Более совершенные препараты и модели мукозального иммунитета могут вскоре сделать иммунизацию через нос реальностью.
Вакцинация достигла несомненного успеха в снижении тяжести и летальности патогенных инфекций. Однако несоответствие между местом введения вакцины и путем воздействия патогена, например, дыхательными путями в случае респираторных патогенов, означает, что многие вакцины по-прежнему не могут эффективно защитить от первичной инфекции. Это видно на примере уже зарекомендовавших себя вакцин, таких как ацеллюлярная вакцина против коклюша, которая плохо останавливает назальную колонизацию, и более поздних вакцин против COVID-19, при использовании которых случаи возникновения заболевания, хотя и в легкой форме, все же имели место.
»Что бы мы хотели иметь, так это популяцию клеток с резидентной памятью, которая очень быстро распознает, что вирус проник в организм, и, по сути, запускает быстрый иммунный ответ, чтобы уничтожить патоген до того, как он успеет распространиться в легкие или другие части тела», - говорит Ульрих фон Андриан, иммунолог, изучающий иммунитет слизистых оболочек в Гарвардской медицинской школе. Резидентные Т- и В-клетки памяти - это иммунные клетки, которые после активации поселяются в определенной ткани, обеспечивая местную защиту этого участка.
За редким исключением, таким как пероральная полиомиелитная вакцина и интраназальные вакцины против гриппа, большинство прививок вводятся внутримышечно. Однако, несмотря на то, что внутримышечные вакцины вызывают устойчивый ответ циркулирующих антител и системных клеток памяти, они плохо защищают слизистые барьеры, например, дыхательные пути. «В идеале усовершенствованная вакцина должна генерировать резидентную популяцию клеток памяти в слизистой оболочке носа или в самом месте введения», - объясняет фон Андриан.
Из-за этого несоответствия многие исследователи заинтересованы в разработке назальных вакцин и некоторые из них уже продемонстрировали свои перспективы на животных моделях. Одна группа показала, что назальные вакцины вызывают образование Т-клеток памяти в легких мышей, которые сохраняются в течение года. Другая группа наблюдала, как вакцинация против гриппа через дыхательные пути вызывает образование В-клеток памяти, которые выделяют иммуноглобулин А (IgA) в слизистую оболочку; этот путь через дыхательные пути также обеспечивает защиту от различных штаммов вируса.
Несмотря на эти преимущества, вопросы о долгосрочной эффективности и безопасности этих препаратов ограничивают их испытания на людях. Однако исследования новых адъювантов и интраназального иммунитета помогают устранить этот пробел и улучшить защиту слизистой оболочки.
Препятствия для интраназальной иммунизации
Одна из основных проблем, связанных с использованием носа и дыхательных путей для вакцинации, заключается в преодолении многочисленных физиологических барьеров в этой области. «Поскольку мы подвергаемся воздействию такого большого количества антигенов в течение всего дня через эти поверхности, иммунная среда этих поверхностей очень уникальна», - поясняет Памела Вонг, иммунолог из Мичиганского университета.
Эти особенности включают популяции супрессивных Т-клеток и антигенпрезентирующих клеток, которые регулируют местные иммунные реакции, чтобы свести к минимуму активацию, создавая толерантное состояние, позволяющее избежать чрезмерной реакции в непатологических ситуациях. Этот тракт также регулярно вырабатывает слизь для захвата и выведения большей части поступающего в него содержимого, а реснички на эпителиальных клетках помогают дополнительно очистить его от частиц. Кроме того, эпителиальные клетки сами являются препятствием для вакцин. «Этот барьер, как правило, очень крепкий», - объясняет фон Андриан. «Это означает, что если вы просто возьмете, скажем, липидные наночастицы с мРНК или рекомбинантным белком с адъювантом и введете их в слизистую носа, то, скорее всего, не получите эффективной иммунизации». Чтобы интраназальные вакцины были эффективными, антиген должен иметь доступ к иммунным клеткам по другую сторону эпителия.
Один из ранних подходов к преодолению этих проблем заключался в использовании аденовирусов в качестве носителей вакцины, поскольку эти инфильтранты обладают свойствами, позволяющими обходить защитные механизмы слизистой оболочки организма. В качестве бонуса аденовирусы стимулировали иммунную систему, что делало их идеальными для преодоления иммунной толерантности этих клеток. Однако эти аттенуированные векторы все еще вызывали опасения по поводу безопасности для людей с ослабленной иммунной системой и ранние вакцины с вирусной нагрузкой демонстрировали риск развития лицевого паралича Белла. Кроме того, потенциальная возможность формирования иммунной системой защитной памяти против них делала их менее идеальными для повторного применения.
Разработка формулы назальной вакцины
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи обратили внимание на синтетические средства и адъюванты, такие как наноэмульсии типа «масло в воде» (NEs) в сочетании с иммунными агонистами. Однако рецептура этих вакцин очень важна для обеспечения их успеха. «Адъювант должен сочетаться с антигеном и оба они должны попасть на одну и ту же антигенпрезентирующую клетку», - объясняет фон Андриан.
Вонг и ее коллеги разработали один интраназальный NE, который активирует множество иммунных рецепторов. «Он также переносит антиген и помогает лучше доставить его через слизистую, а также обеспечивает депо, прилипая к слизистой», - объясняет она. Этот адъювант оказался безопасным и вызвал реакцию антиген-специфических антител в полости носа и циркуляции в клинических испытаниях первой фазы. Недавно Вонг и ее группа в сотрудничестве с исследователями из Медицинской школы Икан объединили свой NE с РНК, активирующей RIG-I, противовирусный иммунный рецептор. «Объединив нашу наноэмульсию с их РНК-агонистом, мы смогли получить гораздо более индивидуальный иммунный ответ, чтобы запустить противовирусные механизмы», - рассказала она.
Используя этот адъювант для интраназальной доставки белка шипа SARS-CoV-2, исследователи изучили свою формулу как самостоятельную назальную вакцину и как интраназальный бустер после внутримышечной вакцинации мРНК-вакциной COVID-19 компании Pfizer. Это имитирует стратегию «prime and pull» (заправлять и вытягивать - прим.пер.), которая изучалась в других моделях слизистой оболочки и для бустерной вакцинации COVID-19. Обоснование заключается в том, что предварительная вакцинация индуцирует популяции Т-клеток и В-клеток, которые циркулируют по организму в поисках антигена. Вторичная вакцинация в дыхательных путях привлекает эти иммунные клетки в эту область, где они поселяются в качестве популяции памяти для последующей активации при попадании антигена в носовые или дыхательные пути.
В то время как внутримышечная вакцинация с предварительной и усиленной вакцинацией вызывала образование устойчивых циркулирующих антител, только стратегии иммунизации, включающие интраназальную формулу, отдельно или в качестве усиленной вакцины, приводили к образованию IgA в слизистой оболочке. Группа продемонстрировала важность этого факта в испытании, где хотя внутримышечная первичная и вторичная вакцинация защищала мышей от тяжелого заболевания, только интраназальная вакцинация, либо в качестве первичной и дополнительной вакцины, либо в качестве дополнительной вакцины после внутримышечной первичной, предотвращала обнаружение вируса в верхних дыхательных путях. Кроме того, интраназальная вакцинация вызывала лучшую перекрестную защиту против различных штаммов SARS-CoV-2.
Составление карты иммунной памяти для разработки вакцин
Хотя адъюванты могут помочь преодолеть трудности, связанные с индуцированием реакции слизистой оболочки дыхательных путей на вакцину, исследователи также заинтересованы в механизмах, позволяющих отслеживать результаты действия вакцины. «Если вы вакцинируете кого-то вам нужно, чтобы эффект от вакцины сохранялся долгое время», - отмечает фон Андриан. «Первая проблема заключается в том, как безопасно вызвать локальную популяцию памяти в слизистой оболочке носа? А вторая - как поддерживать эту популяцию в течение длительного времени?» Ответы на эти вопросы могут улучшить разработку вакцин.
Зив Шульман, иммунолог из Научного института Вейцмана, и его сотрудники изучали реакцию слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта с помощью визуализации всего органа. По словам Шульмана, в связи с появлением вакцины против вируса COVID-19 многие исследования изучали реакцию антител и их активность против вирусов, но у него был другой вопрос. «Где находятся клетки? Где структуры, которые поддерживают иммунный ответ?» Шульман и его группа разработали модель интраназальной вакцинации для изучения развития клеток памяти слизистой оболочки дыхательных путей и определения их ниши. Чтобы изолировать иммунный ответ, вызванный вакциной, они использовали модель иммунизации овальбумином.
Цзинцзин Лю, аспирант из группы Шульмана и соавтор этого исследования, определила, что отвечающие B-клетки активируются в отделе носовой полости, называемом назально-ассоциированной лимфоидной тканью (NALT). Однако после вакцинации эти клетки мигрировали за пределы NALT. Сначала Шульман и коллеги пытались найти место окончательного пристанища этих клеток. «Они не попадали в легкие», - рассказывает Шульман. «Лю искала их повсюду в организме мыши, например в костном мозге и лимфатических узлах, но мы не могли найти эти клетки».
Лю задалась вопросом не перешли ли эти клетки в новую нишу в носовой полости. Сотрудничая с нейробиологами, она освоила навыки, необходимые для полного анализа костей черепа, и обнаружила новое место, которое В-клетки назвали своим домом: костные структуры внутри носа, называемые носовыми турбинатами. «Я была потрясена», - говорит Лю. Она вспомнила, как увидела популяцию этих клеток за пределами лимфатического узла: «Это было похоже на фейерверк».
По словам Шульмана, более глубокое понимание иммунных реакций во время и после вакцинации дает исследователям более полную информацию для разработки вакцин. «Это дает нам еще один уровень, который мы можем измерить на мышах, а также на людях», - говорит Шульман. «Вместо того чтобы просто смотреть на молекулу в конечной точке, вы получаете переходные точки, на которые можно обратить внимание».
Полученные на мышах результаты отвечают на вопросы о том, куда направляются активированные иммунные клетки после стимуляции, что позволяет ученым лучше изучить долгосрочные реакции на вакцины в новых препаратах. Шульман полагает, что еще многое предстоит узнать о молекулярных механизмах, приводящих к таким иммунным результатам, которые помогут ученым понять сильные и слабые стороны вакцин. «Если мы сможем отобразить эту информацию на молекулярном уровне, мы сможем попытаться найти, какая вакцина, адъювант, антиген [индуцируют эти клетки], и таким образом решить проблему», - утверждает он. Далее Шульман и его сотрудники хотят подтвердить свои выводы на людях. Сотрудничая с врачами-аллергологами, они надеются собрать образцы носовых полипов, чтобы попытаться найти в них структуры, схожие с теми, что они выявили у мышей.
Расширение научных знаний об иммунитете слизистой оболочки и адъювантах неизбежно поможет вывести больше назальных вакцин на клинические испытания и, надеемся, на рынок. Однако и Вонг и Шульман считают, что эти знания улучшают науку о слизистой оболочке в целом. «Интерес к интраназальным вакцинам очень интересен, но это только начало того, что мы можем сделать с помощью интраназальных и других мукозальных систем доставки», - отмечает Вонг, подчеркивая потенциал этих платформ для улучшения терапевтических стратегий при раке слизистых оболочек.
Тем временем Шульман сотрудничает с врачами, чтобы расширить результаты исследований своей группы и разработать более эффективные методы лечения аллергических реакций, возможно, используя результаты исследований своей группы, чтобы направлять терапевтические вмешательства. «Вы можете испытать этот препарат и увидеть, что клетки исчезают, или вы можете посмотреть на клетки внутри этих костей и увидеть, что вы избавляетесь от них. И это даст вам еще один измеримый параметр по которому вы сможете понять, работает или нет ваше лекарство, вакцина или что бы вы ни делали», - говорит он.
