Artystyczna interpretacja anatomii wirusa. Anna Tanczos/Welcome Images, CC BY-NC-ND

Nikt nie chce złapać grypy, a najlepszą linią obrony jest sezonowa szczepionka przeciw grypie. Jednak stworzenie skutecznego rocznego zastrzyku na grypę opiera się na dokładnym przewidywaniu, które szczepy grypy najprawdopodobniej zarażą populację w danym sezonie. Wymaga koordynacji wielu ośrodków zdrowia na całym świecie, ponieważ wirus przemieszcza się z regionu do regionu. Gdy epidemiolodzy oswoją się z docelowymi szczepami grypy, produkcja szczepionek przechodzi na wyższy bieg; to trwa około sześciu miesięcy wygenerować ponad 150 milionów dawek do wstrzykiwań niezbędne dla populacji amerykańskiej.

Jak dobrze działa coroczna szczepionka przeciw grypie?

Wyprodukowanie skutecznego corocznego zastrzyku na grypę polega na dokładnym przewidywaniu, które szczepy grypy najprawdopodobniej zarażą populację w danym sezonie. CDC przeprowadza co roku badania obserwacyjne, aby obliczyć „skuteczność szczepionki” dla tegorocznego zastrzyku.

Nieprawidłowe lub niepełne prognozy epidemiologiczne mogą mieć poważne konsekwencje. W 2009 roku, podczas gdy producentów, w tym MedImmune i Sanofi Pasteurprzygotowywali szczepionki przeciwko przewidywanym szczepom, dodatkowy szczep grypy, H1N1, pojawiły się. Przygotowana szczepionka nie chroniła przed tym nieoczekiwanym szczepem, powodując ogólnoświatową panikę i ponad 18,000 XNUMX potwierdzonych zgonów – prawdopodobnie tylko ułamek prawdziwej liczby, szacuje się, że przekroczy 150,000 XNUMX. Lepiej późno niż wcale, ostatecznie wyprodukowano szczepionkę przeciwko H1N1, która w tym roku wymagała drugiego zastrzyku przeciw grypie.

Biorąc pod uwagę, że grypa spowodowała większość pandemie w ciągu ostatnich 100 lat – w tym grypa z 1918 roku, która spowodował aż 50 milionów zgonów – zostajemy z pytaniem: czy naukowcy mogą wyprodukować „uniwersalną” szczepionkę zdolną do ochrony przed różnymi szczepami grypy, taką, która nie wymaga corocznych prognoz epidemiologów i corocznego zastrzyku dla Ciebie?

Szczepionki przygotowują układ odpornościowy do walki

W XVIII wieku, a prawdopodobnie znacznie wcześniej w historii, powszechnie wiadomo było, że osoba, która przeżyła ospę, nie zachoruje na nią ponownie po kolejnej ekspozycji. W jakiś sposób infekcja nadała odporność na chorobę. A ludzie uznali, że dojarki, które miały kontakt z bydłem zarażonym ospą krowią, byłyby podobnie chronione przed ospą.

Pod koniec XVIII wieku rolnik Benjamin Jesty zaszczepił swoją rodzinę krowią ospą, skutecznie uodparniając je na ospę prawdziwą, pomimo przyszłej ekspozycji. Lekarz Edward Jenner katapultował ludzkość w nową erę immunologii kiedy nadał naukowej wiary tej procedurze.

Więc jeśli jedno zaszczepienie ospy krowiej lub jedno narażenie na ospę (i przeżycie) daje dziesięcioletnią lub nawet dożywotnią odporność, to dlaczego każdego roku zachęca się ludzi do zaszczepienia się przeciwko grypie?

Odpowiedź tkwi w tym, jak szybko zmienia się anatomia wirusa grypy. Każdy wirus składa się z mniej więcej kulistej błony zawierającej stale mutujący materiał genetyczny. Ta błona jest usiana dwoma rodzajami „kolców”: hemaglutyniną (HA) i neuraminidazą (NA), z których każdy składa się z łodygi i głowy. HA i NA pomagają wirusowi w infekcji poprzez wiązanie się z komórkami gospodarza i pośredniczą w wejściu wirusa do komórki i ostatecznie w jej wyjściu.

Szczepionki zazwyczaj wywołują przeciwciała skierowane na te dwie cząsteczki. Po wstrzyknięciu układ odpornościowy danej osoby zaczyna działać. Wyspecjalizowane komórki zbierają cząsteczki szczepionki jako najeźdźców; inne komórki wytwarzają następnie przeciwciała, które rozpoznają obce cząsteczki. Następnym razem, gdy pojawią się ci sami najeźdźcy – czy to w postaci tej samej szczepionki, czy naśladowanego przez nią szczepu wirusa – komórki odpornościowe organizmu rozpoznają ich i zwalczają, zapobiegając infekcji.

Dla twórców szczepionek jedną z frustrujących cech mutującego genomu grypy jest szybkość zmian HA i NA. Te ciągłe zmiany są tym, co w każdym sezonie grypowym odsyła ich z powrotem do deski kreślarskiej po nowe szczepionki.

Różne metody projektowania szczepionki

Szczepionka przeciwko ospie była pierwszą, która zastosowała „paradygmat empiryczny” wakcynologii – tę samą strategię, którą w dużej mierze stosujemy dzisiaj. Opiera się na podejściu prób i błędów, aby naśladować odporność wywołaną naturalną infekcją.

Innymi słowy, twórcy szczepionek uważają, że organizm wytworzy odpowiedź przeciwciał na coś w szczepieniu. Ale nie skupiają się na tym, która konkretna łata wirusa wywołuje odpowiedź immunologiczną. Tak naprawdę nie ma znaczenia, czy jest to reakcja na małą łatkę HA, którą dzieli na przykład wiele szczepów. Używając całego wirusa jako materiału wyjściowego, możliwe jest uzyskanie wielu różnych przeciwciał rozpoznających wiele różnych części wirusa użytego w szczepionce.

Szczepionka przeciw grypie sezonowej ogólnie pasuje do tego podejścia empirycznego. Każdego roku epidemiolodzy prognozują, które szczepy grypy najprawdopodobniej zakażą populacje, zazwyczaj osiedlając się na trzech lub czterech. Naukowcy następnie atenuują lub dezaktywują te szczepy, aby mogły działać jako naśladowcy w tegorocznej szczepionce przeciw grypie, nie wywołując u biorców w pełni rozwiniętej grypy. Istnieje nadzieja, że ​​układ odpornościowy danej osoby zareaguje na szczepionkę, tworząc przeciwciała skierowane przeciwko tym szczepom; następnie, gdy wejdzie w kontakt z grypą, przeciwciała będą czekać, aby zneutralizować te szczepy.

Ale jest inny sposób na zaprojektowanie szczepionki. Nazywa się to racjonalnym projektowaniem i reprezentuje potencjalnie zmieniającą grę zmianę paradygmatu w wakcynologii.

Celem jest zaprojektowanie jakiejś cząsteczki – lub „immunogenu” – która może spowodować wytwarzanie skutecznych przeciwciał bez konieczności ekspozycji na wirusa. W porównaniu z obecnymi szczepionkami, zmodyfikowany immunogen może nawet pozwolić na bardziej specyficzne odpowiedzi, co oznacza, że ​​odpowiedź immunologiczna jest skierowana na określone części wirusa i większy zakres, co oznacza, że ​​może być skierowany na wiele szczepów, a nawet pokrewne wirusy.

Ta strategia działa w celu ukierunkowania na określone epitopy lub łaty wirusa. Ponieważ przeciwciała działają poprzez rozpoznawanie struktur, projektanci chcą podkreślić układowi odpornościowemu strukturalne właściwości stworzonych przez siebie immunogenów. Następnie naukowcy mogą spróbować zaprojektować szczepionki kandydatów z tymi strukturami w nadziei, że sprowokują one układ odpornościowy do wytworzenia odpowiednich przeciwciał. Ta ścieżka może pozwolić im na przygotowanie szczepionki, która wywołuje bardziej skuteczną i wydajną odpowiedź immunologiczną niż byłaby to możliwa w przypadku tradycyjnej metody prób i błędów.

Obiecujące postępy zostały poczynione w projekt szczepionki na wirusa syncytialnego układu oddechowego stosując ten nowy racjonalny paradygmat, ale wciąż trwają próby zastosowania tego podejścia w przypadku grypy.

W kierunku uniwersalnej szczepionki przeciw grypie

W ostatnich latach naukowcy wyizolowali wiele silnych, neutralizujących grypę przeciwciał wytwarzanych w naszych organizmach. Podczas gdy odpowiedź przeciwciał na grypę jest skierowane głównie na głowę kolca HA, kilka zostało znalezionych, że docelowy pień HA. Ponieważ łodyga jest bardziej stała we wszystkich szczepach wirusa niż głowa, może to być pięta achillesowa grypy, a przeciwciała skierowane w ten region mogą być dobrym szablonem do projektowania szczepionki.

Naukowcy prowadzą szereg podejść, które mogą spowodować, że organizm wytworzy te interesujące przeciwciała przed zarażeniem. Jedna ze strategii, znana jako prezentacja nanocząstek, obejmuje zaprojektowanie cząsteczki, która zawiera część wirusa. W laboratorium naukowcy mogliby dołączyć pewną kombinację cząstek HA i NA na zewnątrz sferycznej nanocząstki, która sama jest zdolna do wywoływania odpowiedzi immunologicznej. Po wstrzyknięciu jako część szczepionki układ odpornościowy mógł „zobaczyć” te cząsteczki i przy odrobinie szczęścia wytworzyć przeciwko nim przeciwciała.

Jednym z głównych pytań, na które należy odpowiedzieć, jest to, co dokładnie powinno być widoczne na zewnętrznej powierzchni tych nanocząstek. Niektóre strategie prezentują różne wersje pełnych cząsteczek HA, podczas gdy inne zawierają tylko łodygi. Chociaż w celu walidacji tych podejść należy zebrać więcej danych na temat ludzi, dane z badań na zwierzętach z wykorzystaniem: Immunogeny tylko z łodyg są zachęcające.

Przy obecnej technologii może nigdy nie być „gotowego” zastrzyku na grypę. A nadzór epidemiologiczny zawsze będzie konieczny. Jednak nie jest wykluczone, że możemy przejść z modelu raz na rok na podejście raz na 10 lat i możemy być w ciągu zaledwie kilku lat.

O autorze

dr Ian Setliff Student, Program Biologii Chemicznej i Fizycznej, Vanderbilt Vaccine Center, Vanderbilt University oraz dr Amyn Murji. Student, Katedra Mikrobiologii i Immunologii, Centrum Szczepień Vanderbilt, Vanderbilt University

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon