постменопаузе, многие женщины не часто говорят об этом.
"Каждую последующую инфекцию лечить все труднее", - говорит Де Ниско. "Даже если вы удалите бактерии из мочевого пузыря, их популяции сохраняются в других местах и обычно становятся резистентными к используемому антибиотику. Когда пациенты накапливают резистентность к антибиотикам, у них в конечном итоге заканчивается выбор. В связи с этим мы обсудили идею о создании цельноклеточных вакцин путем сохранения антигенов в этом медленно высвобождающемся депо. На тот момент у нас не было реальных моделей, на которых можно было бы это проверить, и я подумала, что ИМП представляет собой очень хорошую возможность".
Создание вакцин против патогенных бактерий по своей сути является довольно сложной задачей, поскольку бактерии значительно крупнее и сложнее вирусов. Выбор биологических компонентов для создания антигенов представляет собой серьезную проблему. Следовательно, использование всей клетки предпочтительнее, чем выбор только части бактерии, отмечает Де Ниско. Однако у подхода с использованием целых клеток есть свои проблемы.
"Вакцины с использованием цельноклеточных мертвых бактерий не были успешными, потому что клетки обычно не сохраняются в организме достаточно долго, чтобы вызвать длительный и стойкий иммунный ответ", - объясняет Де Ниско. "Именно по этой причине мы создали наше депо антигена MOК: оно позволяет интактному, мертвому патогену существовать в тканях дольше, как если бы это была инфекция, чтобы вызвать полномасштабный ответ иммунной системы". Металлоорганический каркас, разработанный коллективом, инкапсулирует и иммобилизует каждую бактериальную клетку в кристаллической полимерной матрице, которая не только убивает бактерию, но и сохраняет и стабилизирует мертвую клетку от воздействия высокой температуры, влаги и органических растворителей.
В своих экспериментах исследователи использовали штамм Escherichia coli. Не существует вакцин против какого-либо патогенного штамма этой бактерии. Уропатогенная кишечная палочка вызывает около 80% всех внутрибольничных инфекций. "Когда мы подвергли этих мышей смертельной инъекции бактерий, после вакцинации почти все наши животные выжили, что оказалось гораздо эффективнее, чем при использовании традиционных вакцинных подходов", - рассказывает Де Ниско. "Этот результат был повторен несколько раз, и мы весьма впечатлены тем, насколько он надежен".
Хотя этот метод еще не был испытан на людях, Де Ниско говорит, что он потенциально может помочь миллионам пациентов. "Это исследование на модели ИМП было доказательством концепции, что цельноклеточные вакцины более эффективны в этой экстремальной модели со смертельным сепсисом. Доказательство того, что это работает против рецидивирующих ИМП, будет значительным прорывом".
Помимо рецидивирующих ИМП или уросепсиса, исследователи считают, что метод антигенного депо может широко применяться при других бактериальных инфекциях, включая эндокардит и туберкулез. "Мы работаем над тем, чтобы перенести этот подход на туберкулез, который вызывается совершенно другим микроорганизмом, но, как и уропатогенная кишечная палочка, когда она попадает в ткани, микобактерии остаются там и рецидивируют", - говорит Де Ниско. "Это требует нового подхода к тому, как должны работать вакцины".
"Технологии производства вакцин около двух столетий, и она развивалась на удивление мало. Мы надеемся, что наша платформа откроет возможности использования существующих, хорошо изученных патогенов для создания более целенаправленных и специализированных иммунных реакций".
