Многие вирусы и бактерии проникают в организм человека через слизистые оболочки легких, желудочно-кишечного тракта и половых путей. Чтобы помочь борьбе с этими патогенами, ученые работают над вакцинами, которые выстраивают переднюю линию обороны на слизистых оболочках.

Вакцину можно доставлять в легкие с помощью аэрозоля, но легкие часто выводят ее, прежде чем она успевает вызвать иммунный ответ. Чтобы преодолеть это препятствие, инженеры Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработали новый тип наночастиц, который защищает вакцину достаточно долго, чтобы вызвать сильную иммунную реакцию – не только в легких, но и на слизистых оболочках далеко от места вакцинации, например, в желудочно-кишечном и репродуктивном трактах.

Такие вакцины могут защитить от гриппа и других респираторных вирусов или предотвратить инфицирование вирусами, передающимися половым путем, такими как ВИЧ, вирус простого герпеса и вирус папилломы человека.

«Это хороший пример проекта, в котором одна и та же технология может быть применена при раке и при инфекционных заболеваниях. Это платформенная технология доставки нужной вакцины», – говорит автор разработки Дэрелл Ирвин (Darrell Irvine), профессор материаловедения и инженерии и биологической инженерии MIT.

Являясь научным сотрудником Института интегративных исследований рака Коха (Koch Institute for Integrative Cancer Research) MIT и Института Рагона (Ragon Institute) при Массачусетской общей больнице (Massachusetts General Hospital) MIT и Гарвардского университета (Harvard University), профессор Ирвин занимается также изучением возможностей наночастиц как средства доставки противораковых вакцин.

Профессор Ирвин и его коллеги описывают свою последнюю разработку – вакцину на наночастицах – в журнале Science Translational Medicine.

Для использования на людях одобрено всего несколько вакцин, иммунизация которыми осуществляется через слизистые оболочки. Самым известным примером таких вакцин является полиомиелитная вакцина Полио Сабин, которая вводится перорально и всасывается в пищеварительном тракте. Кроме того, существуют противогриппозная вакцина в виде назального аэрозоля и пероральные вакцины против холеры, ротавирусной инфекции и брюшного тифа.

Наночастицы для доставки вакцин на слизистые оболочки, разработанные в MIT.
(Фото: Adrienne Li, Dong Soo Yun)

Чтобы усовершенствовать иммунизацию такими вакцинами, профессор Ирвин и его коллеги использовали наночастицы, разработанные ими два года назад. Фрагменты иммуногенных белков заключены в сферы из нескольких слоев липидов, химически «сшитых» друг с другом. Такая конструкция частиц позволяет им дольше сохраняться в организме, успешно противостоять разрушению при попадании в легкие. Благодаря более прочной упаковке белки остаются в легких достаточно долго для того, чтобы их успели захватить и доставить к Т-клеткам выстилающие поверхность легких иммунные клетки. Активация Т-клеток является важнейшим этапом в формировании иммунной памяти, которая позволит иммунитету быстро мобилизоваться при повторном попадании в организм данного антигена.

В экспериментах на мышах ученые установили, что инкапсулированные в наночастицы антигены ВИЧ или рака поглощались иммунными клетками гораздо более успешно, чем доставленные в легкие или под кожу не инкапсулированные антигены.

Мыши не заражаются ВИЧ, поэтому, чтобы проверить иммунный ответ на свои вакцины, исследователи инфицировали мышей инженерной версией вируса коровьей оспы, продуцирующей белок ВИЧ.

Мыши, вакцинированные наночастицами, смогли быстро усвоить вирус и не дать ему уйти из легких. Обычно вскоре после инфицирования вирус осповакцины распространяется на яичники, но при введении с помощью наночастиц в яичниках животных он не обнаруживался. В противоположность этому, у мышей, вакцинированных другими видами вакцины, в яичниках наблюдались значительные концентрации вируса.

Мыши, получившие вакцину на основе наночастиц, несколько потеряли в весе, но затем полностью восстановились, в то время как в группе животных, инфицированных обычным способом, наблюдалась 100-процентная смертность.

«Иммунизация вакциной в форме нанокапсул через слизистую оболочку позволила нам полностью блокировать эту системную инфекцию», – говорит доктор Ирвин.

Кроме того, исследователи подтвердили присутствие Т-клеток с сильной памятью на отдаленных слизистых оболочках, в том числе в пищеварительном тракте и половых путях.

«Однако, хотя поствакцинальный иммунитет на отдаленных слизистых оболочках наблюдается и у людей, вопрос о том, полностью ли этот отмечаемый на мышах феномен воспроизводится в организме человека, нуждается в дальнейшем изучении», – говорит Ирвин. «Вполне возможно, что в организме человека при вакцинации через легкие и пероральной вакциной происходит стимуляция другой слизистой оболочки».

Разработанные частицы перспективны и в качестве средства доставки противораковых вакцин, стимулирующих уничтожение опухолей собственной иммунной системой организма.

Чтобы проверить это, исследователи сначала имплантировали мышам модифицированные меланомы, экспрессирующие яичный белок овальбумин. Три дня спустя они вакцинировали мышей овальбумином. В отличие от мышей, получивших не защищенную наночастицами вакцину, у мышей, вакцинированных с помощью наночастиц, произошло полное отторжение опухолей.

По мнению доктора Ирвина, нужны дальнейшие исследования – на моделях более сложных опухолей. В будущем будут необходимы тесты с вакцинами, мишенями которых являются белки, экспрессируемые раковыми клетками.

Оригинальная статья Generation of Effector Memory T Cell-Based Mucosal and Systemic Immunity with Pulmonary Nanoparticle Vaccination