Современные клинические мероприятия по лечению инфекционных заболеваний сталкиваются с растущими проблемами из-за постоянно увеличивающегося числа лекарственно-устойчивых микробных инфекций, эпидемических вспышек патогенных бактерий и сохраняющейся возможности появления новых биоугроз в будущем.
Эффективные вакцины могут послужить оплотом для предотвращения многих бактериальных инфекций и некоторых из их наиболее тяжелых последствий, включая сепсис. Однако для наиболее распространенных бактериальных патогенов, вызывающих сепсис и многие другие заболевания, вакцины до сих пор не разработаны.
Согласно сообщению в журнале Nature Biomedical Engineering, междисциплинарная группа исследователей из Гарвардского института Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering и Школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) разработала вакцину против инфекций на основе биоматериалов (ciVAX) в качестве решения, которое может быть широко применено для этой повсеместной проблемы. Вакцины ciVAX объединяют две технологии, которые в настоящее время находятся в клинической разработке для других направлений, и которые в совокупности позволяют захватывать иммуногенные антигены из широкого спектра патогенов и встраивать их в биоматериалы-скаффолды, рекрутирующие иммунные клетки. Введенные или имплантированные под кожу, вакцины ciVAX затем перепрограммируют иммунную систему на действия против патогенов.
"Защитные свойства разработанных и испытанных нами вакцин и стимулированные ими иммунные реакции чрезвычайно обнадеживают и открывают широкий спектр потенциальных применений вакцин - от профилактики сепсиса до быстрых мер против будущих пандемических угроз и биоугроз, а также новых решений некоторых проблем в ветеринарии",
- говорит автор исследования Дэвид Муни.
В своем исследовании ученые успешно протестировали технологию ciVAX в качестве средства защиты от наиболее распространенных причин сепсиса, включая штаммы S. aureus и E. coli. Подчеркивая потенциал технологии, они показали, что профилактическая вакцина ciVAX защитила всех вакцинированных мышей от смертельной инфекции, вызванной устойчивым к антибиотикам штаммом E. coli, в то время как только 9% невакцинированных контрольных животных выжили. В свиной модели септического шока, вызванного другим изолятом человеческой кишечной палочки, вакцина ciVAX предотвратила развитие сепсиса у всех четырех животных, в то время как у четырех невакцинированных животных развился тяжелый и молниеносный сепсис в течение 12 часов. Наконец, при использовании подхода, имитирующего протокол вакцинации в популяции людей или животных, вакцина CiVax, будучи нагруженной патогенным материалом, выделенным от животных, инфицированных одним летальным штаммом E.coli, смогла обеспечить перекрестную защиту животных от другого летального штамма E.coli.
"Наш метод захватывает большинство гликопротеиновых (и гликолипидных) антигенов патогенов и представляет их иммунной системе в нативной форме, что дает нам доступ к гораздо большему спектру потенциальных антигенов, чем вакцины, состоящие из отдельных или смесей рекомбинантных антигенов", - говорит один из первых авторов Майкл Супер. Вакцины ciVAX против известных патогенов могут быть изготовлены и законсервированы, но, кроме того, все компоненты, за исключением бактериальных антигенов, могут быть предварительно собраны из пригодных для хранения продуктов, изготовленных по технологии cGMP".
Полноценные вакцины могут быть собраны менее чем за час после получения антигенов, что дает этой технологии уникальные преимущества перед другими вакцинными подходами. Супер разработал концепцию ciVAX вместе с соавтором первого проекта Эдвардом Доэрти, который в качестве бывшего ведущего старшего научного сотрудника работал вместе с Муни над платформой Wyss's Immuno-Material по созданию вакцин на основе биоматериалов для применения при раке.
Супер и директор-основатель Wyss Дональд Ингбер ранее разработали технологию захвата патогенов, используемую в ciVAX, которая основана на нативном человеческом опсонине, связывающем патогены - лектине, связывающем маннозу (MBL), который они совместили с Fc-частью иммуноглобулина, чтобы получить FcMBL. Рекомбинантный FcMBL связывается с более чем 120 различными видами патогенов и токсинов, включая бактерии, грибы, вирусы и паразитов. В предыдущих работах группа применила FcMBL для решения множества диагностических проблем, а в настоящее время технология проходит клинические испытания в рамках стартапа BOA Biomedical компании Wyss как часть нового метода лечения сепсиса.
Второй технологический компонент ciVAX - технология производства вакцин на основе биоматериалов - был разработан как концептуально новый тип иммунотерапии рака Муни и его группой из Института Wyss и SEAS совместно с клиническими сотрудниками из Института рака Дана-Фарбер. Проверенная в клинических испытаниях на больных раком людях, специально разработанная противораковая вакцина стимулировала значительный противоопухолевый иммунный ответ. В настоящее время компания Novartis работает над коммерциализацией технологии вакцины для определенных видов применения при раке, а вакцинный подход, основанный на биоматериалах, реализуется стартапом Attivare Therapeutics, созданным компанией Wyss.
Для создания вакцин ciVAX группа использовала FcMBL на магнитных шариках для захвата инактивированных бактериальных углеводсодержащих молекул (так называемых Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs)), из выбранного патогена, а затем просто перемешивала эти комплексы с частицами мезопористого диоксида кремния (MPS) и факторами, стимулирующими и активирующими иммунные клетки. Под кожей MPS образует проницаемый, биоразлагаемый каркас, который рекрутирует дендритные клетки (DCs) иммунной системы, перепрограммирует их на представление фрагментов захваченных PAMPs и снова высвобождает их.
Затем DCs мигрируют в близлежащие дренирующие лимфатические узлы, где они организуют широкий иммунный ответ против бактериального патогена. Группа обнаружила, что вакцины ciVAX быстро увеличивают накопление и активацию DCs в местах инъекций, а также количество DCs, антителопродуцирующих B-клеток и различных типов T-клеток в дренирующих лимфатических узлах, тем самым создавая эффективный иммунный ответ, направленный на патоген.
"Помимо потенциального снижения риска развития сепсиса, наша технология производства вакцин ciVAX способна спасти жизни многих людей, которым угрожает множество патогенов, а также потенциально предотвратить распространение инфекций в популяциях животных или домашнего скота до того, как они попадут к человеку".
