Sygnatura molekularna pozwalała przewidzieć, które szczepionki będą działały dłużej

Naukowcy sprawdzili, dlaczego po niektórych szczepionkach odporność utrzymuje się nawet przez całe życie, a po innych tylko kilka miesięcy. Dzięki odkryciu molekularnej sygnatury we krwi będzie można opracować chip szczepionkowy, który pomoże wskazać, kto i kiedy może potrzebować dawki przypominającej.

• Badanie prowadzone przez naukowców ze Stanford Medicine (USA) wykazało, że różnice dotyczące trwałości szczepionek można częściowo przypisać komórkom krwi zwanym megakariocytami
• Eksperymenty wykazały, że aktywowane megakariocyty wytwarzają kluczowe cząsteczki, które zwiększają przeżywalność plazmocytów, komórek szpiku kostnego odpowiedzialnych za wytwarzanie przeciwciał
• Naukowcy, wykorzystując nowo odkrytą sygnaturę molekularną, chcą opracować testy, aby określić, jak długo szczepionka będzie działać. Mogłoby to pomóc przyspieszyć badania kliniczne szczepionek

Molekularna sygnatura we krwi

— Pytanie, dlaczego niektóre szczepionki wywołują trwałą odporność, a inne nie, było jedną z największych tajemnic w nauce o szczepionkach. Nasze badanie definiuje molekularną sygnaturę we krwi, indukowaną w ciągu kilku dni od szczepienia, która pozwala przewidzieć trwałość odpowiedzi na szczepionkę i dostarcza wglądu w podstawowe mechanizmy leżące u podstaw tej trwałości — powiedział dr Bali Pulendran, profesor mikrobiologii i immunologii Stanford Medicine.

W badaniu z roku 2022 naukowiec i jego współpracownicy zdefiniowali „uniwersalną sygnaturę”, która mogłaby przewidzieć wczesną odpowiedź przeciwciał na wiele szczepionek. Jednak to i inne badania nie umożliwiły przewidzenia, jak długo będą trwały odpowiedzi dotyczące przeciwciał.

Teraz ukazał się artykuł dotyczący nowych prac. Początkowo zespół Pulendrana badał eksperymentalną szczepionkę przeciwko ptasiej grypie (H5N1) podawaną z adiuwantem — mieszanką chemiczną, która wzmacnia odpowiedź immunologiczną na antygen, ale sama w sobie nie wywołuje odpowiedzi immunologicznej.

Naukowcy obserwowali 50 zdrowych ochotników, którzy otrzymali po dwie dawki szczepionki przeciwko ptasiej grypie z adiuwantem lub dwie dawki bez adiuwantu. Pobrali próbki krwi od każdego ochotnika w kilkunastu punktach czasowych w ciągu pierwszych 100 dni po szczepieniu i przeprowadzili dogłębne analizy genów, białek i przeciwciał w każdej próbce. Następnie wykorzystali program uczenia maszynowego do oceny i znalezienia wzorców w wynikowym zestawie danych. Program AI zidentyfikował we krwi w dniach następujących po szczepieniu sygnaturę molekularną, która była powiązana z siłą odpowiedzi przeciwciał danej osoby kilka miesięcy później.

Sygnatura ta była głównie odzwierciedlona w maleńkich fragmentach RNA w płytkach krwi — krążących w naczyniach krwionośnych fragmentach komórek. Głównym zadaniem płytek jest zatrzymywanie krwawienia poprzez tworzenie skrzepów, co zapobiega utracie krwi. Płytki krwi pochodzą z megakariocytów, komórek znajdujących się w szpiku kostnym. Płytki odrywają się od megakariocytów i dostają się do krwiobiegu. Często zabierają ze sobą małe fragmenty RNA z megakariocytów. Chociaż naukowcy nie mogą łatwo śledzić aktywności megakariocytów, jej wskaźnikiem mogą być płytki krwi przenoszące RNA.

Leki i szczepionki wziewne mRNA coraz bliżejNowo opracowana nanocząsteczka lipidowo-polimerowa pozwala skuteczniej wprowadzać leki i szczepionki do płuc – na razie u myszy. O zbliżającej się możliwości podawania leków i szczepionek mRNA w czasie wdychania informuje „Journal of the American Chemical Society”.

Czy megakariocyty wpływają na trwałość szczepionki?

Aby potwierdzić, czy megakariocyty wpływają na trwałość szczepionki, grupa badawcza Puledrana podała myszom jednocześnie szczepionkę przeciwko ptasiej grypie i trombopoetynę, lek zwiększający liczbę aktywowanych megakariocytów w szpiku kostnym. I rzeczywiście, trombopoetyna doprowadziła do sześciokrotnego wzrostu poziomu przeciwciał przeciwko ptasiej grypie dwa miesiące później.

Dalsze eksperymenty wykazały, że aktywowane megakariocyty wytwarzają kluczowe cząsteczki, które zwiększają przeżywalność plazmocytów, komórek szpiku kostnego odpowiedzialnych za wytwarzanie przeciwciał. Gdy te cząsteczki zostały zablokowane, komórki plazmatyczne przeżywały krócej w obecności megakariocytów.

— Nasza hipoteza jest taka, że megakariocyty zapewniają odżywcze, sprzyjające przetrwaniu środowisko w szpiku kostnym dla komórek plazmatycznych — wskazał Pulendran.

Naukowcy sprawdzili, czy trend ten dotyczy również innych rodzajów szczepionek. Przyjrzeli się wcześniej zebranym danym dotyczącym reakcji 244 osób na siedem różnych szczepionek, w tym szczepionkę przeciwko grypie sezonowej, żółtej febrze, malarii i COVID-19. Te same cząsteczki RNA płytek krwi — oznaki aktywacji megakariocytów — były powiązane z trwalszą produkcją przeciwciał dla różnych szczepionek.

Pulendran i jego współpracownicy planują przeprowadzić badania, które wyjaśnią, dlaczego niektóre szczepionki mogą w pierwszej kolejności stymulować wyższe poziomy aktywacji megakariocytów. Odkrycia te mogą pomóc opracować szczepionki, które skuteczniej aktywują megakariocyty i prowadzą do trwalszych odpowiedzi dotyczących przeciwciał.

Ocena skuteczności szczepionki przeciw grypie w dużych dawkach W jaki sposób można poprawić immunogenność i skuteczność szczepionek przeciw grypie u osób starszych? Dostępnych jest kilka strategii, z których jedną jest zwiększenie dawki antygenu w szczepionce, tworzące szczepionkę przeciw grypie w wysokiej dawce (HD).

Szybsze badania kliniczne szczepionek

W międzyczasie naukowcy chcą opracować testy, aby określić, wykorzystując nowo odkrytą sygnaturę molekularną, jak długo szczepionka prawdopodobnie będzie działać. Mogłoby to pomóc przyspieszyć badania kliniczne szczepionek — często trzeba obserwować ludzi przez miesiące lub lata, aby określić trwałość — ale również pozwolić na prowadzenie spersonalizowanych planów szczepień.

— Moglibyśmy opracować prosty test PCR – chip szczepionkowy – który mierzy poziom ekspresji genów we krwi zaledwie kilka dni po zaszczepieniu kogoś — wyjaśnił Pulendran. Mogłoby to pomóc wskazać, kto i kiedy może potrzebować dawki przypominającej. Jak dodał, na czas trwania odpowiedzi na szczepionkę prawdopodobnie wpływa wiele złożonych czynników, zaś megakariocyty mogą być tylko fragmentem większej całości.

Do badań przyczynili się naukowcy z University of Cincinnati, Emory Vaccine Center; University of California, San Diego; Icahn School of Medicine at Mount Sinai; Emory University School of Medicine; National Institutes of Health; NYU Grossman School of Medicine; Jackson Laboratory; Food and Drug Administration (USA) oraz GSK Belgium (Belgia) i Hospital Israelita Albert Einstein (Brazylia).