Американские исследователи разработали особые наночастицы, с помощью которых в организм человека возможно будет «доставлять» вакцины против множества заболеваний, в том числе СПИДа и малярии.

Рис. 1. Исследователи разработали особые наночастицы,
с помощью которых в организм человека возможно будет
«доставлять» вакцины против множества заболеваний, в том
числе СПИДа и малярии. На рисунке: ВИЧ поражает Т-лимфоциты
(источник: Science Photo).

Идея о «модном» способе «вакцинации» принадлежит исследователям из Массачусетского технологического института, их работа была опубликована на днях в журнале Nature Materials (кратко об этом мы уже писали в новости №1 и новости №2). Частицы, разработанные учеными, представляют собой концентрические сферы, которые несут на своей поверхности белки, вырабатываемые обычно вирусами и вызывающие мощный иммунный ответ. По словам руководителя исследования Даррели Ирвина (Darrell Irvine), новая вакцина гораздо безопаснее обычных, большая часть которых создана на основе живых вирусов.

Вакцина

Термин «вакцина» произошел от латинского слова vacca— корова. Этот термин ввел Луи Пастер в честь английского врача Эдварда Дженнера, который впервые применил на мальчике Джеймсе Фиппсе вакцину против натуральной оспы и доказал, что после прививки ребенок стал невосприимчивым к натуральной оспе. Вакцины приводит к образованию в организме так называемых Т-клеток памяти, которые формируют адаптивный иммунный ответ. И при последующей инфекции тем же антигеном, на основе которого и была создана вакцина, происходит быстрый иммунный ответ.

Существует несколько классических типов вакцин:

1. Живые вакцины. Действие этих вакцин основано на том, что в их состав входят ослабленные микроорганизмы, которые потеряли способность вызывать заболевание, но при этом могут стимулировать иммунный ответ.
2. Инактивированные вакцины содержат убитые патогенные микроорганизмы или их фрагменты.
3. Анатоксины представляют собой бактериальные токсины в измененной безопасной для здоровья человека форме.

Стоит отметить, что это далеко не все типы вакцин. Так, в последнее время активно развиваются методы ДНК-вакцинации, «обратной вакцинологии», основанной на том, что из вирусного генома удаляются те фрагменты ДНК, которые кодируют наиболее опасные для человека белки. Также активно набирает обороты метод терапевтической вакцинации, который нацелен не на предупреждение, а на лечение ряда заболеваний.

При создании вакцины для исследователей главное— заставить работать двух основных «игроков» иммунного ответа: Т-лимфоциты, которые атакуют пораженные клетки, и В-лимфоциты, синтезирующие антитела, реагирующие на антигены— вещества (белки или полисахариды), выделяемые бактериальными клетками, вирусами, микроорганизмами. При этом для заболеваний, при которых возбудитель остается внутри клетки, например как при ВИЧ, необходим мощный ответ именно от Т-лимфоцитов. И лучший способ вызвать такую Т-реакцию— это использовать искалеченный видоизмененный и недееспособный вирус, однако для вируса ВИЧ это сделать невозможно.

ВИЧ – вирус иммунодефицита человека, приводящий к возникновению синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Впервые болезнь была описана в 1981 году. ВИЧ поражает в первую очередь клетки иммунной системы человека— Т-лимфоциты и макрофаги. Кроме того, ВИЧ может поражать другие виды клеток, к их числу относятся и клетки центральной нервной системы, гепатоциты (клетки печени), кардиоциты (клетки сердца) и даже костную ткань. Причиной гибели больных СПИДом людей является неспособность иммунной системы противостоять инфекционным заболеваниям. Так как ВИЧ поражает иммунные клетки и приводит к полной «парализации» работы иммунной системы.

Рис. 2. Схематичное строение вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) (источник: Science Photo).

Чтобы обойти опасность использования живых вирусов, ученые ломают голову над тем, как создать синтетическую вакцину против вируса ВИЧа и других вирусных заболеваний (например, гепатита В). Однако все созданные до последнего времени препараты не стимулировали должным образом работу Т-лимфоцитов. Ученые попытались использовать липосомы, в которые помещали нужные антигены (вакцину), но липосомы не обладают стабильностью при попадании в кровь.

Липосомы  – самопроизвольно образующиеся в смесях фосфолипидов с водой замкнутые пузырьки. Фосфолипиды являются сложными липидами— сложными эфирами многоатомных спиртов и высших жирных кислот, и состоят из гидрофильной (смачиваемой водой) головки и гидрофобных (стремящихся избежать контактов с водой) хвостов. Стенка липосом состоит из одного или нескольких бислоев фосфолипидов (слоев толщиной в две молекулы), в которые могут быть встроены другие вещества (например, белки). Внутри липосом содержится вода или раствор, к которым обращены головки фосфолипидов.

Рис. 3. Схема строения липосом, на основе которых создан новый способ вакцинации (источник: thesaurus.rusnano.com).

Рис. 4. Т-лимфоциты (зеленые) окружены многочисленными
наночастицами (красные). Фотография сделана после введения
наночастиц в организм мышей (источник: Science Daily).

Научная группа под руководством Даррели Ирвина решила модифицировать липосомы и «упаковывать» вакцину не в капли, а в концентрические сферы липосом. Как только такие липосомы сливаются друг с другом, их стенки «сшиваются», и общая структура становится более прочной и не разваливается при попадании в кровяное русло, однако при поглощении клетками такие наночастицы способны быстро растворяться и выпускать вакцину, провоцируя синтез Т-лимфоцитов.

В тестах на мышах Ирвин и его команда показали, что их наночастицы действительно способны «творить чудеса». Так, исследователи использовали частицы для доставки в организм животных яичного альбумина— белка, который часто используется в иммунологической практике, так как проследить за иммунной реакцией на этот белок довольно просто. В результате эксперимента было показано, что даже малые дозы вакцины вызывают сильный Т-клеточный ответ: около 30% Т-лимфоцитов мышей становились специфическими, то есть реагировали конкретно на белок альбумина. По словам Ирвина, это одна из сильных Т-клеточных реакций, которую может вызвать белок вакцины.

В ближайшее время ученые намерены разработать на основе наночастиц вакцину против малярии и опробовать ее на мышах. Также параллельно исследователи трудятся над вакцинами против ВИЧ и ряда раковых заболеваний.