Maliarijos vakcina, kuri treniruoja imuninę sistemą „kaip gamtoje“

Mokslininkai mikroskopu (tiesiogine prasme) ištyrė antikūnų atsaką į R21/Matrix-M vakciną – tą pačią, kurią PSO rekomenduoja vaikams nuo maliarijos išvengti. Paaiškėjo, kad ji sukelia beveik tokius pačius antikūnus kaip ir po natūralios infekcijos, ir šie antikūnai yra nukreipti į pagrindines parazito pagrindinio baltymo ( cirkumsporozoito baltymo, CSP ) sritis ir geba blokuoti sporozoitų prasiskverbimą į ląsteles. Analizė parodė „atpažįstamą antikūnų rinkinio parašą“: stiprų polinkį IGHV3-30/3-33 genų naudai, minimalų mutacijų skaičių (t. y. greitą atsaką) ir – malonų privalumą – papildomo apsauginio epitopo, kurio... nėra pačioje vakcinoje, kryžminį atpažinimą. Tai padeda paaiškinti didelį R21 veiksmingumą ankstyvoje infekcijos stadijoje. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „ Eksperimentinės medicinos žurnalas“.

Tyrimo kontekstas

• Kam mums apskritai reikalingas dar vienas „maliarijos“ mokslas? Maliarija vis dar kasmet pražudo šimtus tūkstančių žmonių, daugiausia vaikų Afrikoje. Nuo 2023 m. PSO rekomenduoja dvi vakcinas vaikams: RTS, S/AS01 ir R21/Matrix-M. Tačiau norint, kad vakcinos būtų dar patikimesnės ir ilgalaikės, svarbu žinoti ne tik „kiek antikūnų“, bet ir kokius antikūnus organizmas gamina ir kaip jie veikia prieš parazitą.
• Į ką nukreipti RTS,S ir R21. Abu jie veikia tą patį taikinį parazito „pradinėje“ stadijoje – CSP baltymą, esantį sporozoitų paviršiuje. Tikslas – sulaikyti parazitą prieš jam patenkant į kepenų ląsteles ir vystantis. R21 sukurtas kaip RTS,S „atnaujinta versija“: jo dalelėje yra daugiau paties CSP antigeno ir kitoks adjuvantas („Matrix-M“).
• CSP turi „pasikartojančias“ ir „sujungimo“ sritį. Pagrindinis antikūnų „lipnus“ elementas yra pasikartojanti NANP seka. Skirtingų CSP sričių sandūroje taip pat yra jungties epitopas, į kurį taip pat galima stipriai nukentėti – žinomi monokloniniai antikūnai (pavyzdžiui, CIS43) jį atpažįsta ir galingai neutralizuoja sporas.
• Kas liko neaišku. Žinojome, kad IgG titrai padidėjo po R21, o apsauga tyrimų metu buvo aukšta. Tačiau koks buvo antikūnų „portretas“, slypintis už šio titro? Ar jis buvo panašus į atsaką po natūralios infekcijos? Kokie antikūnų genai buvo vyraujantys (pavyzdžiui, IGHV3-30/3-33 šeima, dažna anti-CSP antikūnuose)? Ir ar šie antikūnai galėjo paveikti jungties epitopą, kurio nebuvo pačioje vakcinoje? Tai yra tikslūs klausimai, kurie nulems apsaugos ilgaamžiškumą ir apimtį.
• Kodėl tokios „serologinės akistatos“ yra svarbios dabar? Vakcinos jau įtraukiamos į didelio masto programas (UNICEF pirkimai, pristatymai į Afrikos šalis). Kitas žingsnis – dizainas 2.0: dėmesys sutelkiamas ne tik į titrą, bet ir į specifinius apsauginius antikūnų tipus bei jų taikinius. Tam reikalingi tyrimai, kuriuose repertuaras aprašomas klonų sudėtimi, struktūra ir funkcija, kartais taip pat kontroliuojamomis maliarijos poveikio (CHMI) sąlygomis. Tai padeda suprasti, kas tiksliai daro R21 veiksmingą ir kaip patobulinti būsimus kandidatus.
• Galutinė darbo motyvacija. Pamažu išanalizuoti antikūnų atsaką į R21/Matrix-M: kurios B ląstelių linijos yra įtrauktos, kiek jų antikūnai „subrendsta“, kuriuos epitopus jie iš tikrųjų padengia – ir palyginti tai su tuo, kas vyksta natūralios infekcijos metu. Toks „planas“ yra dabartinių schemų tobulinimo ir naujos kartos maliarijos vakcinų kūrimo planas.

Trumpai tariant: vakcinos jau egzistuoja ir veikia, bet norint jas padaryti dar protingesnes, turime žinoti tikslius tų antikūnų, kurie sustabdo parazitą prie pat įėjimo, veidus. Šią spragą užpildo naujas tyrimas.

Ką tiksliai jie padarė?

• Jie paėmė 10 maliarija nesirgusių suaugusiųjų, paskiepijo juos R21/Matrix-M vakcina ir, naudodami pažangius metodus (BCR sekvenavimą ir antikūnų masių spektrometriją, Ig-seq), suteikė visam IgG „kokteiliui“ pavadinimą pagal NANP kartojimo regioną CSP, pagrindinį vakcinos taikinį. Tada jie atliko kontroliuojamą maliarijos užkrėtimą (CHMI), kad patikrintų atsako tvarumą.
• Palyginome serologinį „repertuarą“ po vakcinacijos su žinomais profiliais po natūralios infekcijos – kiek jie panašūs? Ir išskyrėme monokloninius antikūnus (iš dominuojančių IGHV3-30/3-33 linijų), kad juos ištirtume in vitro ir su gyvūnais.

Pagrindinės išvados

• Beveik „kaip gamtoje“. Vakcina sukelia antikūnų rinkinį, kurio pagrindiniai bruožai nesiskiria nuo reakcijos po tikros maliarijos. Būtent to ir siekiame iš geros vakcinos: tinkamų taikinių be ligos rizikos.
• Repertuaro „parašas“. Antikūnų atsakas yra poliarizuotas: dominuoja IGHV3-30/3-33 linijos, o „brendimo“ dėl somatinių mutacijų laipsnis yra minimalus. Kitaip tariant, organizmas greitai pagamina „tinkamus“ antikūnus be ilgo tikslinimo – tai naudinga ankstyvam parazito sulaikymui. Be to, po CHMI sudėtis beveik nepakito, o tai rodo šio atsako „toks, koks yra“ tinkamumą.
• Jungties staigmena: nors R21 taikinys yra NANP pasikartojimai, kai kurie pagaminti antikūnai kryžmiškai atpažįsta CSP jungties epitopą – dar vieną apsauginį regioną, kurio trūksta vakcinos dizaine. Tai išplečia „smūgio zoną“ nepridedant naujų antigenų.
• Jie dirba ne tik ant popieriaus. Jie „iškasė“ tipinius atstovus (mAb) iš repertuaro ir parodė, kad jie blokuoja sporozoitų invaziją in vitro ir apsaugo nuo parazitemijos in vivo. Tai yra, tai ne tik gražūs spektrai ir grafikai – yra funkcija.

Kodėl tai svarbu?

• Mechaninis veiksmingumo paaiškinimas. R21/Matrix-M yra viena iš dviejų PSO rekomenduojamų maliarijos vakcinų; dabar aiškiau, kodėl ji gerai apsaugo ankstyviausioje stadijoje (kai parazitas ką tik pateko per uodo įkandimą): antikūnai tiksliai ir masiškai pasiekia pažeidžiamas CSP vietas.
• Navigacija kuriant naujos kartos vakcinas. Matome, kurios genų linijos greičiausiai „pradės veikti“, kaip jos atpažįsta epitopus ir kokio lygio mutacijos iš tikrųjų reikalingos. Šios žinios gali būti panaudotos kuriant imunogenus (įskaitant ir kitus parazito gyvavimo ciklo etapus).
• Serologinė „liniuotė“ kaip įrankis. „Struktūrinės serologijos“ metodas, kai ne tik matuojamas titras, bet ir analizuojami konkretūs klonai bei jų jungimosi geometrija, tampa nauju vakcinų (ir ne tik nuo maliarijos) vertinimo standartu.

Truputis konteksto apie R21/Matrix-M

• Tai rekombinantinis CSP pagrindu pagamintas imunogenas su Matrix-M adjuvantu; tyrimų metu ankstyvosiose fazėse nustatytas ≈77 % veiksmingumas, pirmą kartą viršijantis PSO tikslinę ribą. PSO rekomendavo programą, skirtą naudoti vaikams endeminėse zonose 2023–2024 m.
• Lygiagretūs tyrimai rodo, kad R21 sukuria daugiapakopę apsaugą: aukštus IgG titrus (daugiausia IgG1/IgG3), gebėjimą fiksuoti komplementą ir Tfh pagalbininkų dalyvavimą; tai yra, tai ne „vienas titro numeris“, o komandinis žaidimas.

Apribojimai ir kas toliau

• Pagrindinė analizė atliekama su suaugusiaisiais, kurie anksčiau nesirgo maliarija; tai turi būti patvirtinta vaikams ir esant realiai endeminei ligai (foninė ekspozicija gali pakeisti ligos repertuarą).
• Kol kas gautas itin detalus NANP pasikartojimų ir „sandūros“ „vaizdas“; galutiniam CSP „pažeidžiamumo žemėlapiui“ reikės daugiau struktūrinių duomenų ir palyginimo su atsakais į kitas vakcinų platformas.
• Logiškas kitas žingsnis yra palyginti tokius „parašų repertuarus“ su faktine apsauga lauko tyrimuose: kurios linijos ir epitopai koreliuoja su mažesne ligų rizika.

Išvada

21/Matrix-M sukelia antikūnų atsaką, kuris yra teisingas tiek forma, tiek paskirtimi: greitai pritraukiami klonai, kurie „mato“ pagrindinius CSP regionus beveik taip pat gerai, kaip ir natūralios infekcijos metu, ir iš tikrųjų neleidžia parazitui pradėti daugintis. Tai ne tik gera žinia apie vieną vakciną; tai planas, pagal kurį galima tiksliau sukurti kitas maliarijos (ir kitų) vakcinų kartas.