Наночастицы могут предложить новый способ искоренения полиомиелита во всем мире

Новая вакцина на основе наночастиц, разработанная исследователями MIT, может помочь в усилиях по искоренению полиомиелита во всем мире. Вакцина, которая доставляет несколько доз всего за одну инъекцию, может облегчить иммунизацию детей в отдаленных регионах Пакистана и других стран, где болезнь все еще встречается.

Хотя число зарегистрированных случаев полиомиелита в мире снизилось на 99% в период с 1988 по 2013 год, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), болезнь не была полностью искоренена, отчасти из-за сложности доступа к детям в отдаленных районах для введения им двух-четырех инъекций вакцины, необходимых для выработки иммунитета.

"Наличие однократной вакцины, способной обеспечить полную защиту, может быть очень ценным для достижения цели искоренения", — говорит Ана Якленец, научный сотрудник Института интегративных исследований рака Коха при MIT и один из старших авторов статьи.

Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха при MIT, также является старшим автором исследования, которое публикуется в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Ведущий автор статьи — Стефани Цзэн, бывший постдок MIT, ныне научный сотрудник Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса.

Глобальное искоренение

Против полиовируса не существует лекарств, и примерно в 1% случаев он проникает в нервную систему, где может вызвать паралич. Первая вакцина против полиомиелита, также называемая вакциной Солка, была разработана в 1950-х годах. Она состоит из инактивированной версии вируса и обычно вводится серией из двух-четырех инъекций, начиная с 2-месячного возраста. В 1961 году была разработана оральная вакцина, которая обеспечивает некоторую защиту уже после одной дозы, но более эффективна при двух-трех дозах.

Оральная вакцина, состоящая из вируса со сниженной вирулентностью, но все еще жизнеспособного, была выведена из употребления в большинстве стран, поскольку в очень редких случаях она может мутировать в вирулентную форму и вызвать инфекцию. Однако она до сих пор используется в некоторых развивающихся странах, потому что капли легче ввести, чем сделать ребенку несколько инъекций вакцины Солка.

Для успеха усилий по искоренению полиомиелита оральную вакцину необходимо полностью вывести из употребления, чтобы исключить возможность реактивации вируса у иммунизированного человека. Несколько лет назад лаборатория Лангера получила финансирование от Фонда Билла и Мелинды Гейтс для разработки инъекционной вакцины, которую можно было бы вводить однократно, но с несколькими дозами.

"Цель — обеспечить иммунизацию всех людей в мире", — говорит Якленец. "Дети в некоторых из этих труднодоступных районов развивающегося мира, как правило, не получают полной серии прививок, необходимой для защиты".

Чтобы создать однократную вакцину, команда MIT инкапсулировала инактивированную полиовакцину в биоразлагаемый полимер PLGA. Этот полимер можно спроектировать так, чтобы он разрушался через определенный период времени, что позволяет исследователям контролировать момент высвобождения вакцины.

"Всегда есть немного вакцины, которая остается на поверхности или очень близко к поверхности частицы, и как только мы вводим ее в организм, все, что находится на поверхности, может просто диффундировать. Это начальный выброс", — объясняет Цзэн. "Затем частицы остаются в месте инъекции, и со временем, по мере разрушения полимера, они высвобождают вакцину порциями в определенные моменты времени, в зависимости от скорости деградации полимера".

Исследователям пришлось преодолеть одно серьезное препятствие, которое мешало предыдущим попыткам использования PLGA для доставки полиовакцины: полимер распадается на побочные продукты — гликолевую и молочную кислоты, и эти кислоты могут повредить вирус, так что он больше не вызывает правильный иммунный ответ.

Чтобы предотвратить это, команда MIT добавила в свои частицы положительно заряженные полимеры. Эти полимеры действуют как "протонные губки", поглощая лишние протоны и делая среду менее кислой, что позволяет вирусу оставаться стабильным в организме.

Успешная иммунизация

В исследовании, опубликованном в PNAS, исследователи разработали частицы, которые обеспечивали начальный выброс в момент инъекции, а затем второе высвобождение примерно через 25 дней. Они ввели частицы крысам, а затем отправили образцы крови иммунизированных крыс в CDC для тестирования. Эти исследования показали, что образцы крови крыс, иммунизированных однократной вакциной на основе частиц, имели такой же или более сильный антительный ответ против полиовируса, как и антитела от крыс, получивших две инъекции вакцины Солка.

Чтобы доставить более двух доз, исследователи говорят, что они могут создать частицы, высвобождающие вакцину при инъекции и через месяц, и смешать их с частицами, высвобождающими при инъекции и через два месяца, получив в итоге три дозы с интервалом в месяц. Полимеры, которые исследователи использовали в вакцинах, уже одобрены FDA для использования на людях, поэтому они надеются вскоре протестировать вакцины в клинических испытаниях.

Исследователи также работают над применением этого подхода для создания стабильных однократных вакцин против других вирусов, таких как Эбола и ВИЧ.