Ученые, используя математическую модель, предложили способ усилить вызываемый вакцинами защитный иммунный ответ. Это станет возможным благодаря одновременной активации двух компонентов иммунитета: антител, помогающих «обезвредить» попавшие в организм вирусы, и Т-лимфоцитов, убивающих уже зараженные клетки. Исследование поможет разработать более эффективные и надежные вакцины, в том числе и от COVID-19.

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Trends in Immunology.

Пандемия COVID-19 напомнила всему миру об опасности вирусных инфекций и сложности борьбы с ними. Вирусы, попадая в организм человека, проникают в клетки самых разных органов и тканей — легких, крови, печени или других — и перестраивают их работу так, чтобы они производили как можно больше новых вирусов, которые будут заражать другие клетки.

Лучший способ воспрепятствовать развитию вирусной инфекции — вакцинация. Вакцина создает в организме иммунитет против определенного возбудителя. Это происходит благодаря тому, что вводимые с прививкой ослабленные вирусные частицы, кусочки генов или отдельные белки вируса вызывают активную выработку антител — белков, которые обезвреживают «блуждающих» по организму инфекционных агентов. Кроме того, некоторые вакцины способны активировать цитотоксические Т-лимфоциты, убивающие уже зараженные вирусами клетки. Оба эти элемента иммунного ответа борются с попавшим в организм возбудителем, благодаря чему защищают человека от заболевания или облегчают его течение.

Чтобы вакцина была эффективной, выработанные в результате ее введения антитела и Т-лимфоциты должны убивать вирусы и зараженные клетки быстрее, чем распространяется инфекция. Поэтому важно определить, какое минимальное количество антител и Т-лимфоцитов должна активировать вакцина, чтобы защитить от заболевания.

Научная группа из Института вычислительной математики имени Г.И. Марчука РАН (Москва), Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Москва) с коллегами из Института агропродовольственных исследований и технологий (Испания) и Университета Помпеу Фабра (Испания) с помощью математической модели, включающей систему дифференциальных уравнений, оценили вклад антител и Т-лимфоцитов в противодействие вирусным инфекциям гриппа А и гепатита В.

Оказалось, что два основных элемента защиты — антитела и Т-лимфоциты — взаимодействуют мультипликативно, то есть их эффекты умножаются друг на друга. Например, если вакцина увеличивает титр одних только антител в 100 раз, то соответствующий защитный эффект будет равноценным только десятикратному одновременному увеличению и антител, и Т-лимфоцитов.

«Такой эффект взаимодействия двух элементов иммунного ответа очень важен, поскольку для надежной защиты от вируса необходим определенный уровень антител, специфичный для каждой инфекции. Иногда полноценного, в нашем примере стократного, увеличения титра антител не удается достичь из-за физиологических ограничений организма, связанных с работой клеток иммунной системы, или из-за особенностей вакцины. Иммунный ответ против любых антигенов не должен значительно уменьшать возможности реагирования против других патогенов, что определяет максимальную величину отклика иммунной системы каждого человека на определенный антиген. В этом случае «недобор» уровня антител можно скомпенсировать Т-клетками, с учетом эффекта мультипликативности. Такими вакцинами, работающими «на два фронта», могут стать вакцины на основе ослабленных штаммов вируса или полностью инактивированных (убитых) возбудителей», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Геннадий Бочаров, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики имени Г.И. Марчука РАН.

Хотя предложенная концепция пока основана только на теоретической модели и нуждается в экспериментальном подтверждении, она поможет при создании улучшенных вакцин, эффективно защищающих от вирусных инфекций. Дальнейшие исследования в этом направлении связаны с определением количества нейтрализующих антител и антиген-специфических цитотоксических Т-клеток, которые необходимы для защиты организма человека от ВИЧ-1 и SARS-CoV-2, для последующего использования этих контрольных порогов при разработке вакцин.